Удивительная химия

Когда горит свеча или факел, светятся мельчайшие раскаленные частички угля в пламени. Их температура не так высока, поэтому пламя красноватое. В пламени природного газа, если воздуха для горения достаточно, раскаленных частичек угля практически нет, поэтому такое пламя почти бесцветное. Когда в XIX веке появились первые газовые фонари, их пламенем сильно нагревали специальные «калильные сетки», изготовленные из оксидов тория и других редких металлов. Раскаленные сетки испускали яркий свет, которым освещали по ночам улицы. Вечером специальные рабочие должны были зажечь каждый фонарь, а утром — погасить его. Конечно, это было неудобно. С появлением достаточно дешевой электроэнергии инженеры, разрабатывая конструкцию электрической лампочки, перебрали массу различных материалов для светящегося волоска: ведь чем сильнее его нагреть током, тем ярче он будет светиться, тем ближе его свет будет к дневному. После многих неудач остановились на тугоплавком металле вольфраме, который плавится при очень высокой температуре (+3420 °C). Но это все равно намного меньше, чем температура поверхности Солнца (+6000 °C). Кроме того, спираль нельзя очень сильно нагревать, так как задолго до своего плавления вольфрам начинает испаряться и лампочка быстро перегорает. Первые лампочки светили тусклым красноватым светом, а срок службы у них измерялся всего лишь десятками часов. Чтобы поднять температуру спирали, лампочки стали заполнять газами, которые с вольфрамом не реагируют. Молекулы газов чисто механически мешают атомам вольфрама покидать спираль. Чем тяжелее молекулы газа, тем лучше они справляются со своими обязанностями. Современные криптоновые лампочки светят намного ярче, а гореть могут тысячи часов (такие лампочки легко отличить по их грибовидной форме).

Однако и это не удовлетворило ученых. Они научились «залечивать» вольфрамовую спираль в том месте, где она становится тоньше и вот-вот может перегореть (как известно, «где тонко, там и рвется»). Конечно, никто лампочку для этого не разбирает: «лекарство» закладывают в нее еще на заводе. Это «лекарство» — крошечный кристаллик обыкновенного иода, водно-спиртовый раствор которого есть в каждой домашней аптечке. Как же иод «лечит» раскаленную спираль? Химики обнаружили, что если в лампу ввести немного йодных паров, они образуют с атомами вольфрама, которые уже покинули спираль, летучие химические соединения. Когда эти соединения случайно оказываются вблизи раскаленной спирали, они от сильного жара распадаются, атомы вольфрама возвращаются куда им положено — на спираль, а молекулы иода, оставаясь в газовой фазе, начинают искать новых «беглецов», чтобы водворить их на прежнее место. Благодаря этой хитрости температуру вольфрамовой спирали в таких лампах (их еще называют галогенными) можно значительно повысить. Вы, возможно, видели, насколько ярче горят галогенные лампы (например, в фарах новых моделей автомобилей, в кинопроекторах) по сравнению с обычными.

Кстати, с помощью такого «иодидного» метода сейчас получают некоторые металлы очень высокой степени чистоты. Для этого загрязненный металл нагревают в парах иода, при этом образуется летучее соединение иода только с атомами данного металла. Полученное газообразное соединение переносят в другую часть реактора, где его вводят в контакте раскаленной проволокой из того же металла, но только предварительно хорошо очищенного. Когда летучее соединение металла с иодом начинает на этой проволоке разлагаться, выделяющиеся пары иода отводят в то место реактора, где находится загрязненный металл, а на проволоке начинают расти кристаллы выделившегося металла очень высокой чистоты.

Возбуждать электроны в атомах, чтобы они начали испускать свет, можно и по-другому. Например, в лампах дневного света свет испускают ртутные пары, а энергию атомы ртути получают за счет электрического разряда. Если трубку для такой лампы сделать из специального стекла, пропускающего ультрафиолетовый свет, то лампа будет гореть бледно-синим светом, испуская также невидимые ультрафиолетовые лучи, которые убивают микробов. Такие лампы называют бактерицидными, их устанавливают в больницах и поликлиниках и периодически включают для стерилизации помещений.