Наука для всех

Как добыть углекислый газ?

Для того чтобы выгнать углекислоту из мела, можно взять не только уксус, но и всякую другую кислоту. Попробуйте собрать углекислый газ. Если у вас есть двугорлая склянка, это сделать очень легко. Через отверстие в одной из пробок двугорлой склянки просуньте кончик воронки, а через отверстие в другой пробке стеклянную изогнутую трубку, как показано на рисунке. Затем насыпьте в склянку мелких кусочков мела или яичной скорлупы и, плотно закрыв пробки, прилейте туда через воронку уксус. Сразу же после этого из мела побегут пузырьки углекислого газа. Кончик воронки должен доходить до кислоты, влитой в склянку: иначе углекислый газ будет уходить в воздух через воронку. Теперь углекислый газ пойдет по изогнутой стеклянной трубке. Подставьте под нее пузырек. Углекислый газ тяжелее воздуха и скопится на дне пузырька. Он прозрачен, и вы, разумеется, ничего не увидите в пузырьке. Но выньте из него осторожно конец трубки и налейте в него немного известковой воды. Вода сейчас же сильно помутнеет, как будто бы в нее подышали. Углекислота снова соединилась с известью, и вы снова получили углекислую известь, или мел.

Добывание углекислого газа из мела

Если вам никогда не приходилось видеть ничего подобного, то это покажется вам очень занятным. Не правда ли, странные превращения? Из твердого мела выделяется газ, которого раньше вы никак бы не могли заметить в кусочке мела. Кальций мела соединяется с кислотой, и получается совсем новое вещество. А потом углекислый газ снова соединяется с растворенной в воде известью – и снова получается твердый нерастворимый в воде мел.

Вокруг нас постоянно происходят подобные превращения. Одни вещества действуют на другие, изменяются, соединяются друг с другом или снова разделяются. На земле нет ничего постоянного, неизменчивого – все меняется. То, что мы едим, постепенно превращается в нашу кровь и тело. Мы растем и старимся. То, что растения своими корнями вбирают в себя из земли, тоже превращается в их тело. Одни растения дают начало другим. Камни на воздухе, как говорят, выветриваются: изменяются, крошатся и рассыпаются в песок. Они превращаются в глину и в другие камни. Вода, постоянно двигаясь, размывает землю: смывает горы, вымывает долины. Она постоянно испаряется, уходит в воздух и снова падает на землю в виде дождя, града и снега. Сам воздух носится вокруг земли и носит с собой облака. Он то нагревается, то снова охлаждается. Все двигается, все изменяется. И люди постоянно трудятся над тем, чтобы узнать, как происходит это вечное движение и изменение всех веществ.

Об углекислом газе и кислороде

Углекислый газ постоянно образуется в нашем теле и выходит вместе с выдыхаемым воздухом. Поэтому в воздухе, окружающем нас, всегда есть углекислый газ. Он не поддерживает жизни. В запертой комнате, в которой скопилось много народу, воздух всегда скоро портится. Там становится душно, тяжело дышать. Почему? Потому, что в такой комнате накапливается мало-помалу углекислый газ.

В обыкновенном воздухе углекислого газа очень мало. Примерно четыре части его приходится на 10 тысяч частей воздуха. Но количество его постоянно меняется. В городах, где скапливается много народа, углекислого газа больше, чем за городом. Оттого-то летом, пользуясь летними каникулами, многие уезжают за город, в деревню или на дачу, там легче дышать. Еще меньше углекислого газа высоко над землей – в горах, но всего меньше его – над морем. В воздухе над самым морем углекислого газа совсем нет. Поэтому-то так легко и дышится на море. Если в 100 частях воздуха будет только 3 части углекислого газа, то воздух становится уже удушливым и вредным для здоровья.

