Бруно Донат - Физика в играх
Первый рецепт: 5 частей серной кислоты с раствором 6 частей сухого едкого калия.
Второй рецепт: 5 частей серной кислоты с раствором 4 частей едкого натра.
Третий рецепт: 5 частей серной кислоты с 3 частями сухой (жженой) извести. Известь нужно предварительно приготовить, залив ее таким количеством воды, какое только она сможет впитать. Затем известь нужно охладить.
Четвертый рецепт: 5 частей серной кислоты с 7 частями крепкого нашатырного спирта.
Теплота, которая развивается при химических соединениях, иногда приносит пользу, а иногда причиняет большой вред. Свежий навоз, положенный в так называемую «паровую грядку», развивает значительную теплоту, и садовники пользуются этим для ускорения роста растений. Теплота развивается и в сыром сене, сложенном в копну. Попробуйте в деревне осторожно сунуть руку в сложенную за день или два до этого копну свежего сена. Вы сразу почувствуете тепло. Самонагревание сена портит его качество. Еще больше теплоты образуется в обмолоченной соломе. И сырое сено, и обмолоченная солома могут даже самовозгораться. Бывало, что большие суда на море загорались без видимых причин, от самовоспламенения грузов. Это случалось и с железнодорожными поездами, груженными свежепрессованным брикетным углем.
Знаете ли вы, что теплота нашего тела тоже объясняется химическими процессами? Воздух, который мы вдыхаем, отличается от того, который мы выдыхаем. Выдыхаемый воздух содержит гораздо меньше кислорода и гораздо больше углекислого газа. Только пропорция азота остается неизменной. Наша кровь циркулирует по всему телу, протекает по бесчисленным разветвлениям кровеносных сосудов. Она отбирает в легких кислород от вдыхаемого воздуха и отдает углекислый газ. Кислород в нашем теле соединяется с углеродом. При этом выделяется значительное количество согревающей нас теплоты.
Можно подумать, что в конце концов в атмосфере всего земного шара кислорода окажется недостаточно. Но в природе происходит непрерывное «исправление» воздуха. Человек и прочие животные поглощают кислород и выдыхают углекислоту, а растения поглощают углерод и выдыхают кислород. Таким образом, мир растительный и мир животный зависят один от другого и поддерживают друг друга.
Нагревание жидкостей сотрясением. Сделаем маленькое вступление к этому опыту. Вы знаете, конечно, что, для того чтобы превратить твердое тело в жидкое, его надо нагреть. Лед тает под лучами солнца, воск — от пламени свечи, железо — в плавильной печи. При этом можно наблюдать замечательное и на первый взгляд непонятное явление. Пока весь кусочек взятого нами вещества не расплавится совсем, температура расплавленной части не поднимается ни на одну сотую градуса. Если у вас есть под руками кусочек льда, химический стакан, спиртовая лампочка и термометр, вы легко в этом можете убедиться.
Поставьте стакан со льдом над огнем лампочки и размешивайте термометром образующуюся в стакане воду. Все время, пока лед тает, ртуть термометра будет стоять на нуле и поднимется только тогда, когда последний кусочек льда перейдет в жидкое состояние. Можно подумать, что это неразрешимая загадка.
Куда же девалась та теплота, которая в огромном количестве была израсходована для того, чтобы расплавить твердое тело? Очевидно, она была затрачена на какую-то другую работу, и поэтому ее не обнаруживал термометр. Действительно, она вся ушла на превращение льда при температуре в 0° в воду с той же температурой 0°. Она обратилась в «скрытую» теплоту, как говорят физики. И она опять может проявиться тогда, когда произойдет обратное: когда вода обратится в лед. При замерзании воды, с наступлением зимы, выделяются громадные количества теплоты. Без этого могли бы сразу наступить свирепые морозы.
Конечно, существование скрытой теплоты обнаруживается не только в случае с водой и льдом. Мы можем наблюдать ее при превращении вещества из твердого состояния в жидкое или из жидкого в твердое.
Нагрейте на спиртовой лампочке кристаллы серноватисто-кислого натра (гипосульфита) в стеклянной колбочке. Серноватисто-кислый натр употребляется как фиксаж при фотографировании. Когда его кристаллики расплавятся в бесцветную жидкость, заткните колбочку ватой и поставьте куда-нибудь, где ее не толкнут. Через несколько часов эта жидкость остынет, но — что замечательно — она не превратится опять в твердое тело. Еще более удивительно то, что достаточно самой ничтожной причины, чтобы расплавленный серноватисто-кислый натр сразу затвердел. При этом выделяется скрытая теплота — та теплота, которая была затрачена на плавление кристаллов.
