Борис Степин - Книга по химии для домашнего чтения

Самыми высококачественными оказались зеркала из индия In. В отличие от серебра индий не тускнеет на воздухе, долго сохраняет высокий коэффициент отражения. Индиевые зеркала, установленные в прожекторах, позволяли легко находить фашистские самолеты, сбрасывавшие бомбы на Лондон. Лучи индиевых зеркал пробивали плотный туман, часто висящий над столицей Великобритании.

В 1919 г. в Петрограде, когда спичечные фабрики прекратили работу из-за отсутствия фосфора, появились «макальные» спички, или «хозяйственные запалы».

«Макальные» спички изобрел французский химик-аналитик и органик Гюстав Шансель (1822–1890). Он предложил на конец лучинок наносить смесь бертолетовой соли KClO3[9] (см. 3.24), серы S, горючих веществ (угля, крахмала, сахара) и клея. После высушивания такая спичка загоралась, если ее обмакнуть в концентрировавшую серную кислоту H2SO4 (см. 1.49) и тотчас вынуть. Сначала обмазка лучинки начинала трещать и затем вспыхивала. Загорание «макальных» спичек вызывали реакции

4КСlO3 + 2H2SO4 = 4СlO2↑ + O2↑ + 2K2SO4 + 2Н2O, S + 2ClO2 = SO2↑ +Cl2↑ +O2↑, S + O2 = SO2↑, C + O2 = CO2↑.

Выделяющийся сильный окислитель диоксид хлора ClO2 воспламенял серу, а вслед за ней и горючие вещества. Горению способствовало выделение кислорода. «Макальные» спички были очень неудобны: надо было всегда иметь под рукой склянку с серной кислотой.

Спички Шанселя усовершенствовал английский химик Джонс. Его спички, получившие название «дьявольских», состояли из полоски картона, к концу которой был прикреплен крохотный стеклянный пузырек с каплей H2SO4. Пузырек был обмазан смесью KClO3, сахара и клея. К спичкам прилагался пинцет, с помощью которого раздавливался пузырек-головка. Спички Джонса были в свое время предметом роскоши у лондонских аристократов.

В Петрограде в период разрухи склянку с кислотой заменили стеклянной пробиркой, закрытой корковой пробкой, внутри пробирки находился кусочек асбестовой ваты, пропитанной концентрированной серной кислотой. Из такого сосуда кислота не выливалась. Коробку с «макальными» спичками и пробиркой стали называть «хозяйственным запалом».

Лаборант, приводя в порядок шкаф с реактивами, нашел в углу старую банку с запарафинированной пробкой и полустершейся этикеткой, на которой он смог прочесть только одно слово «Пирофор». Недолго думая, лаборант выбросил банку в корзину с мусором. На другой день, придя на работу, он узнал, что его комната вся выгорела, и пожарные с трудом погасили огонь.

Причина пожара — в безответственном отношении к химическому веществу неизвестного состава. «Пирофор» — смесь, самовоспламеняющаяся на воздухе, первые «химические спички», изобретенные немецким химиком Дёберейнером в начале прошлого столетия (см. 4.9; 9.30). Если смесь карбоната калия K2CO3, безводного сульфата алюминия-калия KAl(SO4)2 и угля C прокалить без доступа воздуха, то в результате реакций

2К2СO3 + C = 4К + 3CO2↑, 2KAl(SO4)2 + C = 2K + SO2↑ +3SO3↑ + CO2↑ + Al2O3

образуется серо-черная масса, содержащая мелкие частицы калия К, оксида алюминия Al2O3 и остатки угля. На воздухе под воздействием кислорода и влаги калий воспламеняется и может зажечь бумагу, вату и другой горючий материал. У банки, брошенной в корзину с мусором, видимо, открылась пробка, и «пирофор», придя в контакт с воздухом, воспламенился.

В 1796 г. Вильгельм Лампадиус (1772–1842), профессор химии и металлургии в Горной академии во Фрейбурге (Саксония), впервые получил сероуглерод, пропуская пары серы S через раскаленный древесный уголь. Химическое название CS2 — дисульфид углерода:

C + 2S = CS2.

Полученная им жидкость сразу повела себя необычно. Когда Лампадиус погрузил в нее нагретую стеклянную палочку, то увидел появление голубоватого холодного пламени, не обжигающего пальцы. Сотрудник Лампадиуса, нанюхавшись CS2, потерял сознание. На свежем воздухе он пришел в себя, вскрикнул и бросился бежать, размахивая руками и не разбирая дороги.

