Свойства янтаря

Янтарь представляет собой ископаемую смолу, которая в процессе фоссилизации (окаменения) утратила большую часть летучих компонентов.

Состав янтаря: сложная смесь углеводородов, смол, янтарной кислоты и масел. Процентное соотношение присутствующих в янтаре компонентов в типичном случае составляет:

78,6% — углерод;

10,5% — водород;

10,5% — кислород;

0,4% — сера.

Кристаллографическая система янтаря: аморфный, изредка встречаются кристаллические образования.

Оптические свойства янтаря: изотропный (независимость свойств материала от направления измерения).

Показатель преломления: 1,54.

Плотность: 1,08 (усредненная). магические свойства янтаря

Твердость: 2,0—2,5 по шкале Мооса.

Спайность: отсутствует, излом раковистый, реже занозистый.

Блеск янтаря: жирный, смолистый, реже восковой.

Цвета янтаря: непрозрачно-белый, лимонно-желтый, золотистый, красно-коричневый; прозрачно-бесцветный, бледно-желтый, ярко-красный; от густо-красного до черного; очень редко зеленый (прозрачный и непрозрачный) и синий.

Люминесцентные свойства янтаря: эффект свечения в отраженном свете, ультрафиолетовом облучении.

Статическое электричество: при трении притягивает мелкие легкие предметы (кусочки бумаги, ворсинки и т.п.)

Тепло- и электропроводные свойства янтаря: крайне низкие; теплый на ощупь.

Термопластичность: плавится при температуре 350—380° С.

Включения: органические остатки флоры и фауны; неорганические минералы, газы и жидко­сти.

Нахождение янтаря: в осадочных породах, а также в га­лечнике и песках морских побережий.

Месторождения янтаря: в России — Калининградская область и Дальний Восток; в странах на побережье Балтийского моря — Литва, Латвия, Польша, Германия, Дания; в других европейских странах — Белоруссия, Украина, Румыния; в других странах — Мексика, Доминиканская Республика, Мьянма, США (Аляска).

 Еще в 1828 г. шведский химик Й. Я. Берцелиус  установил, что янтарь состоит из летучего ароматического масла, двух растворимых фракций смолы, янтарной кислоты и 90% нерастворимого остатка. Уже в то время янтарь применялся в медицине, зоологи  широко использовали его консервирующие свойства, а ботаники по характеру нерастворимого остатка пытались установить, из какого вида сосны он возник.

Несколько позже в балтийском янтаре- сукцините ( от латинского названия сосны, произраставшей в далеком прошлом на территории современной Прибалтики) – обнаружили бициклический спирт борнеол и янтарную кислоту. Различные количества янтарной кислоты содержались не только в неизменных янтарях, но и в изделиях из них, пролежавших в земле не одно тысячелетие. Попытки выяснить географическую принадлежность такого янтаря послужили важным фактором  его дальнейшего изучения еще в прошлом столетии. Оказалось, что янтарная кислота – характерная особенность сукцинита. Этим признаком стали широко пользоваться при определении янтаря из  археологических захоронений. По данным немецкого учёного О. Гельма, содержание янтарной кислоты в сукцините колеблется от 3 до 8%:  наименьшее – в прозрачном сукцините (3,2-4,5%), наибольшее -  в выветрелой поверхностной корке (8,2%). Это позволило О. Гельму установить родину янтаря, обнаруженного при археологических раскопках в Италии.

Со временем  к изучению янтаря были привлечены инструментальные методы анализа. Выяснилось, янтари различного возраста (и из разных месторождений) достаточно хорошо диагностируются по ИК-спектрам поглощения. В одних преобладают кислотные функции,  в других – эфирные. Например, на ИК-спектрах янтарей из меловых отложений Испании находятся полосы  поглощения свободных кислотных групп, а на  ИК-спектрах олигоценовых янтарей такие полосы не выражены, вместо них отчетливо проявились сильные поглощения, отвечающие эфирным группам. Совершенно отсутствуют кислотные функции и у балтийского янтаря.

