Владимир Рюмин - Занимательная химия
Химия неба
Помните - в самом начале книги я сказал о химии, что "она научила нас познавать состав небесных тел и даже определять их возраст"?
Это было сказано не ради красного словца. Ученые, действительно, нашли способ узнавать, какие элементы входят в состав небесных тел, а по составу могут судить и об их возрасте.
Началось это с изучения света, излучаемого горящим натрием.
Раскаленное добела твердое тело дает при разложении его лучей призмой сплошной семицветный спектр. Если пропустить эти лучи через пары натрия, то спектр оказывается как бы перерезанным несколькими черными линиями. Наиболее заметная, характерная для натрия линия перерезывает желтую часть спектра как раз там, где сам горящий натрий, бросающий лучи света через спектроскоп, дал бы ярко-желтую черту.
Пламя каждого элемента дает не сплошной спектр, а прерывистый, состоящий из отдельных цветных полос.
Внимательно рассматривая спектр Солнца, растянутый в длину, нашли в нем темные линии (фраунгоферовы линии), совершенно точно совпадающие с линиями, свойственными натрию.
Что же это может означать другое, как не то, что в солнечной сфере находятся пары натрия?
В дальнейшем, сначала в спектре Солнца, а затем и других звезд, были найдены линии, характерные для других земных элементов. Но в их спектрах имеется немало и таких линий, которые не соответствуют известным нам веществам. Часть их ученые даже окрестили заочно и по месту линий в спектре определили приблизительный характер этих внеземных элементов. Таковы: гелий, короний, небулий[21] и другие. Прекрасным доказательством, что такое определение веществ, находящихся от нас на головокружительных расстояниях в миллиарды миллиардов километров, не простая фантазия, а величайшее достижение человеческой мысли, служит история открытия гелия. После того как он был найден спектроскопом на Солнце, его удалось найти и на Земле. Иначе сказать, когда некий новый элемент был найден в земных минералах, его спектральные линии с точностью совпали с линиями гелия. Значит, это и был гелий! Найден он и в водах некоторых источников, например, у нас на Кавказе и в Поволжьи, и в количествах 0,000001-0,000002 долей объема входит в состав воздуха.
Небесные тела по их спектрам делятся на состоящие из водорода и других газов, - это наиболее молодые; затем заключающие в своем составе пары металлов, - группа более старая; и наконец, содержащие углерод, - самые старые.
Конечно, этот "возраст звезд" зависит не только от времени, протекшего со дня их образования, но и от их размеров. Чем крупнее небесное тело, тем дольше остается оно "молодым"; чем меньше его масса, тем ранее оно успевает "состариться".
Эти же наблюдения над спектрами звезд, а, следовательно, над их составом, показывают нам, что 92 известных нам элемента не представляют соответственного количества абсолютно неизменяемых первичных форм материи. С течением времени, измеряемого, быть может, миллионами наших земных лет, "водородные" звезды превращаются в звезды "металлические". Откуда же берутся в них эти металлы? Когда-нибудь астрономия, физика и химия совместно решат нам и эту задачу, и мы разгадаем тайну образования элементов, как уже начали разгадывать тайну их строения.
Смещение спектральных линий элементов, наблюдаемое при изучении спектров так называемых "неподвижных" звезд, к красной или фиолетовой части спектра указывает на направление их движения - к нам или от нас. Величина же этого смещения позволяет определить скорость движения звезды.
Вот к каким удивительным следствиям привел ученых простенький опыт горения натрия, который мы с вами проделали.
Удивительная наука химия!
Куда делся кусочек угля?
Опустим в сосуд с кислородом на железной ложечке кусочек раскаленного докрасна угля. Он вспыхнет и сгорит без остатка ярким пламенем. Ни дыма, ни твердой окиси, как после горения металлов, в сосуде не останется. Уничтожение материи?..
Нет! Лавуазье более ста лет тому назад доказал, что вещество не уничтожается никакими реакциями, что меняются только его свойства.
Можно проделать этот опыт, помещая герметически закрытый сосуд с кислородом на чашку весов. До и после сожжения в нем угля вес его остается тот же. Сгорая, уголь соединился с кислородом и образовал невидимый углекислый газ. Его присутствие можно обнаружить, переливая газ в сосуд с горящими огарками (рис. 28). По мере того как сосуд наполняется угольным ангидридом, огарки гаснут один за другим, начиная от самого маленького и кончая самым высоким.
Рис. 28. Угольный газ гасит пламя свечи
Мы также уже знаем, что от этого газа мутнеет известковая вода[22]. Почему?
