Занимательная химия для детей и взрослых - Илья Леенсон

В 1770 г. была изобретена электрическая зажигалка, в которой струя водорода воспламенялась от искры электрофорной машины. Такая зажигалка могла служить красивым демонстрационным экспериментом на лекции по электричеству, но никак не для бытовых целей.

Следующий прорыв в деле получения огня связан с открытием немецкого химика Иоганна Вольфганга Дёберейнера. Сначала он был аптекарем, что типично для многих химиков того времени, включая и знаменитого Шееле, затем владельцем фабрики, а с 1810 г. – профессором химии, фармации и технологии в Иене. Дёберейнер открыл реакцию образования серного ангидрида, впервые синтезировал муравьиную кислоту, изучил образование уксусной кислоты окислением винного спирта, чем способствовал развитию промышленного производства уксуса. Как один из предшественников Д. И. Менделеева, он открыл закон триад: если в триадах литий – натрий – калий, кальций – стронций – барий, сера – селен – теллур, хлор – бром – йод расположить элементы в порядке возрастания их атомных масс, то атомная масса среднего члена триады примерно равна полусумме крайних членов. Это правило было использовано в последующих работах по классификации химических элементов.

Одно из важнейших открытий Дёберейнера – каталитическая способность мелкораздробленной платины (платиновой черни) способствовать протеканию ряда химических реакций; при этом сама платина не претерпевает изменений. В 1821 г. он обнаружил, что платиновая чернь окисляет пары винного спирта до уксусной кислоты уже при обычной температуре. Через два года он открыл способность губчатой платины при комнатной температуре воспламенять водород. Если смесь водорода и кислорода (гремучий газ) ввести в соприкосновение с платиновой чернью или с губчатой платиной, то сначала идет сравнительно спокойная реакция горения. Но так как эта реакция сопровождается выделением большого количества теплоты, платиновая губка раскаляется, и гремучий газ взрывается. На основании своего открытия Дёберейнер сконструировал водородное огниво – прибор, широко применявшийся для получения огня до изобретения спичек.

В 1860 г. голландский аптекарь Петрус Якоб Кипп сконструировал удобный аппарат для получения водорода, ныне носящий его имя. Эту конструкцию использовали и в водородном огниве: выходящую из аппарата струю водорода направляли на губчатую платину. Придя с ней в соприкосновение в присутствии воздуха, водород воспламенялся. Конечно, аппарат Киппа в карман не положишь; огниво могло быть только стационарным.

Каталитическая горелка Дёберейнера(слева): водород, получаемый действием серной кислоты на цинк, поджигается платиновым катализатором

Сейчас о водородном огниве знают только историки науки. Его быстро вытеснили спички, сначала опасные – фосфорные, потом безопасные – серные (раньше их называли шведскими по имени страны, где их впервые стали выпускать). Однако у спичек немало недостатков – они легко отсыревают, их пламя задувается ветром, на производство спичек тратится масса древесины, в производстве используется опасная бертолетова соль.

Альтернативой спичкам служит не менее распространенная зажигалка. Раньше зажигалки заправляли бензином. Бензин пропитывал фитиль, испарялся, и его пары поджигались искрой, получаемой от трения стального колесика о маленький цилиндрик, сделанный из специального сплава. Этот сплав изобрел австрийский химик Карл Ауэр фон Вельсбах, воспользовавшись пирофорностью его основного компонента – церия. Ауэр усилил пирофорность церия, сплавив его с другими металлами. Для кремней в зажигалке оптимальным оказался такой состав: церий – 66 %, железо – 25 %, лантан – 8 %, магний – 0,5 %, медь – 0,5 %. Зажигалки позволили сэкономить во всем мире бесчисленное количество спичек, а следовательно, и древесины. Бензиновые зажигалки со временем уступили место более удобным газовым. В них под небольшим давлением находится сжиженный газ (бутан или его смесь с пропаном). Даже в очень жаркую погоду давление паров над жидким бутаном не превышает 3 атм, и пластмассовый корпус зажигалки такое давление легко выдерживает. «Зажигательный» механизм в большинстве дешевых зажигалок оставался прежним: колесико и кремень. Но наиболее «продвинутые» конструкции обходятся без движущихся деталей: в них нет ни традиционного зубчатого колесика, ни кремня. Зажигание газа производится либо раскаляемой током тонкой нихромовой проволочкой, либо искрой, которая проскакивает между двумя электродами. В обоих случаях в зажигалке должен быть источник электричества – батарейка или (во второй конструкции) пьезоэлемент – кристалл, нажатие на который сопровождается накоплением заряда и искрой.

Сравнительно недавно венгерские изобретатели, вспомнив огниво Дёберейнера, сконструировали зажигалку нового типа: на выходе струи газа находится платиновая спиралька, которая катализирует реакцию горения. Пламя у новой зажигалки сильное и устойчивое, ему не страшен ветер. Таким пламенем можно не только поджечь сигарету, но и сварить при необходимости тонкую проволоку.

Когда картины великих художников начали цениться на вес золота, стали появляться во все возрастающих масштабах подделки. Конечно, подделать картину художника эпохи Возрождения несравненно труднее, чем написанную в начале ХХ в. Ведь при этом необходимо учитывать естественное старение основы, растрескивание лака, сложности техники старых мастеров и проблемы с красками (экспертиза легко отличит природный ультрамарин или пурпур от синтетического красителя). Тем не менее время от времени появляются великие фальсификаторы, настоящие мастера своего дела, разоблачение которых порой занимает не одно десятилетие. И в этом деле решающим фактором часто становится исследование картины с применением самых современных и точных физических и химических методов.

В настоящее время в распоряжении экспертов имеются разнообразные методы, не оставляющие никаких шансов фальсификаторам «древностей». Среди самых простых – давно используемые приемы фотографирования картин в ультрафиолетовых и инфракрасных лучах, рентгеновская фотография, да и обычный микроскоп может о многом рассказать специалисту. Например, размер частиц минеральных пигментов и их форма (а до начала XIX в. краски растирали вручную) могут оказаться характерными для данной школы или эпохи.

Рентгенография помогает распознать тип используемых материалов. Рентгеновские лучи слабо поглощаются холстом, картоном, деревом, органическими красителями; сильнее – гипсом и легкими минеральными пигментами; еще сильнее – охрой, цинковыми белилами и другими пигментами, содержащими металлы середины таблицы Менделеева; очень сильно поглощают рентгеновское излучение свинцовые белила, киноварь (красная краска на основе сульфида ртути) и другие соединения тяжелых металлов. Изменяя напряжение на рентгеновской трубке, можно добиться проникновения лучей на разную глубину и таким образом просматривать картину слой за слоем – вплоть до канвы.

В ультрафиолетовых лучах современные пигменты часто светятся совсем не так, как старинные. Инфракрасные лучи легче проходят сквозь помутневший лак и позволяют разглядеть детали, не видимые при обычном освещении. Иногда удается даже разглядеть под внешним слоем краски первоначальный набросок картины того же автора. Анализ таких рисунков на картинах Иеронима Босха (в частности, характерный нажим) позволил установить, что автор был левшой; это дало возможность отличить картины Босха от картин его многочисленных подражателей.