Майкл Фарадей - История свечи
Шаг за шагом мы научились управлять действием этих различных веществ и заставлять их рассказывать нам о себе. Начнем с железа. У всех химических реакций есть общая черта: они от нагревания усиливаются. Поэтому нам часто приходится применять тепло, если надо детально и внимательно исследовать взаимодействие тел. Вам, надо полагать, уже известно, что железные опилки прекрасно горят в воздухе, но я все же покажу это вам сейчас на опыте, чтобы вы твердо усвоили то, что я вам собираюсь рассказать о действии железа на воду. Возьмем горелку и сделаем ее пламя полым - вы уже знаете, для чего: я хочу подвести воздух к пламени и изнутри. Затем возьмем щепотку железных опилок и будем бросать их в пламя. Видите, как они хорошо горят. Это и есть химическая реакция, которая происходит, когда мы поджигаем эти частицы железа.
Теперь разберем эти различные виды взаимодействия и выясним, что станет делать железо, когда оно встретится с водой. Все это оно само нам расскажет, и притом так занимательно и систематично, что, я уверен, вы получите большое удовольствие.
Вот тут у меня печь с проходящей сквозь нее железной трубкой вроде ружейного ствола. Эту трубку я набил блестящими железными стружками и поместил ее над огнем, чтобы она раскалилась докрасна. Сквозь эту трубку мы можем пропускать либо воздух, чтобы он приходил в соприкосновение с железом, либо пар из этого маленького кипятильника, присоединив его к концу трубки.
Вот кран, который закрывает водяному пару доступ в трубку, пока нам не понадобится его туда впустить.
В этих сосудах - вода, которую я подсинил, чтобы вам виднее было, что произойдет.
Вы уже прекрасно знаете, что если из этой трубки будет выходить именно водяной пар, то он при пропускании через воду обязательно сгустится; ведь вы же убедились, что пар, будучи охлажден, не может остаться в газообразном состоянии; в нашем опыте с этим жестяным цилиндром вы видели, как пар сжался в небольшой объем, и в результате оказался исковерканным цилиндр, в котором находился пар. Таким образом, если бы я стал пропускать пар сквозь эту трубку, и притом она была бы холодная, пар сгустился бы в воду; вот почему трубку раскаляют для проведения того опыта, который я сейчас собираюсь показать вам. Впускать пар в трубку я буду небольшими порциями, и когда вы увидите его выходящим из другого конца трубки, вы сможете сами судить, продолжает ли он оставаться паром.
Итак, пар обязательно превращается в воду, если понижать его температуру. Но этот газ, который поступает из раскаленной трубки и температуру которого я понизил, пропуская его сквозь воду, собирается в банке и не превращается в воду. Подвергну этот газ другому испытанию. (Банку приходится держать опрокинутой, иначе наше вещество из нее улетучится.)
Я подношу огонек к отверстию банки, газ с легким шумом загорается. Отсюда понятно, что это не водяной пар - ведь пар тушит огонь, а гореть не может, - здесь же вы только что видели, что содержимое банки горело. Добыть это вещество можно как из воды, получающейся в пламени свечи, так и из воды любого другого происхождения. Когда этот газ получается в результате действия железа на водяной пар, железо приходит в состояние, весьма сходное с тем, в каком оказались эти железные опилки, когда они сгорели. Эта реакция делает железо более тяжелым, чем оно было раньше. В том случае, если железо, оставаясь в трубке, подвергается накаливанию и снова остывает без доступа воздуха или воды, его масса не меняется. Но когда сквозь эти железные стружки мы пропустили струю водяного пара, железо оказалось тяжелее, чем прежде: оно присоединило к себе нечто из пара и пропустило мимо себя нечто другое, что мы и видим вот в этой банке.
А теперь, раз у нас есть еще полная банка этого газа, я покажу вам очень интересную вещь. Газ этот - горючий, так что я мог бы сразу поджечь содержимое этой банки и доказать вам его горючесть; но я намерен показать вам и еще кое-что, если мне удастся. Дело в том, что полученное нами вещество очень легкое. Водяному пару свойственно конденсироваться, а это вещество не конденсируется, и ему свойственно уноситься в воздух. Возьмем другую банку, пустую, т. е. в которой нет ничего, кроме воздуха; исследуя ее содержимое зажженной лучинкой, можно убедиться, что в ней действительно ничего другого нет.
