Майкл Фарадей - История свечи
Но все-таки почему же свеча не так хорошо горит в воздухе, как в кислороде? Сейчас мы к этому перейдем. Вот у меня две банки; они наполнены газом до одинакового уровня, и на вид они одинаковы. По правде говоря, я сейчас даже не знаю, которая из этих банок содержит кислород, а которая - воздух, хотя мне известно, что их заранее наполнили именно этими газами. Но у нас есть пробный газ, и я сейчас выясню, есть ли между содержимым обеих банок какая-либо разница в способности вызывать покраснение этого газа. Я впускаю пробный газ в одну из банок. Следите, что происходит. Как видите, покраснение есть, - стало быть, здесь кислород. Испытаем теперь вторую банку. Как видите, покраснение не так отчетливо, как в первой банке.
Далее происходит любопытнейшая вещь: если смесь двух газов во второй банке хорошенько взболтать с водой, красный газ поглотится; если впустить еще порцию испытательного газа и опять взболтать банку, поглощение красного газа повторится; и так можно продолжать, пока будет оставаться кислород, без которого невозможно это явление. Если я впущу воздух, дело не изменится; но как только я введу воду, красный газ исчезнет; и я могу продолжать, таким образом, впускать все больше и больше испытательного газа, пока у меня в банке не останется нечто такое, что уже не будет окрашиваться от прибавления того вещества, которое окрашивало воздух и кислород. В чем же дело? Вы понимаете, что в воздухе, кроме кислорода, содержится еще что-то, и оно-то и остается в остатке. Сейчас я впущу в банку еще немного воздуха, и если он покраснеет, вы будете знать, что там еще оставалось какое-то количество красящего газа и что, стало быть, не его нехваткой объясняется то, что воздух израсходовался не весь.
Это поможет вам понять то, что я теперь скажу. Вы видели, что когда я сжег фосфор в банке, и получившийся из фосфора и кислорода дым осел, изрядное количество газа осталось неизрасходованным, подобно тому как наш пробный газ оставил что-то незатронутым. И действительно, после реакции остался вот этот газ, который не изменяется ни от фосфора, ни от красящего газа. Этот газ - не кислород, но, однако, это составная часть атмосферы.
Таков один способ разделения воздуха на те два вещества, из которых он состоит, т.е. на кислород, сжигающий наши свечи, фосфор и все прочее, и на вот это другое вещество - азот, в котором они не горят. Этой второй составной части в воздухе гораздо больше, чем кислорода.
Этот газ оказывается очень интересным веществом, если заняться его исследованием, но вы, может быть, скажете, что он совсем не интересный. В некоторых отношениях это так: ведь он не проявляет никаких блестящих эффектов горения. Если его испытывать зажженной лучинкой, как я испытывал кислород и водород, то он не будет ни сам гореть, как водород, ни заставлять гореть лучинку, подобно кислороду. Как бы я его ни испытывал, я не смогу от него добиться ни того, ни другого: он и не загорается и не дает гореть лучинке - он гасит горение любого вещества. При обычных условиях ничто не может в нем гореть. У него нет ни запаха, ни вкуса; это не кислота и не щелочь; по отношению ко всем нашим внешним чувствам он проявляет полное безразличие. И вы могли бы сказать: "Это ничто, оно не заслуживает внимания химии; чего ради оно существует в воздухе?"
И тут-то нам пригодится умение делать выводы из опыта. Предположим, что вместо азота или смеси азота с кислородом, наша атмосфера состояла бы из чистого кислорода, - что бы с нами сталось? Вы прекрасно знаете, что кусок железа, зажженный в банке с кислородом, сгорает дотла. При виде топящегося камина вообразите, что сталось бы с его решеткой, если бы вся атмосфера состояла из одного только кислорода: чугунная решетка стала бы гореть куда сильнее, чем каменный уголь, которым мы топим камин. Огонь в топке паровоза - это было бы все равно, что огонь на складе горючего, если бы атмосфера состояла из кислорода.
Азот разбавляет кислород, умеряет его действие и делает его полезным для нас. К тому же азот уносит с собой весь тот чад и газы, которые, как вы видели, возникают при горении свечи, рассеивает их по всей атмосфере и переносит их туда, где они оказываются нужны для поддержания жизни растений, а тем самым и человека. Таким образом, азот выполняет в высшей степени важную работу, хотя вы, ознакомившись с ним, говорите: "Ну, это совсем никчемная штука".