Дыханием мы удаляем из себя этот газ, а вместо него в нашем теле остается другой, без которого не может обойтись ни одно животное. Он называется кислородом. Пятая часть сухого воздуха состоит из него. Значит, обыкновенный воздух, которым мы дышим, состоит не из одного, а из различных газов. В нем есть кислород, есть немного углекислого газа, всегда есть водяные пары, есть, наконец, и еще многие другие газы.

Как жидкости бывают различны, так различны бывают и газы, только разница между газами не так видна, потому что ведь сами газы, о которых я говорю, не видны. Все они прозрачны, все смешиваются с воздухом. Люди долгое время не умели отделять один газ от другого, и долгое время они не знали, из каких газов состоит воздух. Только двести с небольшим лет тому назад ученым стало известно, что в обыкновенном воздухе всегда есть кислород. А между тем для нас кислород – самая важная часть воздуха. Если количество его уменьшится только на одну седьмую, то дышать таким воздухом становится уже тяжело.

Теперь вы знаете, для чего служит вдыхаемый нами воздух. Мы берем из него кислород, а взамен отдаем ему углекислоту.

Но почему же кислород не убывает в воздухе? В солнечный день сорвите свежую зеленую веточку с листьями. Привяжите к ней камешек, чтобы она тонула в воде, и опустите ее в стакан с водой. Этот стакан поставьте на солнце. Вы скоро увидите, что листья покроются пузырьками какого-то газа. Этот газ и есть кислород. Если стакан поставить в темноту, то пузырьков на листьях не появится. Стало быть, зеленые растения выделяют на свету кислород, который заменяет собой кислород, поглощаемый животными. Их зеленые части, особенно листья, покрыты множеством пор, ведущих в глубь листа или зеленой веточки. Эти поры называются устьицами. Они так малы, что их можно заметить лишь в увеличительное стекло. Из них-то и выступили пузырьки кислорода. Откуда же взялся этот кислород? Чтобы это понять, я расскажу вам кое-что про особенности этого газа.

Как добыть чистый кислород

Добыть чистый кислород нетрудно, но для этого необходимы: специальная стеклянная трубка, которая называется реторта, резиновая трубочка, которая бы плотно прилегала к горлышку реторты, перекись марганца и бертолетова соль.

Теперь остается только устроить из проволоки подставку для реторты, как показано на рисунке. Истолките мелко часть бертолетовой соли и смешайте ее с небольшим количеством перекиси марганца. Смесь насыпьте в реторту. Наденьте на кончик реторты резиновую трубку. Привязав реторту к подставке проволокой, поставьте ее на тарелку. Теперь можно зажечь маленькую лампочку и поставить ее под реторту.

Добывание кислорода

В бертолетовой соли есть кислород, как в мелу – углекислый газ. Если нагревать бертолетову соль, то кислород выходит из нее. Таким же способом и из мела можно выгнать углекислый газ, только нагревать его надо очень сильно. Из бертолетовой соли кислород выделяется гораздо легче. Таким путем можно удалить из бертолетовой соли весь ее кислород. Чтобы собрать выходящий через резиновую трубку кислород, кончик трубки опускают в таз с водой, а над трубкой опрокидывают наполненную водой банку или склянку. Перевернуть банку с водой надо так, чтобы в нее не попал воздух. Теперь пузырьки кислорода будут попадать в банку и вытеснять оттуда воду.

Чем отличается кислород от углекислоты и откуда берется он в растениях?

Посмотрим на добытый кислород. По виду он, как углекислый газ, совершенно походит на воздух. Он так же прозрачен, без запаха и без вкуса. Как его отличить от обыкновенного воздуха? Для этого приготовим сначала пробку, которой можно было бы закрыть банку с кислородом, потом спички, известковую воду, маленький уголек, надетый на железную проволоку, и, наконец, сухую тонкую лучину. Теперь перевернем вверх горлышком банку с кислородом. Прильем в нее как можно скорее немного известковой воды и быстро закроем ее снова пробкой. Известковая вода останется светлой. Значит, в банке нет углекислоты. Потом разожжем уголек и, приоткрыв пробку, опустим его на проволоке в банку. Уголек сейчас же вспыхнет таким ярким пламенем, что на него будет больно смотреть. Если вместо уголька опустить туда тлеющую лучину, то она точно так же вспыхнет белым пламенем, будто бенгальский огонь.

