Свеча и электрическая лампочка - раздел Химия, Кукушкин Юрий Николаевич. Химия вокруг нас
Далеко В Прошлое Ушло Освещение Внутренних Помещений Домов Св...
Далеко в прошлое ушло освещение внутренних помещений домов свечами. Как эхо былого выглядят старинные бронзовые люстры, в которых электрические лампочки «миньон» вставлены на места, ранее занятые свечами. Однако и сегодня человек тянется к живому пламени свечи. Не зря хозяева, принимая в доме дорогих гостей и стремясь создать уютную обстановку, выключают электрический свет и зажигают свечи. В новогоднюю ночь свечи загораются практически в каждом окне.
В настоящее время покупка свечи доступна каждому почти так же, как спички. Однако так было далеко не всегда. В начале прошлого века на Руси свечи ценились очень дорого и в домах простых людей обычно горела лучина или лампада с маслом. Керосиновые лампы появились позже. О щедрости людей судили по тому, какого размера свечу зажигал человек при посещении церкви.
В прошлом веке производство свечей было развитой отраслью промышленности. Существовали описания технологий производства и их химической сущности. В частности, такой труд в 1851 г. был написан преподавателем Петербургского технологического института Н. Виттом. Из его книги мы узнаем, что свечи были восковые, сальные, стеариновые, спермацетные и весьма дорогие парафиновые. О том, из каких материалов готовились свечи, будет рассказано ниже. Однако не сразу об этом. Нельзя не вспомнить, что в середине прошлого века великий английский ученый Майкл Фарадей выступил с лекцией на тему: «История свечи». Это был вдохновенный гимн творению человека и природы. Лекция была переведена на русский язык и часть ее опубликована. Автор рекомендует каждому, кто интересуется физикой и химией, прочитать это выдающееся творение.
Читая художественные произведения, описывающие прошлые века, мы встречаемся с разными свечами. Важно ли знать, что это такое? Допускаю, что это интересно не всем. Однако тем, кого волнует прошлое человечества, история развития нашего быта и нас самих, эта информация может оказаться полезной.
Вероятно, первые свечи были восковые. Пчелиный воск – это дар природы и свеча из него могла быть изготовлена самым примитивным способом. Гораздо позже воск стали очищать. Технология опять же была весьма простой. Это достигалось плавлением воска и фильтрованием в расплавленном состоянии через ткань. Для отбелки воска, в зависимости от возможностей, использовали костяной уголь, диоксид серы или хлор.
Следует отметить, что с американских континентов в Европу завозился растительный воск. Он применялся для изготовления свеч взамен пчелиного, однако был гораздо дороже и потому не выдерживал конкуренции. Нити для свечей проваривались в течении нескольких часов в щелоке, приготовленном из поташа и жженой извести. Затем следовало промывание водой и отбеливание хлорной известью.
Под стеарином вначале понимали два различных продукта, извлекаемых из говяжьего и бараньего сала. Один из них получали удалением из сала жидкостей прессованием. Твердый остаток и называли стеарином. Другой продукт получали химической обработкой сала вначале известью, а затем серной кислотой. По существу, это был гидролиз жиров (глицеридов) с последующим выделением смеси кислот: стеариновой, пальмитиновой и небольшого количества непредельных кислот.
Стеариновая кислота CH3(CH2)16COOH была открыта в сале в 1816 г. французским химиком Шеврелем. Вместе с Гей-Люссаком в 1825 г. он взял в Англии привилегию на приготовление стеариновых свеч.
Стеариновые свечи оказались дешевле, чем восковые. Однако русская церковь долго не соглашалась заменять восковые свечи на стеариновые. Одной из причин было то, что восковые свечи при сгорании издавали приятный запах.
Сальные свечи готовили из вытопленного сала, которое затем очищали механически (процеживанием через ткань) или химически (глиноземом или дубильными веществами) и обесцвечивали так же, как и воск. При горении сальные свечи сильно коптили.
Спермацет для спермацетных свечей извлекали из полостей, находящихся в голове китов. Он освобождался от сопутствующих жидких масел выжиманием холодным или горячим прессованием. Если была необходимость, то проводилась очистка посредством мыльного щелока. Свечи, изготовленные из спермацета, отличались белизной и полупрозрачностью. Однако они имели и недостаток. При горении со временем оплывали.
В текущем столетии, до истребления китов, дефицитный спермацет использовали главным образом как основу для кремов и различных мазей, а также в качестве высококачественного смазочного масла для прецизионных инструментов.
