Соединенія угля.
Прежде, чѣмъ идти далѣе, намъ необходимо узнать кое-что о главнѣйшихъ соединеніяхъ угля съ другими тѣлами природы, названія которыхъ будутъ неоднократно встрѣчаться въ нашемъ разсказѣ. Мы не намѣрены впрочемъ разсматривать всѣ подобныя соединенія, такъ какъ не только одной, но даже нѣсколькихъ такихъ книгъ, какъ наша, было бы недостаточно для описанія ихъ свойствъ, употребленія, способовъ добыванія и т. п. Поэтому, мы ограничимся разсмотрѣніемъ соединеній наиболѣе важныхъ и при томъ не съ одной только научной, но преимущественно съ практической точки зрѣнія.
Начнемъ съ самаго важнаго изъ нихъ и самаго распространеннаго, какъ въ естественномъ, такъ и въ искусственномъ видахъ, т. е. съ углекислоты.
Если въ употребляемый въ лабораторіяхъ длинный стеклянный стаканъ опустить зажженную свѣчу, то, черезъ нѣкоторое время, свѣтъ пламени замѣтно уменьшится, и наконецъ оно потухнетъ. Вынувъ затѣмъ свѣчу и наливъ въ стаканъ воды, содержащей растворенную известь, увидимъ, что совершенно прозрачная жидкость вдругъ сдѣлается мутною, молочнаго цвѣта. Въ осадкѣ она будетъ содержать бѣлое, нерастворимое вещество, которое есть ничто иное, какъ мѣлъ, или углекислая известь, образовавшаяся черезъ соединеніе находившейся въ растворѣ извести съ углекислотою -- продуктомъ горѣнія свѣчи.
Если вы хотите достичь того же результата посредствомъ еще болѣе блестящаго опыта, то наполните кислородомъ большой флаконъ и погрузите въ него кусочекъ раскаленнаго древеснаго угля. Едва свѣтившійся въ воздухѣ уголь, тотчасъ загорится необыкновенно яркимъ свѣтомъ и сгоритъ совершенно. Въ результатѣ получится углекислота, въ присутствіи которой вы легко убѣдитесь упомянутымъ выше способомъ. Послѣдній опытъ точнѣе и проще, такъ какъ онъ производится непосредственно только надъ углемъ и кислородомъ. Тотъ и другой исчезаютъ при этомъ безъ всякихъ слѣдовъ и замѣняются однимъ газомъ, извѣстнымъ подъ именемъ углекислаго, который и есть соединеніе кислорода съ углеродомъ.
Соединеніе этихъ двухъ тѣлъ представляетъ весьма интересное явленіе. Чтобы лучше понять его, представьте себѣ такое совершенное соединеніе двухъ существъ, въ которомъ каждое изъ нихъ отрѣшается отъ своихъ склонностей, вкусовъ и симпатій такъ, что оба они въ нравственномъ смыслѣ составляютъ вполнѣ гармоническое цѣлое, словомъ одно существо, совмѣщающее въ себѣ нераздѣльно всѣ чувства и преимущества обоихъ; предположите затѣмъ, что вмѣсто двухъ существъ, вы имѣете два тѣла, съ ихъ особенными свойствами и спеціальными качествами, и что эти тѣла соединились подобнымъ же образомъ, и вы будете имѣть довольно ясное представленіе о характерѣ упомянутаго соединенія.
Раздѣляя образовавшееся изъ подобнаго соединенія двухъ тѣлъ новое тѣло на болѣе и болѣе мелкія части, вы увидите, что и каждая изъ такихъ частичекъ будетъ состоять изъ тѣхъ же самыхъ элементовъ, какъ и цѣлое. Въ такомъ соединеніи невозможно будетъ отличить двухъ составляющихъ его тѣлъ, и оно всегда будетъ представляться однимъ гармоническимъ цѣлымъ, обладающимъ особенными свойствами, совершенно притомъ несходными со свойствами соединившихся тѣлъ.
