ОТ ЛУЧИНЫ ДО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

СВЕТ ОТ ПЛАМЕНИ ЗАГАДКА ОГНЯ

топке паровоза ярко пылает уголь. В печке горят дрова. На столе горит свеча. Во всех этих случаях мы видим пламя, огонь, дающий свет.

Почему же горят уголь, дрова, свеча, а, скажем, вода не горит?

Чтобы ответить на этот вопрос, надо вспомнить, что такое горение, при каких условиях оно возможно.

В холодный зимний день в комнате топится печь. Чтобы дрова хорошо горели, дверцу печи держат немного откры­той. Если её прикрыть плотно, дрова погаснут.

Из этого можно заключить, что для горения необходим при­ток воздуха. Плотно закрытая дверца печки воздух к дровам не пропускает.

Попробуйте проделать такой простой опыт. Укрепите на дне стеклянной банки горящую свечу (рис. 1) и плотно закройте банку куском стекла, чтобы наружный воздух не мог проникать под него (для этого лучше всего края бан­ки и стекло смазать салом или ва­зелином) .

Закрытая таким образом свеча довольно скоро погас­нет. Сначала она будет гореть обычным, светлым пламе­нем, но затем пламя потускнеет и погаснет.

Если теперь открыть крышку и поставить в банку дру­гую зажжённую свечу, она тут же погаснет!

В чём здесь дело?

Невольно напрашивается ответ: выходит, что для го­рения нужен только свежий воздух. В банке же, после того как в ней некоторое время горела свеча, воздух «ис­портился», стал негодным для горения.

В правильности этого вывода можно убедиться и дру­гим путём. Все вы замечали, например, что когда в за­крытой комнате долгое время находится много людей, то керосиновая лампа или свеча горят очень тускло. Для го­рения нехватает свежего воздуха, а в комнате воздух «испортился».

Но что это значит: воздух «испортился»?

Вспомните, что воздух — это смесь многих газов; в него входят азот, кислород, углекислота (соединение углерода и кислорода), пары воды и так называемые инертные газы — гелий, аргон, неон, криптон и ксенон.

Больше всего в воздухе азота, более 78 процентов всего объёма. Затем идёт кислород — он занимает примерно пя­тую часть. Инертные газы все вместе занимают меньше одной сотой объёма воздуха. А содержание водяных па­ров и углекислоты в атмосфере в разных местах и в разное время бывает различным.

Так вот, когда учёные впервые стали выяснять причину горения (а это было в XVIII веке), то было замечено, что горящее тело, на­пример свеча, отнимает от воз­духа одну пятую его часть. Как только эта часть израсходуется, свеча погаснет.

Пятую же часть воздуха состав­ляет, как уже сказано, кислород.

Значит, он и является тем вещест­вом, которое необходимо для го­рения.

И действительно известно, что в чистом кислороде тела горят очень ярко и быстро сгорают. Можно, например, наполнить кислородом банку и опустить в неё тлеющую лучинку, лучинка вспыхивает ярким пламенем. В кисло­роде горят даже металлы. Если раскалить докрасна же­лезную проволочку и поместить её в банку с кислородом, то она будет гореть, разбрасывая яркие искры (рис. 2).

Таким образом воздух необходим для горения лишь постольку, поскольку в нём содержится кислород. Исче­зает из воздуха кислород — и оставшиеся газы уже не го­дятся для горения. Так именно и бывает в комнате, где много людей: в воздухе убывает содержание кислорода и увеличивается количество углекислоты.

Сгорая в закрытой банке, свеча отнимает от воздуха весь кислород и после этого гаснет.

Когда мы плотно закрываем дверцу печки, горящие дрова также отнимают от воздуха, находящегося в печке, кислород и, если приток свежего, богатого кислородом воз­духа прекращён, гаснут.

Посмотрим теперь, что происходит с кислородом при горении.

Когда идёт горение, кислород соединяется с горящим веществом. При этом происходит так называемая реакция окисления.

Кислород обладает очень большой химической актив­ностью, он способен соединяться почти со всеми химиче­скими элементами. Поэтому процессы окисления широко распространены в природе.

Возьмём ржавление железных предметов — это мед­ленное соединение железа с кислородом воздуха и водой.

Такое же медленное окисление — тление животных и растительных веществ, например тление дерева. При этом вещество окисляется и распадается с образованием угле­кислоты и воды.