Парафиновые свечи вначале были довольно дорогими, так как парафин извлекали при перегонке дегтя растительных веществ. Затем в Англии его начали добывать из торфа. Однако и в том и другом случае он получался лишь в небольших количествах. Коренное изменение произошло с налаживанием крупномасштабной переработки нефти. Сейчас – это один из наиболее доступных нефтехимических продуктов. Парафин – смесь предельных углеводородов C18–C35. Смесь предельных углеводородов C36–C55 называют церезином. Современные свечи состоят из смеси парафина и церезина.
Приятно при свечах побеседовать с друзьями. Однако вряд ли кто согласится совсем отказаться от электрической лампочки в пользу свечей. Поэтому автор предлагает читателю обратить взгляд на современную лампочку накаливания и рассмотреть процессы, протекающие при ее работе. Каждый школьник знает, что лампочка состоит из герметического стеклянного баллона, в который введены держатели спирали, и из самой спирали. Спираль изготовлена из вольфрама – одного из наиболее тугоплавких металлов. Его температура плавления равна 3410°C. Кроме высокой тугоплавкости, вольфрам обладает еще одним очень важным свойством – высокой пластичностью. Из 1 кг вольфрама можно вытянуть проволоку длиной 3,5 км, которой хватит на изготовление 23 тыс. 60-ваттных лампочек. Держатель изготовлен из молибдена – элемента-аналога вольфрама. В периодической системе Д.И. Менделеева эти два элемента находятся в одной и той же подгруппе. Важнейшим свойством молибдена является малый коэффициент линейного расширения. При нагревании он увеличивается в размере так же, как и стекло. Поскольку при нагревании и охлаждении молибден и стекло изменяют размеры синхронно, последнее не трескается и потому не нарушается герметизация.
Известно, что интенсивность излучения тела возрастает пропорционально четвертой степени абсолютной температуры. Это следует из закона Стефана – Больцмана. Следовательно, повышение температуры вольфрамовой нити электрической лампочки всего на 100° с 2400 до 2500°C приводит к увеличению светового потока на 16%. Кроме того, с увеличением температуры в общем потоке излучения увеличивается доля видимого света. Это явление отражается законом Вина, т.е. с увеличением температуры нити накаливания растет светоотдача, а значит, увеличивается экономичность лампочки. Повышению температуры мешает разогревание стеклянного баллона и испарение нити. Снизить разогревание баллона можно созданием в нем вакуума. Этим путем уменьшается теплопроводность от нити до стекла. Однако в вакууме будет усиливаться испарение нити. Это будет приводить к ее утоньшению и в конце концов нить перегорит. Заполнение баллона инертным газом, например азотом, препятствует испарению нити и тем больше, чем тяжелее молекулы заполняющего газа. Оторвавшиеся от нити атомы вольфрама будут ударяться о молекулы газа, их путь до стенок баллона будет удлинен, а некоторые атомы могут вернуться к нити. Чем тяжелее молекулы заполняющего газа, тем больше они будут препятствовать испарению нити накаливания. Так, частичная замена азота на аргон позволяет увеличивать температуру вольфрамовой нити до 2600...2700°C. Полностью заменить азот на аргон нельзя, так как последний обладает сравнительно высокой электрической проводимостью и появится опасность возникновения электрической дуги между молибденовыми держателями. Еще лучше предохраняют вольфрамовую нить от разрушения более тяжелые благородные газы – криптон и ксенон. Они позволяют поднять температуру нити до 2800°C и снизить объем газового баллона. Заполнение ими ламп взамен аргона позволяет получить на 15% больше светоотдачу, увеличить вдвое срок службы нити накаливания и на 50% сократить объем баллона.
Для увеличения срока службы электрических ламп накаливания в баллон добавляют небольшое количество иода. Он выполняет роль собаки, охраняющей отару овец. В зоне с температурой приблизительно 1600°C иод взаимодействует с оторвавшимися от нити атомами вольфрама, переводя их в соединение WI2. При хаотическом движении рано или поздно молекула иодида вольфрама (II) попадает в область более высоких температур, где она продиссоциирует в соответствии с уравнением
WI2 → W + 2I
Таким образом, иод возвращает атомы вольфрама в зону, окружающую нить и, следовательно, препятствует ее испарению. В йодных лампах на стенках стеклянного баллона не бывает и следов темного налета металлического вольфрама. По этой причине светоотдача таких ламп со временем не снижается, а срок службы увеличивается.