Кусочек угля горит в кислороде

Прежде чем уголек сгорит, вы увидите, что известковая вода сильно помутнела. Что же такое произошло? Откуда-то взялась углекислота. От нее-то и помутнела известковая вода. Уголь сгорел. От него осталось только немного золы, а в банке появилась углекислота. Откуда же она взялась? Понятно, не из наружного воздуха, потому что банка все время была закрыта. Значит, она могла произойти только из кислорода и угля. Вода в банке, проволока, стекло, пробка – все осталось таким же, как было раньше, но уголь и кислород изменились. Как известь и углекислота, соединяясь, становятся мелом, так в вашей банке соединился уголь с кислородом. Уголь вместе с кислородом образовал другое вещество: углекислый газ.

Теперь вы поймете, откуда берут растения кислород, который выходит из их устьиц. Растения вдыхают в себя из воздуха углекислый газ. Он входит в них через те же самые устьица. Внутри растений этот газ снова разделяется на углерод и кислород. Кислород выходит из растений наружу, а углерод остается в них. Но углерод – это не тот черный уголь, который используется как топливо, такого угля в растениях нет. Когда углекислый газ разделяется на углерод и кислород, то углерод внутри растений сейчас же снова соединяется с другими различными веществами, и из этих соединений строится тело растений. Этот процесс называется фотосинтезом (от греческого слова «фото», означающего «свет»). Если растение попадет в огонь, из него снова получится уголь. Сожжем этот уголь, и опять получится углекислый газ, который растение взяло из воздуха.

Надо сказать, однако, что растения все же поглощают из воздуха кислород, как и животные; но они поглощают его меньше, чем выделяют. Только в темноте зеленые растения не выделяют кислорода и не поглощают углекислого газа. Итак, вы видите, что растения выделяют кислород, нужный для животных, а животные – углекислый газ, нужный для растений. Так на земле постоянно идет круговорот: все, что растения берут из земли и воздуха, снова вернется когда-нибудь земле и воздуху. Ничего не исчезает – все, что есть, остается. Изменяются только соединения между различными веществами.

Об азоте

Как ни важен кислород для всего живущего на земле, но, как я вам сказал, только пятая часть воздуха состоит из него. Еще меньше в воздухе водяных паров и углекислого газа. Главную часть воздуха составляет особенный газ, который нетрудно добыть прямо из воздуха. Этот газ называют азотом. Если вы накроете опрокинутым стаканом зажженный огарочек восковой свечи, то мало-помалу кислород потратится на горение свечи, и она потухнет.

Попробуйте это сделать таким образом. Достаньте банку из-под варенья. Посередине глубокой тарелки прилепите восковую свечу. Тарелку налейте до краев известковой водой. Зажгите свечку и накройте ее банкой. Накрывать надо не прямо сверху, а немного наклонив банку, чтобы под краями банки было немного воды. Когда свеча потухнет, вы увидите, что вода входит под банку и поднимается в ней. Мало-помалу эта вода помутнеет: углекислота соединится с известью, и через некоторое время под банкой углекислоты не останется. То место, которое занимал прежде кислород, а потом углекислота, займет теперь поднимающаяся в банке вода. Оно и понятно: кислород составлял пятую часть воздуха, бывшего в банке, теперь кислорода нет, и его место заняла вода. Надо, однако, сказать, что это не совсем верно. Хоть главная часть кислорода и пошла на горение, но не весь кислород: свеча погасла раньше. Поэтому в вашей банке остается не чистый азот с водяными парами, в ней осталось еще немного кислорода. Чтобы получить чистый азот, берут для горения под банкой не свечку, а фосфор.