Сероуглерод в чистом виде — бесцветная, пожароопасная, сильно преломляющая свет, легкокипящая (46°С), малорастворимая в воде жидкость с эфирным запахом (см. 5.88, 5.89). Это активный химический реагент. Он, например, взаимодействует с водным раствором сульфида натрия Na2S с образованием тиокарбоната натрия:

Na2S + CS2 = Na2CS3.

Свободно падающая струя CS2 может самовоспламениться со взрывом.

Только через 50 лет после открытия CS2 столь опасному продукту нашли области применения. В 1843 г. профессор химии Лейпцигского университета Адольф-Вильгельм-Герман Кольбе (1818–1884) предложил использовать CS2 для получения тетрахлорида углерода CCl4, воздействуя на CS2 хлором Cl2:

CS2 + 3Сl2 = CCl4 + S2Cl2; 2S2Cl2 + CS2 = CCl4 + 6S↓.

Этот метод синтеза CS2 применяют в промышленном масштабе до сих пор. В настоящее время вместо дефицитного и дорогостоящего древесного угля для получения CS2 используют природный газ, содержащий метан CH4:

CH4 + 4S = CS2 + 2H2S↑.

Дисульфид углерода необходим в больших количествах не только для производства CCl4, но и для производства вискозы, химических средств защиты растений, как растворитель в органическом синтезе. Ежегодная выработка CS2 во всем мире превышает 1 млн. тонн.

Первая фабрика в России по выпуску фосфорных спичек была построена в 1837 г. в Петербурге. До этого фосфорные спички завозились из Европы и стоили очень дорого — один рубль серебром за сотню спичек.

Фосфорные спички появились в середине XIX в. Их изобретателей было несколько: английский химик Джеймс Уолкер (1863–1935), венгерский химик Шандор Ириньи, французский химик Шарль Сориа, немецкий учитель Ян Каммерер. Они независимо друг от друга предложили на осиновую палочку наносить смесь белого фосфора P4 (см. 4.26), триоксохлората(V) калия KClO3 (см. 8.7) и клея — гуммиарабика и затем высушивать смесь. Такие спички воспламенялись уже при легком трении о любую поверхность, достаточно твердую. Воспламенение вызывалось реакциями

2КСlO3 = 2КСl + 3O2↑, P4 + 5O2=P4O10.

Фосфорные спички были очень опасны: они легко возгорались, часто ими отравлялись малые дети (белый фосфор — сильный яд!), бравшие спички в рот. Спичечные головки были излюбленным ядом самоубийц. Только в России убытки от частых пожаров, вызванных употреблением фосфорных спичек, исчислялись в 1848 г. 12 млн. руб. серебром.

Спички, которые мы с вами сейчас используем, получили название «шведских» только потому, что их промышленное производство было организовано вначале в Швеции. Из Швеции их вывозили во все страны мира, в том числе и в Россию.

Рудольф Бёттгер в 1848 г. разделил горючий состав спичек на две части: головку спички и намазку боков коробки, в которую спички упаковывались. Он же исключил из состава белый фосфор. Поэтому шведские спички нельзя зажечь трением о любую твердую поверхность. Главными составными частями головки спичек являются триоксохлорат(V) калия KClO3 (см. 8.7), двойной оксид свинца состава (Pb2Pb)O4 (см. 1.11) или диоксид марганца MnO2, молотое стекло и костяной клей, а в намазку боков коробки входят красный фосфор, сульфид сурьмы Sb2S3, двойной оксид свинца или диоксид марганца, молотое стекло и костяной или другой клей. Состав головок спичек и намазки спичечного коробка время от времени меняют, но перечисленные соединения, как правило, остаются. При трении головки о намазку мельчайшие частички красного фосфора, взаимодействуя с KClO3, воспламеняются на воздухе и поджигают состав головки спички; огонь «зарождается» в намазке коробки:

2KClO3 = 2KCl + 3O2↑, P4+ 5O2 = P4O10.

Смесь красного фосфора и KClO3 легко вспыхивает при трении. Двойной оксид свинца при нагревании также является источником кислорода:

2(Pb2Pb)O4 = 6PbO + O2↑,

стабилизирующего процесс горения. При зажигании часть красного фосфора превращается, по-видимому, в белый фосфор, так как спичка оставляет на коробке след, светящийся в темноте. Для уменьшения пожарной опасности древесину спичек пропитывают до половины раствором фосфата аммония (NH4)3PO4, вследствие чего спички гаснут без последующего тления.