Приложите теперь все сказанное нами къ углю и кислороду, и вамъ станетъ понятно образованіе углекислоты посредствомъ ихъ соединенія. Углекислота есть тѣло сложное, состоящее, какъ мы видѣли, изъ углерода и кислорода. Эти послѣдніе называются простыми тѣлами, потому что ихъ уже мы не имѣемъ возможности разложить на элементы. Анализируя какое нибудь'сложное тѣло помощію тѣхъ средствъ, которыми химія располагаетъ въ настоящее время, можно уничтожить соединеніе и разложить тѣло на его элементы; но тѣ же самыя дѣйствія, повторенныя надъ простымъ тѣломъ, не дадутъ ничего другого, какъ это же самое тѣло. Анализируйте углеродъ всѣми возможными способами, и въ результатѣ вы получите только углеродъ, тогда какъ углекислоту вы легко разложите на кислородъ и углеродъ. Объяснивъ эти отличительные признаки простыхъ и сложныхъ тѣлъ, мы воспользуемся ими при описаніи различныхъ соединяющихся съ углеродомъ тѣлъ и происходящихъ отъ того соединеній.
Углекислота, въ обыкновенномъ состояніи, вещество газообразное и безцвѣтное, т. е. невидимое, а потому, для открытія ея присутствія, необходимо прибѣгнуть къ способу, подобному вышеприведенному. Она тяжелѣе воздуха, и литръ ея вѣситъ около двухъ граммовъ. Для доказательства большей ея тяжести, достаточно упомянуть о собачьей пещерѣ близь Пуццоли, почва которой покрыта слоемъ этого газа, а остальное пространство воздухомъ. Проникшія въ эту пещеру собаки скоро задыхаются, тогда какъ люди, голова которыхъ выше поверхности слоя углекислого газа, могутъ оставаться тамъ безнаказанно. Опытъ этотъ показываетъ также, что въ углекислотѣ дыханіе невозможно. Прежде думали, что она дѣйствуетъ смертельно на организмъ; но впослѣдствіи узнали, что она не обладаетъ никакимъ ядовитымъ свойствомъ. Она удушаетъ потому, что неспособна поддерживать жизнь, но нисколько не отравляетъ организма.
Это доказывается всего лучше тѣмъ обстоятельствомъ, что человѣкъ можетъ жить въ атмосферѣ, цѣлая треть которой состоитъ изъ углекислоты, тогда какъ такая же пропорція ядовитыхъ газовъ производитъ смерть. Дальше мы увидимъ, что она постоянно образуется въ организмѣ и обращается въ немъ вмѣстѣ съ кровью. Слѣдовательно, не можетъ быть сомнѣнія въ томъ, что углекислота не ядовита, но просто неспособна поддерживать дыханіе.
Чтобы очистить воздухъ, наполненный углекислотою, достаточно разбросать по почвѣ известь, которая и соединится мало по малу съ этимъ газомъ. Тоже дѣйствіе производитъ аммоніакъ. Можно также зажечь большой огонь, который, нагрѣвая нижній слой воздуха, въ избыткѣ содержащій углекислоту, расширяетъ его И заставляетъ подниматься; вслѣдствіе чего, болѣе холодный, а слѣдовательно и болѣе тяжелый, чистый воздухъ верхнихъ слоевъ, устремляется внизъ.
Этотъ способъ часто употребляется для очищенія воздуха отъ накопившейся углекислоты въ каменноугольныхъ копяхъ и каменоломняхъ.
Газъ этотъ растворяется въ водѣ, хотя и въ небольшомъ количествѣ. Для того же, чтобы увеличить количество газа въ растворѣ, необходимо нагнетать его сверху; но такой растворъ долженъ сохраняться въ совершенно закупоренныхъ сосудахъ, такъ какъ, въ противномъ случаѣ, газъ немедленно выдѣляется и улетучивается. Самое важное приложеніе этого свойства составляетъ приготовленіе сельтерской воды, которая есть ничто иное, какъ сгущенный подъ сильнымъ давленіемъ растворъ углекислоты.
Углекислота содержится также во многихъ минеральныхъ источникахъ и въ томъ числѣ въ водахъ Спа, Виши и Зельца, по имени котораго названа упомянутая искуственная вода.
Перейдемъ теперь къ добыванію углекислоты. Она извлекается изъ мѣла, т. е. углекислой извести, очень простымъ способомъ: для этого мѣлъ кладутъ въ какую нибудь кислоту, причемъ его углекислота освобождается, а взятая кислота соединяется съ известью. По большей части, для этой цѣли употребляется хлористоводородная кислота, извѣстная въ продажѣ подъ именемъ соляной.