Теперь я возьму банку, полную добытого нами газа, и буду обращаться с ним, как с легким веществом: держа обе банки опрокинутыми, я подведу одну под другую и переверну. Что же теперь содержится в той банке, где был газ, добытый из пара? Вы можете убедиться, что теперь там только воздух. А тут? Смотрите, тут находится горючее вещество, которое я таким образом перелил из той банки в эту. Газ сохранил свое качество, состояние и особенности - тем более он заслуживает нашего рассмотрения, поскольку он получен из свечи.
Это же вещество, которое мы только что добыли путем воздействия железа на пар или воду, можно получить и при помощи тех других веществ, которые, как вы уже видели, так энергично действуют на воду. Если взять кусочек калия, то, устроив все как следует, можно получить этот самый газ. Если же вместо калия взять кусочек цинка, то, исследовав его весьма тщательно, мы найдем, что основная причина, почему цинк не может подобно калию длительно действовать на воду, сводится к тому, что под действием воды цинк покрывается своего рода защитным слоем. Иначе говоря, если мы поместим в наш сосуд только цинк и воду, они сами по себе не вступят во взаимодействие и результатов мы не получим.
А что, если я смою растворением защитный слой, т.е. мешающее нам вещество? Для этого мне нужно немножко кислоты; и как только я это проделаю, я увижу, что цинк действует на воду точно так же, как железо, но при обычной температуре. Кислота не изменяется вовсе, за исключением того, что она соединяется с получающейся окисью цинка. Вот я наливаю немного кислоты в сосуд - результат такой, как будто она кипит ключом.
От цинка отделяется в большом количестве что-то такое, что не является водяным паром. Вот полная банка этого газа. Вы можете убедиться, что, пока я держу банку опрокинутой вверх дном, в ней остается как раз то же самое горючее вещество, какое я добывал в опыте с железной трубкой. То, что мы получаем из воды, - это то же вещество, которое содержится в свече.
Теперь давайте четко проследим связь между этими двумя фактами. Этот газ - водород, вещество, принадлежащее к тем, которые мы называем химическими элементами, потому что их нельзя разложить на составные части. Свеча - тело не элементарное, так как из нее мы можем получить углерод, а также и водород, - из нее или, по крайней мере, из той воды, которую она выделяет. Этот газ и назван водородом потому, что это элемент, который, в сочетании с другим элементом, порождает воду.
Мистер Андерсон уже успел получить несколько банок этого газа. Нам предстоит проделать с ним некоторые опыты, и я хочу показать вам, как их лучше всего делать. Я не боюсь вас этому научить: ведь я хочу, чтобы вы сами занимались опытами, но при том непременном условии, чтобы вы их проделывали внимательно и осторожно и с согласия ваших домашних. По мере того, как мы продвигаемся в изучении химии, нам приходится иметь дело с веществами, которые могут оказаться довольно вредными, если попадут не туда, куда надо. Так, кислоты, огонь и горючие вещества, которые мы здесь применяем, могли бы причинить вред, если ими пользоваться неосторожно.
Если вы захотите добывать водород, вы легко можете получить его, заливая кусочки цинка кислотой - серной или соляной. Вот посмотрите на то, что в прежние времена называлось "философской свечой": это бутылочка с пробкой, через которую проходит трубка. Я кладу в нее несколько мелких кусочков цинка. Этот приборчик послужит нам сейчас на пользу, так как я хочу показать вам, что вы у себя дома можете добывать водород и проделать с ним кое-какие опыты по собственному желанию. Сейчас я вас объясню, почему я так аккуратно наливаю эту бутылочку почти дополна, но все-таки не совсем. Эта предосторожность вызывается тем, что получающийся газ (который, как вы видели, очень горюч) оказывается чрезвычайно взрывчатым в смеси с воздухом и мог бы наделать бед, если бы вы поднесли огонь к концу этой трубочки, прежде чем весь воздух будет изгнан из оставшегося над водой пространства. Волью туда серную кислоту. Я взял очень мало цинка, а больше серной кислоты с водой, так как мне нужно, чтобы наш приборчик работал в течение некоторого времени. Поэтому я нарочно так и подбираю соотношение составных частей, чтобы газ вырабатывался в надлежащем количестве - не слишком быстрой не слишком медленно.
Возьмем теперь стакан и подержим его вверх дном над концом трубки; я рассчитываю, что водород благодаря своей легкости некоторое время не улетучится из этого стакана. Сейчас мы проверим содержимое стакана - есть ли в нем водород. Думаю, что я не ошибусь, сказав, что мы уже его уловили. (Лектор подносит к банке с водородом горящую лучинку.) Ну, вот видите, так и есть. Теперь я поднесу лучинку к концу трубки. Вот водород и горит, вот наша "философская свеча".