Если в остывший, но еще жидкий натр вы бросите маленький кристаллик натра, тотчас же из жидкости выпадет второй такой же кристаллик, затем третий, четвертый и т. д. Превращение жидкости в кристаллы произойдет быстрее, чем вы успеете прочесть об этом, и вы не уследите за ростом их числа. Колбочка в это время так сильно нагревается, что до нее трудно дотронуться; некоторые кристаллы даже снова плавятся, и это задерживает полное отвердение жидкости.
Искусственный холод. В предыдущем опыте твердый серноватисто-кислый натр расплавился и обратился в жидкость. Мы знаем, что для превращения твердого тела в жидкое, а жидкого в газообразное необходима теплота. Источником теплоты у нас была спиртовая лампочка.
Но можно обратить твердое тело в жидкое, а жидкое в газообразное без внешнего источника тепла, использовав теплоту самого тела. Тогда это тепло, истратив свою теплоту на обращение в другое состояние, должно охладиться. Мы ощущаем холод даже под лучами солнца, когда выходим из воды после купания. Среди лета на самом солнцепеке нам становится холодно при свежем ветре. Почему это? Потому что воде, чтобы испариться, необходима теплота, и она берет эту теплоту из нашего тела, и чем быстрее происходит испарение, тем сильнее вода вытягивает из нас теплоту. Поэтому пары легко испаряющегося винного спирта оставляют на теле более сильное ощущение холода, чем вода. Если голого человека облить эфиром на солнцепеке, в самую сильную летнюю жару, он замерзнет. Сильное испарение дает также одеколон, поэтому он так освежающе действует на кожу.
Если из-под колпака воздушного насоса производить очень быстрое откачивание воздуха, то испарение эфира происходит настолько быстро, что вода, вставленная в пробирке в стакан с эфиром, замерзает.
Нетрудно превратить химическим путем твердое тело в жидкое. При этом иногда значительно понижается температура. Вы часто видели, как обмерзшие и покрытые снегом трамвайные пути посыпают солью, и тогда на них тает ледяная корка. При этом обычно никто не интересуется тем, какова температура жидкой смеси соли и растаявшего снега. Оказывается, что эта смесь холоднее снега, из которого она образовалась. Если быстро и хорошо смешать 1 часть снега с 11/2 части соли, температура смеси станет —12° по Цельсию.
Обратить снег в жидкость и достигнуть при этом сильного понижения температуры можно и другим способом. Возьмите на 1 часть воды 4 части серной кислоты. (Не забудьте, что при этом надо кислоту подливать понемногу в воду, а не наоборот.) С этим раствором серной кислоты смешайте в три раза большее количество снега. Снег обратится в жидкость, причем температура его с 0° упадет до —32°. При быстром смешивании 2 частей снега и 1 части хлористого кальция температура падает до —42,5° по Цельсию, до температуры ниже точки замерзания ртути.
Пользуясь поглощением теплоты при растворении тел в воде, тоже можно достигнуть понижения температуры. Наибольшее охлаждение получается, например, при быстром размешивании 1 части порошка нашатыря в 2 частях холодной воды. Стакан при этом немного запотевает, и рукой можно ощутить охлаждение его.
Очень хорошая охлаждающая смесь получается из 14 частей истолченной глауберовой соли, размешанной в 9 частях азотной кислоты.
Мы укажем сейчас несколько смесей, с помощью которых легко заморозить воду в пробирке. Но при этом соли должны быть хорошо истолчены и размешивать их в растворе надо очень быстро.
Налейте в пробирку воды с температурой +10° по Цельсию и этой пробиркой размешивайте смеси:
1) смесь 1 части азотно-кислого аммония с 1 частью воды понижает температуру до —15° по Цельсию;
2) 1 часть кристаллической соды с 2 частями предыдущего раствора понижает температуру до —13,8° по Цельсию;
3) раствор 5 частей нашатыря и 5 частей селитры в 16 частях воды дает температуру —12° по Цельсию;
4) 8 частей толченой глауберовой соли и 5 частей соляной кислоты охлаждают воду до температуры —17,8° по Цельсию.
Постепенным охлаждением в разных смесях можно добиться еще большего понижения температуры жидких тел. Смеси, которые мы приводили раньше, также пригодны для этого. Но можно взять и другие: например, 2 части снега, смешанные с 3 частями хлористого кальция, понижают температуру до —30° по Цельсию. А если эту смесь в тонкостенном стакане опустить в смесь из 3 частей снега с 2 частями хлористого кальция, тогда оба раствора дадут температуру —42°.