Потому что газ, соединяясь с известью (гидратом окиси кальция), дает нерастворимую в воде углекислую известь.
Мы видели, что такое же помутнение известковой воды происходит, если продувать через нее воздух, выдыхаемый нашими легкими. Вы представляете себе все то количество угля, которое почти 2 миллиарда людей, обитающих на Земле, ежегодно выдыхают в виде угольного газа? Вероятно - нет.
Ну, так я скажу вам, что оно равно 156 миллиардам килограммов угля, который, будучи собран воедино, образовал бы куб с ребром более чем в 440 метров! (рис. 29).
Рис. 29. Сколько угля выдыхает ежегодно все человечество
"А ведь это не менее, чем 1/7 всей годовой мировой добычи угля, который мы также обращаем в углекислый газ, сжигая в заводских и домашних печах и, следовательно, вводя его состав атмосферы. А каковы заводские печи в наше время, видно из того, что домны Магнитогорска расходуют столько же воздуха, сколько вдыхают его все жители Ленинграда.
Добавьте сюда газ, выдыхаемый всеми другими живыми существами всего света. А его истечение из земли!
В 1783 г., при извержении угольного ангидрида одним из вулканов Исландии, газом было задушено 9.000 человек и 239.000 голов домашнего скота.
Из почвы он выделяется почти повсеместно; от него чаще всего задыхаются рабочие, спускаясь в глубокие колодцы и погреба. Свеча, опущенная в такое скопление газа, гаснет. Угольный ангидрид не так ядовит, как хлор или окись углерода, но все же в больших дозах парализует головной и спинной мозг.
Попутно интересное замечание: земля дышит. Дышит, как живые существа, воспринимающие кислород всей поверхностью своего тела и через нее удаляющие угольный ангидрид.
Но на ряду с процессами выделения углекислого газа в природе идет непрерывный процесс его разложения. Освещенные солнцем зеленые части растений поглощают из воздуха угольный газ и выделяют в него обратно кислород. Они питаются этим газом, как мы питаемся ими самими и трупами животных. Затем воды морей и океанов ежегодно растворяют в себе большие количества угольного ангидрида, не насыщаясь им, так как мириады живущих в глубине их вод организмов поглощают этот газ, вводя его в состав своих панцирей. Мел и известняк образовались из остатков несметного числа таких некогда живших организмов и продолжают и поныне образовываться на дне океанов.
Проходят миллионы лет, - миг в жизни земного шара, - и там, где бушевали морские волны, возникает суша и выносит на поверхность известковые отложения океанов. Прообразующие процессы сжатием и повышением температуры превращают их строение в кристаллическое. Мрамор, из которого была изваяна Венера Милосская, был некогда известковым панцирем морских фораминифер (микроскопических корненожек)...
Из этих-то соединений углекислый газ, пребывавший в них связанным со времени, предшествовавшего появлению на Земле первого человека, и будет сейчас мною выделен.
Глава V. "Нечто невидимое" и опыты с ним
Один знаменитый астроном назвал гигантские хвосты комет, перед которыми весь наш земной шар кажется чуть ли не песчинкой, "видимое нечто": так ничтожна масса этих хвостов в сравнении с их размерами.
Наоборот, все бесцветные газы могут быть названы "нечто невидимое", так как мы, хотя и не воспринимаем их зрением, но легко можем обнаружить их материальную природу.
Рис. 30. Добывание углекислого газа
Чтобы добыть одно из таких "нечто невидимых", в количестве, достаточном для опытов, я в колбу с газоотводной трубкой бросаю кусочки мела, обливаю их слабой соляной кислотой и через газоотводную трубку (рис. 30) отвожу выделяющийся углекислый газ в открытый сосуд совершенно так же, как если бы наполнял его через трубку водою.
Углекислый газ почти в полтора раза тяжелее воздуха, в малых количествах не вызывает затруднения дыхания, а потому и допускает такое упрощенное собирание. Он вливается в сборный сосуд, как вливался в него хлор, и не беда, если и перельется через край, чего о хлоре сказать нельзя.
"Таинственный" опыт с весами
Приверженцы тайных знаний, оккультисты, утверждали, будто человек силою воли может нарушать законы тяготения, будто, помещая руку ладонью вниз над чашкой весов, он, по желанию, заставляет ее подниматься вверх и опускаться вниз. Это, конечно, чушь, а вот я действительно могу, не прикасаясь к весам и как-будто ничего не добавляя на одну из чашек, заставить ее опуститься вниз.