Все темы данного раздела:
Вода в масштабе планеты
Человечество издавна уделяло большое внимание воде, поскольку было хорошо известно, что там, где нет воды, нет и жизни. В сухой земле зерно может лежать многие годы и прорастает лишь в присутствии
Вода в организме человека
Не очень легко представить, что человек примерно на 65% состоит из воды. С возрастом содержание воды в организме человека уменьшается. Эмбрион состоит из воды на 97%, в теле новорожденного содержит
Регулятор климата
Океаны и моря являются регуляторами климата в отдельных частях земного шара. Суть этого заключается не только в океанических течениях, которые переносят теплую воду из экваториальных районов в боле
Пресная вода
Вероятно, многие не в полной мере осознают истинное значение воды для человека. Это особенно справедливо для жителей северных районов нашей страны, где пресная вода имеется в относительном достатке
Влажность воздуха
Важной характеристикой состояния атмосферы является влажность воздуха или, что то же самое, степень насыщения воздуха водяными парами. Она выражается отношением содержания водяных паров в воздухе к
Поваренная соль
С уверенностью можно сказать, что, по крайней мере, одно химическое соединение в довольно чистом виде имеется в каждом доме, в каждой семье. Это – поваренная соль или как ее называют химики – хлори
Бумага и карандаши
Без преувеличения можно сказать, что каждый человек ежедневно и в большом количестве использует бумагу или изделия из нее. Неоценима роль бумаги в истории культуры. Письменная истор
Карандаши и акварельные краски
С давних пор в качестве пишущего инструмента наряду с мелом использовались кусочки мягкого минерала графита – одной из разновидностей углерода. Графит имеет слоистое, чешуйчатое строение. При трени
Оконное стекло
Впервые оконное стекло, хотя и весьма несовершенное, появилось на рубеже старой и новой эры летоисчисления у римлян. Однако после падения Римской империи секреты его производства были утеряны и в н
Фотохромные стекла
Фотохромные стекла изменяют окраску под действием излучения. В настоящее время получили распространение очки со стеклами, которые при освещении темнеют, а в отсутствие интенсивного освещения вновь
Хрусталь, хрустальное стекло
Хрусталь, хрустальное стекло – это силикатное стекло, содержащее различное количество оксида свинца. Часто на маркировке изделия указывается содержание свинца. Чем больше его количество, тем выше к
Кварцевое стекло
Его получают плавлением чистого кварцевого песка или горного хрусталя, имеющих состав SiO2. Для изготовления кварцевого стекла требуется очень высокая температура (выше 1700°C).
Ситаллы
Ситаллы – стеклокристаллические материалы, получаемые регулируемой кристаллизацией стекла. Стекло, как известно, – это твердый аморфный материал. Его самопроизвольная кристаллизация в прошлом прино
Безопасные» стекла
Вероятно, каждому городскому жителю довелось видеть на автотранспорте разбитое лобовое стекло. Первым из «безопасных» стекол, примененных для остекления автомобилей, был триплекс. Он и в настоящее
Пеностекло
Пеностекло – пористый материал, представляющий собой стеклянную массу, пронизанную многочисленными пустотами. Оно обладает тепло- и звукоизоляционными свойствами, небольшой плотностью (примерно в 1
Стеклянная вата и волокно
При нагревании стекло размягчается и легко вытягивается в тонкие и длинные нити. Тонкие стеклянные нити не имеют и признаков хрупкости. Их характерным свойством является чрезвычайно высокое удельно
Стеклопластики и стеклотекстолиты
Первыми называют материалы, получаемые путем горячего прессования стекловолокна, перемешанного с синтетическими смолами. В качестве смол чаще всего используют полиэфирные, фенольные, эпоксидные и к
Посуда из стекла
Качество посуды зависит от состава стекла, способа ее выработки и характера декоративной обработки. Самым дешевым стеклом является кальциево-натриевое. Для посуды улучшенного качества используют ка
Керамика
Керамические изделия широко представлены в быту и строительстве. Слово керамика настолько прочно вошло в русский язык, что мы удивляемся, когда узнаем, что оно иностранного происхож
Терракота
Терракота – разновидность грубой керамики. Она известна с эпохи неолита, т.е. более 5 тыс. лет до н.э. Слово терракота итальянское. Его дословный перевод означает обожженная земля. Терракота выпуск
Майолика
Майолика близка по свойствам и качеству к терракоте, только в отличие от последней покрыта глазурью. Глазурь придает изделию влагонепроницаемость, предохраняет от загрязнений, улучшает внешний вид,
Фарфор костяной
Фарфор костяной – мягкий фарфор, непременной составной частью которого является зола костей крупного рогатого скота, состоящая главным образом из фосфата кальция. В настоящее время ее иногда заменя
Фарфор фриттованный
Фарфор фриттованный – хорошо просвечиваемый мягкий фарфор, производимый во Франции с 1738 г. Он содержит 30...50% каолина, 25...35% кварца, 25...35% богатой щелочью стекольной фритты. Фритты – комп