Бывают случаи, когда в старых, заброшенных и засо­рённых колодцах или в больших пещерах, где нет притока свежего воздуха, скопляются от тления большие количе­ства углекислого газа. В Италии известна пещера, кото­рая носит название «Собачья». В ней очень много костей погибших животных — собак, кроликов, мышей. Попадая сюда, животные очень скоро гибнут. Люди же ходят в пе­щере свободно. В прошлом о Собачьей пещере была создана легенда. В пещере живёт злой «дух» — рассказы­вали суеверные люди. Его тяжёлое ядовитое дыхание рас­стилается по дну пещеры; от него и гибнут все попадающие сюда звери. Когда пещеру обследовали учёные, они легко раскрыли её загадку. Оказалось, что на дне пещеры ско­пились большие количества тяжёлой углекислоты; попадая в неё, мелкие животные задыхаются от недостатка кисло­рода и гибнут.

Сложные окислительные процессы протекают и в чело­веческом организме. Поэтому нам и необходим для дыха­ния кислород, а не какой-либо другой газ. В живом организме, как в печке, окисляется, «сгорает» пища с образованием целого ряда новых веществ, в том числе и углекислоты, которая выделяется из организма при дыхании.

При окислении почти всегда выделяется тепло. Вот по­чему наше тело имеет повышенную по сравнению с окру­жающей средой температуру (36—37 градусов).

Выделяется теплота и при ржавлении и при тлении. Не замечаем мы этого только потому, что окисление здесь идёт очень медленно и выделяющееся тепло отдаётся обычно окружающему воздуху. Правда, бывают случаи, когда тепло, образующееся при медленном окислении, за­держивается. Тогда мы наблюдаем повышение темпера­туры и даже самовозгорание. Так самовоспламеняются, например, уголь или старое, слежавшееся сено, когда оно начинает тлеть и тепло задерживается внутри стога. По этой же причине нагревается навоз.

Но особенно много тепла выделяется при горении, т. е. при окислении горючих веществ. При этом вещества, об­разующиеся от горения, раскаляются и начинают све­титься. Появляется пламя.

Таким образом горение — это быстрое окис­ление с выделением больших количеств теплоты и образованием света.

Какие же вещества входят в состав горючих тел? Окис­ление каких веществ происходит при горении?

Химический анализ различных горючих тел — угля, дерева, сала, масла, стеарина, керосина — показывает, что они состоят главным образом из двух химических элемен­тов— из углерода и водорода. При взаимодействии этих элементов с кислородом воздуха и образуются углекислый газ и пары воды, а также выделяется много тепла.

Если горение происходит в условиях, когда притока свежего воздуха нет, то воздух «портится»: в нём стано­вится всё меньше и меньше кислорода, который идёт на окисление топлива, а взамен него в воздух выделяются пары воды и углекислота.

Есть простой опыт, при помощи которого можно убе­диться в том, что при горении образуются именно эти вещества.

Ламповое стекло укрепляется на подставке, как пока­зано на рис. 3, и подвешивается на чашке весов. Под стек­лом ставят свечу. Узкую часть стекла перегораживают сеткой, на которую кладут слой негашёной извести и слой щёлочи — едкого натра. Эти два вещества хорошо погло­щают пары воды и углекислый газ, образующиеся при горении.

Затем на вторую чашку кладут гири, чтобы уравнове­сить её с первой, и зажигают свечу.

По мере того как свеча будет сгорать, чашка весов, на которой стоит ламповое стекло со свечой, будет по­степенно опускаться вниз.

Объяснение этого неожиданного на первый взгляд яв­ления крайне простое. При горении свеча берёт кислород из окружающего воздуха. Он соединяется с углеродом и водородом, входящими в состав стеариновой свечи. По­этому образующиеся при этом углекислота и пары воды весят уже больше, чем весили сгоревшие вещества. В обыч­ных условиях продукты горения свечи улетают в воздух и чашка весов со свечой по мере сгорания становится всё легче. Но в нашем опыте они задерживаются негашёной известью и едким натром. Поэтому вес свечи и продуктов её горения не меньше, а больше веса первоначально взя­той свечи.

Из того, что мы рассказали о горении, становится яс­ным, почему не горит вода, а горят уголь и другие го­рючие вещества. Вода, как и углекислота,— это уже продукты горения. Это сгоревшие водород и углерод. А уголь — это, в основном, углерод, который ещё не окис­лился, не сгорел.