В своем обычном состоянии азот представляет собой неактивный элемент: никакое воздействие, кроме сильнейшего электрического разряда, да и то только в очень слабой степени, не может заставить азот непосредственно вступить в соединение с другим элементом атмосферы или с иными окружающими веществами. Это вещество совершенно индифферентное, т.е., иначе говоря, безразличное, - а тем самым и безопасное.
Но прежде чем подвести вас к этому выводу, я должен сперва кое-что рассказать вам о самой атмосфере. Вот таблица, показывающая процентный состав атмосферного воздуха:
по объему по массе Кислород 20 22,3 Азот 80 77.7 100 100Она правильно отражает относительные количества кислорода и азота в атмосфере. Отсюда мы видим, что в пяти пинтах воздуха содержится всего одна пинта кислорода на четыре пинты азота; иначе говоря, по объему азот составляет 4/5 атмосферного воздуха. Все это количество азота уходит на то, чтобы разбавить кислород и смягчить его действие; в результате и свеча надлежащим образом снабжается горючим и наши легкие могут дышать воздухом без вреда для здоровья. Ведь для нас не менее важно получать кислород для дыхания в надлежащем виде, чем иметь соответствующий состав атмосферы для горения угля в камине или свечи.
Теперь я сообщу вам массы этих газов. Пинта азота имеет массу 10 4/10 грана, а кубический фут - 1 1/6 унции. Такова масса азота. Кислород тяжелее: пинта его имеет массу 11 9/10 грана, а кубический фут - 1 1/5 унции.
Вы уже несколько раз задавали мне вопрос: "Как определяют массу газов?", и я очень рад, что этот вопрос вас заинтересовал. Сейчас я вам покажу, это дело очень простое и легкое. Вот весы, а вот медная бутылка, аккуратно выточенная на токарном станке и при всей своей прочности имеющая наименьшую возможную массу. Она совершенно непроницаема для воздуха и снабжена краном. Сейчас кран открыт, и поэтому бутылка наполнена воздухом. Весы эти очень точные, и бутылка в ее теперешнем состоянии уравновешена на них гирями на другой чашке. А вот и насос, при помощи которого мы можем нагнетать воздух в эту бутылку. Сейчас мы накачаем в нее известное количество воздуха, объем которого будет измеряться емкостью насоса. (Накачивается двадцать таких объемов.) Теперь мы закроем кран и положим бутылку обратно на весы. Смотрите, как чашка весов опустилась: бутылка стала гораздо тяжелее, чем прежде. Емкость бутылки у нас не изменилась, - значит, воздух в том же объеме стал тяжелее. Благодаря чему? Благодаря тому воздуху, который мы в нее накачали насосом. вдобавок к имевшемуся воздуху.
Сейчас мы выпустим воздух вот в ту банку и предоставим ему возможность вернуться в прежнее состояние. Все, что мне для этого нужно сделать, сводится к тому, чтобы плотно соединить медную бутылку с банкой и открыть краны, - и вот вы видите, у нас тут собран весь тот объем воздуха, который я только что накачал в бутылку двадцатью взмахами насоса. Чтобы удостовериться, что у нас по ходу этого опыта не произошло никакой ошибки, мы опять положим бутылку на весы. Если она теперь снова окажется уравновешена первоначальной нагрузкой, мы сможем быть совершенно уверены, что мы правильно проделали опыт. Да, она уравновесилась. Вот таким образом мы и можем узнать массу тех добавочных порций воздуха, которые мы в нее накачивали. Так можно установить, что кубический фут воздуха имеет массу 1 1/5 унции.
Но этот скромный опыт никак не сможет довести до вашего сознания всю сущность полученного результата. Поразительно, насколько цифры возрастают, когда мы переходим к более крупным объемам. Вот такое количество воздуха (кубический фут) имеет массу 1 1/5 унции. А как вы думаете, какова масса воздуха вон в том ящике наверху (я его специально заказывал для этих расчетов)? Воздух в нем имеет массу целый фунт. Массу воздуха в этом зале я вычислил, но эту цифру вы вряд ли угадали бы: это больше тонны. Вот как быстро возрастают массы, и вот как важно присутствие атмосферы и содержащихся в ней кислорода и азота, а также работа, которую она производит, перемещая предметы с места на место и унося вредные испарения.
Дав вам эти несколько примеров, относящихся к весомости воздуха, я перейду теперь к показу некоторых следствий из этого факта. Вам обязательно надо с ними познакомиться, иначе вам многое останется неясным. Помните ли вы такой опыт? Случалось ли вам когда-нибудь его видеть? Для него берется насос, несколько, похожий на тот, которым я только что накачивал воздух в медную бутылку.
