Огненный воздух

Александр Фёдоров

ОГНЕННЫЙ ВОЗДУХ

ВВЕДЕНИЕ

«Огненный воздух» — книжка о кислороде, самом распространенном в природе химическом элементе. Кислород встречается всюду. Он входит в состав атмосферного воздуха и воды, присутствует почти во всех минералах, является необходимой составной частью растительных и животных организмов.

Кислород является основой жизни на Земле. В атмосфере, лишенной этого газа, невозможно, существование животных и растений, за исключением, пожалуй, небольшого числа простейших бактерий.

Без кислорода немыслимо подавляющее большинство процессов в технике. Горение топлива, выплавка металлов, получение огромного количества химических веществ обеспечиваются кислородом, находящимся в атмосфере или заключенным в исходных материалах — сырье.

Однако этого мало. Теперь кислород нередко специально вводится в различные производственные установки. Уже много лет он применяется для сварки и резки даже самых тугоплавких металлов и сплавов. Многочисленные исследования показали, что с помощью кислорода удается резко ускорить различные технологические процессы.

Дополнительные количества кислорода, введенные в металлургические печи, в аппараты химической промышленности, в установки для газификации дешевого твердого топлива, не только увеличивают выпуск продукции, но и значительно повышают ее качество.

Вот почему кислород находит всё более широкое применение в промышленности, а производство установок для получения кислорода превратилось в крупную отрасль машиностроения.

В этой книжке кратко рассказывается о свойствах кислорода, о принципах устройства и работы промышленных установок, позволяющих получать кислород из атмосферного воздуха, а также о том, как используется кислород в отдельных отраслях народного хозяйства.

В ЛАБОРАТОРИИ ВЕЛИКОГО УЧЕНОГО

Далеко за полночь. Мигающее пламя светильника бросает расплывчатые причудливые тени на закопченный свод потолка. Чуть тлеют угли в большом очаге, выложенном посреди комнаты. В стеклянных ретортах — сосудах с длинными запаянными горловинами — булькает какая-то густая, тягучая жидкость. Это расплавленные металлы — свинец, олово. Часами прокаливаются они на огне, превращаясь в хрупкую, зернистую массу — окалину.

Высокий, широкоплечий человек устало поднимается со скамьи. Железными щипцами он ловко схватывает одну из реторт, несет ее к столу и бережно устанавливает на чашку весов. На другой чашке находятся бронзовые гирьки. Они уравновесили реторту с ее содержимым в начале опыта.

Стрелка весов медленно, как бы нехотя, качается. Секунды кажутся томительно долгими. Колебания стрелки делаются все меньше, и вот ее тонкий конец останавливается против отметки «нуль» на шкале. Закончен еще один опыт. Вес запаянного сосуда с оловом не изменился, несмотря на длительное прокаливание на огне. То же самое подтверждает взвешивание второй реторты, третьей, десятой… Такой же результат был отмечен вчера, позавчера, на прошлой неделе…

— Да, теперь все ясно!

Порывистым движением исследователь отодвигает весы и открывает толстую книгу. Обмакнув в чернила гусиное перо, он быстро пишет:

«…деланы опыты в запаянных накрепко сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металла от чистого жару. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропускания внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере».

Строки эти писал в 1756 году Михаил Васильевич Ломоносов, гениальный русский ученый, заложивший основы отечественной науки и установивший ряд важнейших законов современной химии и физики.

Еще за много лет до Ломоносова явления горения возбуждали у химиков большой интерес. В то время существовала примитивная, глубоко ошибочная «теория» горения. Она утверждала, что во всех телах имеется особое, горючее вещество — флогистон. По утверждению последователей этой «теории» флогистон весил «меньше, чем ничего», т. е. имел отрицательный вес. При горении топлива или прокаливании металлов флогистон покидает тело, и поэтому вес продуктов горения увеличивается по сравнению с первоначальным. Такое объяснение явлений горения казалось современникам Ломоносова очевидным и убедительным.

Однако Ломоносов не мог согласиться с существованием фантастического флогистона. Он предположил, что самый обычный воздух участвует в горении и обжигании. И великий ученый ставит опыты с прокаливанием свинца и олова, чтобы доказать эту новую мысль.

Что же происходит с металлом, который прокаливается в реторте? Часть воздуха соединяется с металлом, образуя окалину. Если реторта запаяна, вес ее при этом не изменяется. Но достаточно вскрыть реторту, как наружный воздух с шумом устремится в нее и займет место той части находившегося в реторте воздуха, которая пошла на превращение металла в окалину. Вес содержимого реторты при этом несколько увеличится.

Этими опытами Ломоносов доказал не только роль воздуха при горении, но и установил, что при химических превращениях веществ «сколько у одного тела отнимается, столько присовокупляется к другому». Этот закон сохранения массы вещества стал основой современной химии. Великий русский ученый на три десятилетия опередил «открытие» того же закона французским химиком Лавуазье.

КАК БЫЛ ОТКРЫТ КИСЛОРОД

Через несколько лет после смерти М. В. Ломоносова молодой шведский химик Карл Шееле сделал такой опыт. Он поместил в колбу кусочек фосфора и плотно закрыл ее пробкой. Затем он поднес к колбе зажженную свечу. Через секунду, от нагревания колбы, фосфор ярко вспыхнул, и колба наполнилась густым дымом, который вскоре осел на ее стенках в виде белых, похожих на иней хлопьев.

Когда колба остыла, Шееле опрокинул ее, бережно опустил горловину в воду и осторожно выдернул пробку. Вода быстро устремилась в колбу и заполнила пятую часть ее объема.

Молодой химик пробовал сжигать в закрытых сосудах и другие вещества. Результат неизменно получался все тот же: пятая часть воздуха, заключенного в сосуде, куда-то исчезала и ее место заполнялось водой. В том же воздухе, который оставался в колбе после горения, уже не удавалось зажечь не только свечу, но даже легко воспламеняющийся фосфор. Помещенная туда мышь очень быстро умирала от удушья.

Все это навело Шееле на мысль, что окружающий нас воздух вовсе не является однородным веществом, как принято было думать в то время, а представляет собою смесь по крайней мере двух различных частей. Ту часть воздуха, которая оставалась в колбе после горения фосфора или какого-либо другого вещества, Шееле назвал мертвым, негодным воздухом, а исчезнувшую часть, которая поддерживала горение, — живым или «огненным воздухом».

Вскоре Шееле научился получать «огненный воздух» в чистом виде, отдельно от негодного. Он насыпал в стеклянную реторту порошок селитры и нагревал его на огне. Селитра плавилась, выделяя чудесный газ, в котором ярко вспыхивала чуть тлеющая лучина.

Так был открыт в 1772 году новый химический элемент, «огненный воздух», необходимый для горения и дыхания. Впоследствии его назвали кислородом.

В НЕОБЪЯТНОЙ КЛАДОВОЙ ПРИРОДЫ

Природа исключительно богата кислородом. Это — самый распространенный химический элемент. Почти вся земная кора состоит из соединений различных элементов с кислородом. Железные руды, например, являются химическим соединением железа и кислорода. Речной песок состоит из кислорода и кремния, глинозем содержит алюминий и кислород.

Огромное количество кислорода есть и в воде. На тонну воды приходится 890 килограммов кислорода и 110 килограммов связанного с ним водорода. Наконец, атмосферный воздух, как мы уже знаем, состоит на одну пятую из кислорода, а это — невероятно большое количество. Если весь кислород земной атмосферы превратить в жидкость, то вся поверхность земли, включая горы и равнины, моря и океаны, покроется слоем холодной светло-голубой жидкости толщиной больше двух метров.