Книга по химии для домашнего чтения - Степин Борис Дмитриевич. Страница 11

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.

1.32. СПИЧКИ — «ШВЕДСКИЕ», ИЗОБРЕТАТЕЛЬ — НЕМЕЦ

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.

1.33. «ЯМЧУГ», ИЛИ СЕЛИТРА

В 1749 г. М. В. Ломоносов написал диссертацию «О рождении в природе селитры».

Селитрой называли в прошлом нитрат калия KNO₃. Она носила в России и другое название — «ямчуг», от слова «яма» (см. 1.34, 3.20). В ямах заготавливали сырье для производства KNO₃: навоз, мочу, строительный мусор, остатки растений и др. Селитра образовывалась через два-три года в результате естественных биохимических процессов. Землю, извлекаемую из ям по истечении указанного срока, называли «селитряной землей». Для извлечения селитры «селитряную землю» обрабатывали водой, добавляя карбонат калия K₂CO₃ (см. 1.18), отфильтровывали и осторожно выпаривали досуха. Добавление K₂CO₃ приводило к превращению нитрата кальция Ca(NO₃)₂, содержащегося в «селитряной земле», в нитрат калия KNO₃, извлекаемый водой, что увеличивало выход селитры. Нерастворимым остатком был карбонат кальция CaCO₃:

Ca(NO₃)₂ + K₂CO₃ = 2 KNO₃ + CaCO₃↓.

Из одного кубометра «земли» получали 6–13 кг селитры с содержанием KNO₃ до 60–70%. В России к 1801 г. природную и искусственную «селитряную землю» уже перерабатывали 100–107 селитряных мастерских, производя в год около 500 т селитры.

В Средние века в Европе отскабливание селитры с глиняных стен домов было королевской привилегией. Стены делались из животных отбросов, садовой земли, смешанных с известью, глиной и соломой. Со временем на стенах появлялись белые налеты селитры. Шведские крестьяне, например, были обязаны платить часть своего оброка селитрой.

C 1845 г. в Россию стали завозить более дешевую чилийскую, или натриевую, селитру NaNO₃, и производство селитры из «селитряной земли» стало резко падать. Для изготовления пороха годилась только калиевая селитра KNO₃: натриевая селитра жадно поглощает влагу из воздуха, порох становится сырым и невоспламеняемым (см. 1.34). Для превращения NaNO₃ в KNO₃ к нагретому концентрированному водному раствору нитрата натрия добавляли хлорид калия КСl; при этом в осадок выпадал хлорид натрия NaCl, а из охлажденного фильтрата кристаллизовался нитрат калия KNO₃:

NaNO₃ + KCl ↔ KNO₃ + NaCl↓.

Основными потребителями селитры в прошлые века были пороховые заводы и мастерские по производству азотной кислоты — «селитряной кислоты».

Современные методы производства KNO₃ основаны на взаимодействии гидроксида калия KOH или карбоната калия K₂CO₃ с азотной кислотой:

KOH + HNO₃ = KNO₃ + H₂O,

K₂CO₃ + 2HNO₃ = 2 KNO₃ + CO₂↑ + H₂O.

1.34. СЕЛИТРА, СЕРА И ВОЙНА

В одном из декретов Конвента Франции (1790 г.) говорилось: «Всем и каждому промывать землю из своих погребов, конюшен, овчарен и коровников… те, кто пренебрег бы обязанностью извлекать из недр земли основной элемент оружия для поражения тиранов, были бы подлецами или контрреволюционерами».

Речь шла о получении селитры — нитрата калия KNO₃. После Французской революции 1789 г. Франция из-за блокады была лишена импорта селитры из Чили. Пороховые заводы остались без основного сырья, ведь в состав пороха обычно входит 75% селитры, 15% древесного угля и 10% серы. Этот состав был найден случайно (см. 9.5). Реакцию горения пороха отражает уравнение

6KNO₃ + 2S + 3С = 2K₂SO₄ + K₂CO₃ + CO₂↑ + CO↑ + 3N₂↑ + 2O₂↑.

Порох — не взрывчатка, порох — топливо, которому не нужен кислород воздуха, ему достаточно своего кислорода, находящегося «в основном элементе оружия» — селитре.

Московская Русь познакомилась с порохом еще в XIV в. Из летописей известно, что в 1382 г. москвичи уже обороняли свой город от войск татарского хана Тохтамыша с помощью огнестрельного оружия. Но первые упоминания о методе производства пороха в России относятся к 1607 г. («Устав о воинском деле», написанный по указанию Василия Шуйского).

Порох был открыт в Китае. В 682 г. философ-химик Сунь Сы-Мяо описал его состав и рецепт приготовления. Позднее, в XII в., в Китае появилось и первое огнестрельное оружие — бамбуковая трубка, заряженная порохом и пулей. В Европе о китайском рецепте изготовления пороха почти одновременно узнали монахи Роджер Бэкон (см. 25) и Бертольд Шварц (см. 9–5), а также немецкий алхимик и философ Альберт фон Больштедт, назвавший себя «Альбертом Великим» (1193–1280). Уже в 1346 г. в битве при Креси (Франция) английские войска, впервые применившие огнестрельное оружие, одержали решительную победу над закованными в железо французскими рыцарями.