По ступеням веков. О горении | ТМ 1939-01

В. СМИРНЯГИН, Рисунки Л. СМЕХОВА

О горении

Огонь играет громадную роль в жизни человека. Применение огня для варки пищи, защиты от холода и производства первобытных орудий позволило человеку перейти на новую, высшую ступень развития.

Даже в наши дни значение огня и горения огромно. Работа многочисленных современных двигателей — внутреннего сгорания, дизелей, паровых машин — основана на использовании реакции горения.

Понятен поэтому тот интерес, который издавна проявлял человек к огню, стараясь изучить его и подчинить себе. От обожествления огня в древнейшие времена человек позднее перешел к попыткам его научного объяснения.

2250 лет тому назад греческий философ Аристотель объяснил процесс горения, исходя из своего учения о четырех началах. Он считал, что все вещества состоят из четырех основных начал: земли, воды, огня и воздуха. Но огонь содержится в веществе не в реальном виде, а в виде «души» — идеи огня, которая может принимать любую форму. При горении вещества заключенная в нем «душа огня» выделяется и принимает форму пламени. В этой форме огонь начинает реально существовать.

Через 16 столетий после Аристотеля алхимики дали свое объяснение горению. Они считали, что все вещества состоят из серы и ртути. Эти два элемента сообщают веществам определенные свойства. Ртуть сообщает металлам ковкость, плавкость, металлический блеск, а сера — желтый цвет, летучесть и горючесть. По мнению алхимиков, в процессе горения вещества теряют серу и становятся негорючими.

В начале XVI в. на смену алхимии приходит ятрохимия. Основатель этой науки — Феофраст Парацельс — считал задачей химии применение различных веществ для лечения болезней. Он признавал чудодейственные свойства серы и ртути алхимиков, но добавил к ним еще третий элемент — соль.

«Каждое тело, — говорил он, — образуется из трех субстанций, имена которых: сера, меркурий (ртуть) и соль. Если ты возьмешь в руки тело, ты имеешь три невидимые субстанции. Сожги его. тогда то, что будет гореть, — это сера, то, что будет дымить, — Меркурий, а то, что сделается золой, — соль...»

В начале XVII в. ученый монах Ван-Гельмонт проделал много опытов по выяснению состава различных веществ. Он открыл и описал углекислый газ, обратив внимание на то, что вещество это образуется при горении и дыхании. Ван-Гельмонт не считал огонь элементом и называл его «зажженным дымом». Наблюдательность и точность ученого сочетались у Ван-Гельмонта с крайним мистицизмом и суеверием: он не мог признать огонь элементом только потому, что «о его творении ничего не сказано в библии».

В середине XVII в. английский ученый Роберт Бойль поставил специальный опыт для выяснения природы горения. Он нагревал в запаянных ретортах различные металлы. Металлы при этом превращались в «земли». Взвешивая реторты до опыта и после него, Бойль обнаружил, что после прокаливания вес реторты увеличивался. Это привело его к выводу, что при горении металла «тонкая материя огня проникает через стекло сосуда, присоединяется к металлу и утяжеляет его».

В начале XVIII в. немецкий химик Сталь создал новую теорию горения. Он считал все горючие тела состоящими из двух элементов — негорючей «земли» и горючего флогистона.

При горении веществ из них выделяется флогистон, а «земля» остается в виде золы. Однако, по мнению Сталя, флогистон — это не огонь, а только элемент, «душа» огня, которая может принимать различную форму.

Простота и внешняя убедительность теории флогистона завоевали ей быстрое и всеобщее признание. Однако эта теория пыталась объяснить только, почему горят вещества, и не могла объяснить увеличения веса металлов при их прокаливании.

В 1748 г. великий русский ученый Ломоносов повторил опыты Бойля по прокаливанию металлов в запаянных ретортах. При этом он обнаружил, что вес реторт с прокаленным металлом увеличивается только в том случае, если в них попадает наружный воздух. Отсюда он пришел к выводу, что Бойль неправильно объяснил увеличение веса металла при прокаливании соединением с ним материи огня. Ломоносов считал, что «частички воздуха, текущего постоянно над обжигаемым телом, соединяются с ним и увеличивают вес его». Это был первый удар по теории флогистона и первый шаг к действительно научному объяснению горения.

Спустя четверть века после Ломоносова французский химик Лавуазье предпринял серию обширных исследований процессов горения, обращая особое внимание на количественную сторону явления. Эти исследования, длившиеся 15 лет, привели Лавуазье к опровержению теории флогистона. Он считал, что воздух состоит из двух газов — активного кислорода и инертного азота. А горение веществ есть не что иное, как соединение их с кислородом воздуха. Новая теория объясняла не только горение, но и ряд других процессов — окисление, ржавление, дыхание и образование кислот и оснований. Простота, точность и ясность теории Лавуазье обеспечили ей быстрое и всеобщее признание.

В конце XIX в. получила широкое распространение атомно-молекулярная теория строения вещества. По этой теории все вещества состоят из мельчайших частиц — молекул и атомов. При всяком химическом процессе, а следовательно, и при горении, атомы соединяются между собой. Это соединение происходит соответственно особому свойству атомов — валентности. Так, например, при горении угля четырехвалентные атомы углерода присоединяют к себе по два двухвалентных атома кислорода, образуя молекулы углекислого газа, в которых все валентности заполнены.

Наука наших дней глубоко проникла в тайны вещества. По современным воззрениям, атомы состоят из еще более мелких частиц — электронов, протонов, нейтронов и др. Вокруг центрального ядра атома по замкнутым кривым — орбитам — вращаются электроны. Количество электронов на внешней орбите определяет валентность элемента. При всякой химической реакции электроны одного атома попадают в орбиту другого, дополняя в ней количество электронов до восьми. Таким образом, по электронной теории, при горении угля углерод отдает свои электроны двум атомам кислорода, образуя систему из трех ядер и двух орбит.