Впрочемъ углекислую известь можно замѣнить углекислымъ натріемъ, а хлористоводородную кислоту -- виннокаменною, добываемою изъ кремортатора. Эти два вещества имѣютъ преимущество по своей безвредности и большей плотности. Изъ нихъ-то и составляютъ смѣси, употребляемыя для домашняго приготовленія -- въ газогенахъ -- сельтерской воды {Можно употреблять для выдѣленія углекислаго газа и другія кислоты, какъ напримѣръ сѣрную или уксусную. Реакція во всякомъ случаѣ совершится въ желаемомъ направленіи, т. е. углекислый газъ выдѣлится изъ соединенія, если только употребленная кислота сама менѣе летуча, чѣмъ угольная. Точно также нѣтъ никакой необходимости брать для этого непремѣнно и известковую соль, которую съ успѣхомъ можетъ замѣнить всякая другая соль угольной кислоты, какъ напр. поташъ или сода. Извѣстные по своему частому употребленію содовые порошки, именно представляютъ подобный примѣръ. Они заключаютъ въ себѣ натровую соль угольной кислоты и будучи облиты водою съ лимонной кислотой, въ изобиліи отдѣляютъ углекислый газъ, отчего и происходитъ шипѣніе жидкости. Если обыкновенно предпочитаютъ, для добыванія углекислоты въ большихъ размѣрахъ, пользоваться соляной кислотой, то только благодаря тому обстоятельству, что происходящее при этомъ новое соединеніе -- хлористый кальцій -- растворимо въ водѣ и не препятствуетъ дальнѣйшему дѣйствію кислоты на углеизвестковую соль, а также еще и тому, что соляная кислота дешевле прочихъ. Прим. перев. }.
Углекислота въ большомъ количествѣ образуется въ природѣ: она постоянно выдѣляется изъ вулкановъ, какъ дѣйствующихъ, такъ и потухшихъ, изъ каменноугольныхъ копей, изъ оставленныхъ каменоломней; она постоянно образуется при всѣхъ процессахъ горѣнія, гніенія и броженія. При дыханіи животныхъ, во всякое время, и при проростаніи и дыханіи растеній, въ отсутствіи свѣта, выдѣляется въ воздухѣ тотъ же углекислый газъ.
Во всѣхъ этихъ случаяхъ она встрѣчается въ свободномъ, изолированномъ состояніи; но во многихъ другихъ она находится въ соединеніи съ большимъ числомъ веществъ и въ особенности съ известью.
Такъ она образуетъ углекислую известь, изъ которой состоятъ цѣлыя почвы, сталактиты и сталагмиты -- въ пещерахъ, раковины всѣхъ моллюсковъ, покровы огромнаго числа зоофитовъ, кости животныхъ и человѣка и т. д.
Въ послѣднее время достигли возможности получать углекислоту въ жидкомъ и твердомъ состояніяхъ. Подвергнутая очень сильному давленію въ весьма твердыхъ, мѣдныхъ и чугунныхъ снарядахъ, она превращается въ жидкость, видомъ похожую на воду. Но въ такомъ состояніи углекислота не можетъ сохраняться на воздухѣ: она быстро улетучивается и производитъ при этомъ такое сильное охлажденіе, что остающаяся въ сосудѣ часть жидкости мгновенно отвердѣваетъ, принимая видъ снѣга.
Смѣшанная въ этомъ состояніи съ эфиромъ, она производитъ самый наибольшій холодъ, какой вообще извѣстенъ. Этимъ способомъ можно достигнуть 110о ниже 0о и превратить въ жидкое, а иногда и въ твердое состояніе большую часть другихъ газовъ. Только шесть газовъ, и между ними кислородъ, водородъ и азотъ, не измѣняютъ
при этомъ своего обыкновеннаго состоянія. Положенный на руку снѣгъ углекислоты произво (итъ такое же чувство, какъ раскаленная до красна желѣзная полоса и такъ же разрушительно дѣйствуетъ на кожу.
Вслѣдъ за углекислотой надобно упомянуть о весьма близкой къ ней окиси углерода, которая состоитъ также изъ углерода и кислорода, но содержитъ въ себѣ меньшее количество послѣдняго. Въ углекислотѣ эти два вещества соединены въ пропорціи 6 частей углерода на 16 частей кислорода, тогда какъ въ окиси углерода, на 6 частей углерода только 8 частей кислорода.
Газъ этотъ гораздо опаснѣе: онъ не только удушаетъ, но и отравляетъ. Это послѣднее свойство приписывали и углекислотѣ, но собственно потому, что почти при всякомъ горѣніи, тотъ и другой газъ освобождаются одновременно. Вдохнутая въ небольшомъ количествѣ окись углерода производитъ страшную головную боль и причиняетъ смерть, если въ атмосферѣ находится даже только 1% ея. Она тѣмъ болѣе опасна, что невидима и не имѣетъ запаха, и только мигрень и признаки отравленія указываютъ на ея присутствіе.