Азот, как и кислород, не имеет ни цвета, ни запаха. Свеча и уголь в нем сейчас же тухнут, а известковая вода остается светлой. Азот легче, чем кислород, стало быть, легче, чем воздух.

Как воздух греет землю?

Итак, вы видите, что воздух, окружающий нас, – не простой газ. Вы знаете теперь, почему этот воздух так важен для всего живущего на земле. Но он имеет еще и другое важное значение. Воздух для земли все равно, что теплое платье для нас. Когда мы говорим про одежду, что она теплая, то это еще не значит, что она греет нас. Она не греет, а только защищает наше тело от остывания. Также и воздух, сам нагреваясь от земли, удерживает вокруг нее тепло. Если бы Земля не была одета со всех сторон этим воздушным платьем, то она скоро превратилась бы в холодную, безжизненную пустыню. Земля нагревается солнцем, а воздух получает свое тепло от земли. Едва успеет солнце зайти, едва наступит ночь, как земля снова начинает остывать. Она снова теряет свое тепло. Тогда-то воздух и «греет» землю, пока вновь не взойдет солнце и не зальет ее снова своими теплыми лучами. Не все, однако, части воздуха одинаково защищают землю от остывания. Если бы воздух был совершенно чист и состоял бы только из четырех частей азота и одной части кислорода, то он еще мало бы грел землю. Но в том-то и дело, что в нем всегда есть водяные пары, именно они и заботятся о нашем тепле.

Вы знаете, что, прежде чем вскипятить воду, надо ее нагреть. Пока она не закипела, она будет становиться горячее. Но как только она закипит, она перестает нагреваться; сколько бы вы ее теперь ни нагревали, в ней будет оставаться все время столько же тепла. Куда же исчезает теперь то тепло, которое получает вода? Оно улетает из нее вместе с паром. Чтобы заставить воду закипеть, надо в пять раз меньше тепла, чем для того, чтобы всю эту воду испарить. Тепло идет на превращение жидкой воды в водяной газ. И все это тепло уносится с паром.

Смочите водой палец и подуйте на него. Пальцу станет холодно. Когда вы дуете, вода на пальце быстро высыхает; высыхая, она уносит с собой тепло, которое она отнимает от пальца.

То же самое происходит постоянно и на земле. С земли поднимаются кверху водяные пары и уносят с собой тепло. Но это тепло не пропадает для земли даром. Рано или поздно пар воздуха соберется в туман, в облака, снова превратится в воду. Тогда-то тепло снова освободится из него и согреет окружающий воздух и землю.

Вы видели, конечно, не раз, как по полям, по сырым местам, по воде стелется осенью вечером белый туман. Вы знаете уже, откуда он берется, знаете, что туман – это те же облака, только родившиеся внизу возле земли или спустившиеся сюда вместе с холодным воздухом сверху. Чем холоднее в воздухе, тем ниже родится туман. Это – та же вода, которая находилась раньше в воздухе. Она садится теперь снова на землю в виде росы или инея.

Зимой в холодные туманные дни иней покрывает стены домов и ветви деревьев. Как красив этот белый покров! Тоненькие веточки кустов и деревьев кажутся тогда толстыми. Они со всех сторон, как пухом, одеты инеем, и, смотря на них, забываешь о том, что эти деревья давно уже потеряли свой летний зеленый наряд.

Конечно, вам случалось выходить зимой в туманный день из дому. Туман, как густой белый дым, окутал улицу. С одной стороны улицы не видно другой. Когда вам случится еще раз пробыть в такой день довольно долго на улице, то прежде, чем войти в дом, посмотрите на вашу шубу. Вы увидите, что каждый волосок на ней покрыт мелким белым пушком: то туман осел на шубу в виде инея. Посмотрите также на стены домов и на фонарные столбы: все подернуто пушистой белой пеленой – инеем.