Техника - молодёжи 1964-05, страница 20

г

ч

А 1 •S

5

и

I

2

Это был костер инквизиции. Но самого еретика не было здесь, в Берлине: он жил и здравствовал в Париже. Жадные языки пламени взметнулись кверху, чтобы «испепелить» научную идею. И какую! Ту, что, ниспровергнув теорию флогистона, впервые вскрывала природу огня.

Символическое аутодафе было воздвигнуто фанатичными приверженцами учения немецкого флогистика Г еорга Шталя. И неспроста. Еще в 1777 году Антуан Лоран Лавуазье представил Парижской академии наук свой «Ме-муар о горении вообще». Горение вовсе не связано с выделением загадочного флюида — флогистона, утверждал автор. Напротив, горение, равно как дыхание организмов и ржавление металлов, есть процесс соединения с кислородом. Это был дерзкий вызов общепринятым воззрениям. Но экспериментальные факты оказались упрямее инквизиторов от науки.

Итак, для горения необходим кислород? Тогда почему водород или скипидар горит в атмосфере хлора, ядовитого для легких живого существа, а магний сгорает в углекислом газе?

Понятие окисления обобщили на широкий класс реакций. Например, водород может быть окислен не только кислородом. Взаимодействуя с хлором, он тоже окисляется — иными словами, отдает электроны атому-партнеру. Одновременно происходит восстановление хлора, то есть присвоение им электронов, отобранных у водорода. Водород вступает в прочный союз с хлором, образуя химическое соединение (хлористый водород). Так что кислородное горение в опытах Лавуазье —• частный случай окислительно-восстановительных реакций.

Ну, хорошо, а как же быть с огнем? Ведь дыхание организмов и ржавление металлов тоже окислительно-восстановительный процесс! Однако никакого пламени при этом нет и в помине. Что же в конце концов представляет собой огненная стихия?

Казалось бы, картина предельно ясна: окислительно-восстановительный процесс, сопровождающийся излучением тепла и света. Верно. И в то же время не совсем точно. Традиционные представления химии не в силах охватить многообразие процессов, протекающих в пламени. Карты спутала атомарная горелка Ленгмюра, которая явилась, по существу, первым плазматроном.

Водородная струя течет между элек

тродами электрической дуги. Молекулы Нг не выносят адской жары и диссоциируют, распадаются на атомы Н. А те, в свою очередь, теряют электроны — происходит ионизация. Образуется смесь атомных ядер и свободных электронов — плазма. Ее можно «законсервировать» — хранить под давлением в баллонах. Но стоит направить поток водородной плазмы на металл, как вдруг вспыхивает ослепительное пламя. Твердый металл режется легкой струйкой ионизированного газа не хуже, чем масло ножом! Как же возникает пламя, которое мы назвали взаимодействием топлива и окислителя? Быть может, водород смешивается с кислородом или хлором? Нет. Процесс протекает в любой атмосфере и только на поверхности контакта с металлом. Тогда, быть может, образуется соединение водорода с металлом? Тоже нет. Продуктом реакции оказывается чистый водород. И «распиленный» металл остается химически неизменным. Вроде бы не назовешь его «поставщиком» электронов в строгом понимании окислительно-восстановительного процесса. Металл играет скорее роль катализатора. В чем же дело?

В рекомбинации — так называют воссоединение электронов с атомными ядрами. Пламя электрической дуги — помните? — во-первых, разделяло молекулу Нг на индивидуальные атомы, во-вторых, «раздевало» их. На это затрачивалась тепловая энергия. При соприкосновении с металлом атомы водорода снова облачаются в электронную «одежку» и объединяются в молекулу Н₂. Наступает черед вернуть тепловой «долг». Вот и вспыхивает жаркое пламя, разрезающее металл.

Любопытно, что струя ионизированного газа сама по себе вовсе не горячая: можно смело подставить под нее руку, не опасаясь обжечься. Только не забудьте снять кольцо! Иначе оно может испариться вместе с вашим пальцем.

Не только струя плазменной горелки, но и любое пламя — вспышка ли спички или сверхновой звезды — самая настоящая плазма.

«О Солнце, гневное пламя!» — восклицал в поэтическом экстазе Генрих Гейне. Да, и Солнце и прочие звезды — все это огонь, неугасимый, далекий. Но мы, дети атомного века, знаем, что существует звездный огонь и на Земле — скоротечный огонь, который ярче тысячи солнц. Яростный, ослепи-

Сравнив эту черно-белую ленту рисунков с пестрым бордюром на последней странице обложки, читатель сразу же восилиннет: «Ба1 Да ведь это же профессии огня) Только вот почему здесь не говорится о пламени как о химической лаборатории?» Да, в камерах сгорания и плазматронах удается осуществить целый ряд важных промышленных синтезов. Но об этом уже рассказано в предыдущем номере журнала. Поэтому художник ограничился тем, что изобразил структуру пламени свечи и написал рядом общую формулу горения насыщенных углеводородов — вместо «п » можно подставить 1, 2, 3 и т. д. (парафин является смесью углеводородов). Как видите, она сложнее формулы горения водорода в кислороде; можно представить, наснолько хитрее внутренний механизм процессов в углеводородном пламени! Рядом — схема плазматрона. Струя водородной плазмы, разогнанная магнитным полем, плавит металл.

Первобытный ностер и лабораторная горелка, средневековая лучина и юпитер для киносъемок — с незапамятных времен и до сего дня огонь служит человеку верой и правдой. Значительно позже тепла и света люди стали использовать другое свойство пламени — цвет. Родилась пиротехника, а затем и спектральный анализ пламени. Любая плазма электропроводка. Молния и вольтова дуга — это иснра, рожденная электрическим током. И наоборот: можно получать электрический тон из пламени, помещенного в магнитное поле (МГД-генератор). А в магнитных полях Солнца плазма становится мириадами незримых «пуль», обстреливающих межпланетное пространство (космические лучи). Зато на Земле с помощью тех же магнитных полей ученые пытаются свернуть плазму в жгут. Наионец газодинамические свойства пламени широко используются в двигателях — ракетных, реактив ных, внутреннего сгорания.