Синеватое пламя, поднимающееся надъ горящими угольями, или выходящее изъ домовыхъ печей, происходитъ отъ горѣнія окиси углерода, которая при этомъ отнимаетъ часть кислорода у окружающаго воздуха и превращается въ углекислый газъ.
Окись углерода добываютъ или соединяя непосредственно кислородъ съ углеродомъ, или прибавляя углеродъ къ углекислотѣ, или, наконецъ, разлагая нѣкоторыя соединенія углерода съ кислородомъ, напр. щавелевую кислоту.
Въ первомъ случаѣ проводятся водяные пары надъ пылающими угольями; причемъ окись углерода образуется при помощи содержащагося въ водѣ кислорода; во второмъ же случаѣ, углекислый газъ пропускаютъ сквозь уголья.
Упомянутая нами щавелевая кислота входитъ въ составъ такъ называемой щавелевой соли, которая есть ничто иное, какъ щавелево-кислый кали.
Соединенія углерода съ кислородомъ немногочисленны; но съ водородомъ онъ образуетъ очень большое число сложныхъ тѣлъ, извѣстныхъ подъ именемъ углеродисто-водородныхъ соединеній, и въ томъ числѣ: рудничный газъ, нефть, асфальтъ, варъ или корабельную смолу, бензинъ и т. д.
Рудничный или болотный газъ выдѣляется изъ разлагающихся растительныхъ веществъ, изъ рвовъ, наполненныхъ черною грязью и наконецъ изъ разработываемыхъ въ настоящее время каменноугольныхъ пластовъ.
Онъ горитъ очень яркимъ пламенемъ, образуя водяные пары и углекислоту. Въ Китаѣ встрѣчаются колодцы, изъ которыхъ газъ выдѣляется самъ собою и употребляется жителями для освѣщенія.
Газъ, содержащій двойное, противъ болотнаго газа, количество углерода, называется двууглеродистымъ водородомъ и, въ смѣси съ первымъ, составляетъ важнѣйшую часть свѣтильнаго газа.
Горными смолами называютъ природные продукты, состоящіе изъ углерода и водорода, которые, подобно каменному углю, составляютъ, повидимому, продуктъ разложенія растеній. Онѣ образуютъ очень обширную группу, важнѣйшими видами которой представляются нефть и асфальтъ. Вещество, извѣстное въ торговлѣ подъ именемъ горнаго масла или нефти, представляетъ смѣсь изъ шести углеродисто-водородныхъ соединеній. Источники этого масла встрѣчаются напримѣръ въ Италіи, Персіи и Америкѣ, гдѣ они пріобрѣли особенную важность. Въ Канадѣ и Пенсильваніи, гдѣ находятся очень обширные подземные бассейны нефти, для добыванія ея вырыты колодцы, и въ настоящее время промышленность эта достигла высокаго развитія. Нефть и въ самомъ дѣлѣ имѣетъ большое значеніе, какъ освѣтительный матеріалъ, а теперь дѣлаются изслѣдованія и надъ употребленіемъ ея, какъ топлива.
Сверхъ того, какъ вещество, хорошо растворящее смолы и жирныя вещества, нефть весьма полезна въ фабрикаціи лаковъ, успѣшно замѣняя терпентинную эссенцію и спиртъ. Употребляемыя въ домашнемъ быту нефтяныя масла, представляютъ смѣси изъ нѣсколькихъ различныхъ жидкостей, имѣющихъ общее названіе нефти, а составъ ихъ, въ сущности, весьма разнообразенъ. Нѣкоторыя изъ этихъ маслъ очень летучи, пары же ихъ, загораясь, могутъ произвести взрывъ и пожаръ.
Нефть встрѣчается также и у насъ въ Россіи, именно около города Баку, на Апшеронскомъ полуостровѣ. Для добыванія ея, тамъ устроены многочисленные колодцы и глубокія, буровыя скважины. Выдѣленіе ея такъ изобильно, что она выбрасывается изъ этихъ скважинъ, какъ изъ артезіанскихъ колодцевъ, на довольно значительную высоту. Нѣкоторыя составныя части нефти входятъ въ составъ такъ распространившагося у насъ въ послѣднее время освѣтительнаго матеріала -- керосина.