Метод ИК-спектрометрии позволяет проследить все изменения, которые происходят с янтарем в процессе выветривания. Оказывается, что при этом уменьшается количество связей C-O. Такими спектрами, в частности, характеризуется янтари, извлечённые из могильников тысячелетней давности.

При сравнении ИК-спектров янтаря со спектрами смол современных хвойных была определена ботаническая принадлежность некоторых янтарей. Янтари из нижнемеловых отложений Ливана образовались из смолы араукарии. В меловое время эти  деревья занимали обширные пространства в южном полушарии. Они и сейчас дают значительное количество копаловой смолы. В настоящее время выясняются состав и строение янтаря. Летучая его часть (около 10% веса)  известна давно. Это ароматические соединения – терпены с 10 атомами углерода и  сесквитерпены с 15 атомами углерода в молекуле. Данные соединения в значительных количествах находятся в  скипидаре.

Из нелетучего остатка янтаря ещё в 30-х годах была выделена сукциноабиетиновая кислота (C₂₅H₄₀O₄) с двумя OH-группами (одна карбоксильная). Как показали более поздние масс-спектрометрические исследования, в состав янтаря входит более 40 соединений. Многие из них ещё неизвестны. В чистом виде из янтаря выделены только абиетиновая кислота и её изомеры: левопимаровая, палюстриновая, неоабиетиновая, декстропимаровая и изодекстропимаровая кислоты. Первые четыре кислоты образуют химически родственную группу; они различаются между собой лишь положением двойных связей, которые легко смещаются внутри обоих колец. Абиетиновая кислота наиболее устойчивая. Только из неё обычно состоят древние ископаемые смолы.

Новые данные о строении янтаря были получены с помощью газовой и тонкослойной хроматографии. В янтаре установлены кислоты: дегидроабиетиновая, изодекстропимаровая,  дегидроизопимаровая, сандаракопимаровая, диагатеновая и абиетиновая. Они составляют растворимую в органических растворителях часть (20-25%) балтийского янтаря.

Остаток янтаря, не растворимый ни в одном из известных растворителей, немецкий учёный И. Иоон ещё в 1816 г. называл сукцинином. Данные ИК-спиктрометрии показали, что сукцинит содержит лактоновые (сложные эфирные)  группы, т. е.  представляет собой сложный эфир.

Как же  произошло превращение абиетиновой кислоты в сложный эфир и как возникла спиртовая функция молекулы янтаря? Известную роль в этом процессе сыграло действие солнечного света. Так, если раствор абиентовой кислоты длительное время подвергать ультрафиолетовому  облучению, в нем образуются муравьиная кислота и дегидроабиетен – соединение с внециклической двойной связью. Добавим, что полосы поглощения, характерные для нециклической двойной связи, обнаружены в  спектрах многих янтарей. Под действием воды двойная связь дает спиртовую группу, которая в дальнейшем учувствует в образовании эфира.

Следует отметить одно обстоятельство. При помощи масс-спектра была установлена молекулярная масса соединений, выделенных из нерастворимого остатка янтаря, равная 604. Это составляет удвоенную массу абиетиновой кислоты. Значит, в образовании сложных эфиров учувствует не абиетиновая кислота, а её диаметр. Это предположение подтверждено экспериментально: многодневное ультрафиолетовое облучение янтаря способствует формированию соединения, совершенно нерастворимого в органических растворителях, с молекулярной массой 604.Точка плавления полученной таким путём неочищенной  и очиненной диабиетиновой кислоты равна соответственно 365 и 390%, т. е. хорошо совпадает с точкой плавления нерастворимого остатка янтаря –сукцинита (365^оC).

Согласна изложенному янтарь состоит из трёх групп соединений : 1) летучих терпенов и сесквитерпенов, 2) растворимых органических кислот, 3) нерастворимых полиэфиров этих кислот со спиртами, образовавшимися из этих же кислот. Первые две группы соединений содержались в смоле (живицы), вытекавшей из сосен в давно прошедшие эпохи. Третья группа представляет собой продукт различных превращений первозданной смолы.