Что касается асфальта, то это также углеродисто-водородное соединеніе, чаще всего смѣшанное съ пескомъ и мѣломъ. Вещество это доставляется изъ Палестины, гдѣ Мертвое море представляетъ обширнѣйшее его мѣсторожденіе. Асфальтъ, подобно солямъ серебра, обладаетъ замѣчательнымъ свойствомъ принимать впечатлѣнія отъ свѣта, которое и дало возможность Ніепсу де С. Виктору воспользоваться имъ для фотографіи. Нѣсколько асфальтовыхъ мѣсторожденій находится въ Эльзасѣ, въ Сейзелѣ, въ Савойѣ. Къ той же группѣ принадлежитъ бензинъ -- очень летучая жидкость, съ сильнымъ и острымъ запахомъ. Она имѣетъ свойство растворять жирныя тѣла, почему и употребляется для чистки тканей. Въ главѣ о свѣтильномъ газѣ, мы скажемъ о способѣ его добыванія. Упомянемъ еще о нафталинѣ, который отлагается въ очистительныхъ чанахъ въ видѣ правильныхъ кристалловъ, и о каучукѣ и гуттаперчѣ, состоящихъ также изъ углерода и водорода; эти два вещества получаются изъ соковъ нѣкоторыхъ экзотическихъ растеній: каучукъ -- изъ сока Ficus elastica и Siphonia cahucha -- деревьевъ, произрастающихъ преимущественно въ Гвіанѣ, Бразиліи и на островѣ Явѣ, а гуттаперча изъ растенія, извѣстнаго подъ именемъ lsonandra percha и растущаго въ Сингапурѣ и на Суматрѣ.
Выше мы говорили о соединеніяхъ углерода, или съ кислородомъ, или съ водородомъ въ отдѣльности; но кромѣ того, есть безчисленное множество веществъ, состоящихъ изъ всѣхъ этихъ трехъ элементовъ, соединенныхъ между собою въ самыхъ различныхъ пропорціяхъ. Достаточно упомянуть, что сюда относятся всѣ основныя вещества растеній и животныхъ, всѣ смолы, бальзамы, органическія кислоты, вещества, подобныя никотину и извѣстныя подъ именемъ растительныхъ алкалоидовъ и т. д., чтобы понять, что мы не можемъ говорить обо всѣхъ этихъ тѣлахъ.
Изъ простыхъ соединеній намъ остается упомянуть о соединеніяхъ углерода съ однимъ азотомъ и съ азотомъ и водородомъ вмѣстѣ. Въ числѣ первыхъ находится синеродъ, а между вторыми -- синильная кислота. Синеродъ есть газъ, горящій прекраснымъ пурпуровымъ пламенемъ и издающій при этомъ острый запахъ. Онъ составляетъ важнѣйшую часть берлинской лазури, изъ которой и былъ добытъ химикомъ Шеелемъ
О синильной кислотѣ достаточно сказать нѣсколько словъ. Ея ядовитыя свойства хорошо извѣстны.. Это самый сильный изъ извѣстныхъ намъ ядовъ, дѣйствующій притомъ чрезвычайно быстро; нѣсколько капель его, положенныхъ на языкъ или глазъ собаки, убиваютъ ее мгновенно. Къ счастію, синильная кислота не можетъ сохраняться, налитая въ стеклянную трубку, запаянную на лампѣ, она разлагается, а потому рѣдко употребляется при отравленіяхъ. Углеродъ, въ соединеніи съ сѣрою, образуетъ сѣрнистый углеродъ -- жидкость отвратительно вонючую. Это тѣло, благодаря свойству своему легко растворять сѣру, имѣетъ большое приложеніе въ промышленности и особенно въ обработкѣ каучука. Извѣстно, что такъ называемый вулканизированный каучукъ содержитъ въ себѣ большое количество сѣры, которая дѣлаетъ его гибкимъ и препятствуетъ склеиванію подъ вліяніемъ жара.
Мы описали далеко не всѣ соединенія углерода, значительная часть которыхъ интересна только съ чисто научной точки зрѣнія, и знаніе которыхъ необходимо только людямъ, спеціально изучающимъ химію, для изученія же другихъ соединеній, входящихъ въ составъ организма животныхъ и растеній и составляющихъ притомъ большинство всѣхъ соединеній углерода, гораздо полезнѣе обратиться къ курсу органической химіи. Поэтому мы ограничимся только такими соединеніями, которыя имѣютъ приложенія или въ домашнемъ быту, или промышленности, и могутъ быть наблюдаемы всѣми.