Строительные материалы
Природные или искусственные вещества, в состав которых входит кремнезем SiO2, называют силикатами. Это слово происходит от лат. silex – кремень. Современная силикатная пр
Известь как связующий материал
Известь – один из древнейших связующих материалов. Археологические раскопки показали, что во дворцах древнего города Кносса, в центральной части острова Крит – в одном из центров эгейской культуры,
Красный глиняный кирпич
Красный глиняный кирпич изготавливают из замешанной с водой глины с последующим формованием, сушкой и обжигом. Сформованный кирпич (сырец) не должен давать трещин при сушке. Плохо высушенный сырец
Силикатный кирпич
Сырьем для силикатного кирпича служит известь и кварцевый песок. При приготовлении массы известь составляет 5,5...6,5% по массе, а вода – 6...8%. Подготовленную массу прессуют и затем подвергают на
Строительные растворы
Строительные растворы применяют для связывания кирпичей, камней и блоков при сооружении стен. Кроме того, их используют для штукатурки стен и потолков с целью получения ровных поверхностей и защиты
Асбоцементные изделия
Асбоцементные изделия обладают более высокой прочностью при растяжении, изгибе и ударных нагрузках, чем затвердевшее цементное тесто. Это объясняется армирующими свойствами асбеста, схожими с армир
Строительные гипсовые изделия
Примерно в третьем тысячелетии до н.э. в строительстве взамен глины в качестве связующего материала стали использовать гипс. Для этой цели его начали применять даже раньше, чем известь. Уже 5...6 т
Гипсовые перегородочные плиты
Гипсовые перегородочные плиты изготавливают как из одного строительного гипса, так и из его смеси с наполнителями – древесными опилками или шлаками тепловых электростанций. Замешанную с водой массу
Растворимое (жидкое) стекло
Это водный раствор силиката натрия – натриевой соли кремниевой кислоты. Оно известно со времени Агриколы, т.е. с середины XVI в. Жидкое стекло стало доступным для технического использования после р
Древесина
Лес является величайшим даром природы. Его называют легкими нашей планеты, поскольку в процессе фотосинтеза он поглощает углекислый газ и одновременно выделяет кислород, играя, таким образом, важне
Древесноволокнистые плиты
Древесноволокнистые плиты получают из лесосечных отходов, отходов деревообработки и из технологической щепы. Изготовление плит заключается в пропарке и размоле древесного сырья до волокон. Волокнис
Древесностружечные плиты
Сырьем для них служат отходы деревообработки: стружка, в небольшом количестве опилки, мелкие куски древесины, щепа. Высушенное древесное сырье смешивают с мочевиноформальдегидной или фенолформальде
Мездровый клей
Мездра – это слой шкуры, отделяемый при выделке шкуры. В него входят подкожная клетчатка, остатки мяса и сала. Мездровым клеем называют продукт, получаемый развариванием с водой мездры, отходов шку
Глютиновые клеи
Основное сырье в этих клеях – коллаген. Дословно по-гречески коллаген означает рождающий клей, так как колло – клей. Коллаген входит в состав коллагеновых волокон соединительных тканей: сухожилиях,
Рыбий клей
Рыбий клей высших сортов получают размачиванием в теплой воде или в известковом молоке внутренней оболочки плавательного пузыря рыб. Для этого плавательный пузырь разрезают вдоль и тщательно промыв
Казеиновый клей
Он так же, как и столярный клей, довольно часто используется в домашнем хозяйстве. Казеин – сухое пористое зерно бело-желтого цвета, получающееся из обезжиренного коровьего молока при обработке сыч
Мыла и моющие средства
Мыло было известно человеку до новой эры летоисчисления. Ученые не располагают информацией о начале приготовления мыла в арабских странах и Китае. Самое раннее письменное упоминание
Оптические отбеливатели
После нескольких стирок изделия из белых тканей желтеют или сереют. Для устранения появляющихся оттенков и вводят в синтетические моющие средства оптические отбеливатели. Их действие заключается в
Химические отбеливатели
При стирке тканей необходимо не только удалить загрязнения, но и разрушить окрашенные соединения. Часто ими являются природные красители от ягод или вин. Эту функцию выполняют химические отбеливате
Пенообразователи
Среди домохозяек бытует устаревшее мнение, что для успешного отстирывания тканей необходима обильная пена. Однако это представление справедливо лишь для порошков на основе мыла. В случае синтетичес
Смягчители
При стирке синтетическими моющими средствами и последующей сушке изделия из тканей (полотенца, пеленки и др.) могут стать жесткими на ощупь. Для ее устранения применяют смягчители. Это достигается
Химические средства гигиены и косметики
Слово гигиена происходит от греч. гигиенос, что означает целебный, приносящий здоровье, а косметика – от греч., означающее искусство украшать. В настоящее время термин «косметика» у
Средства ухода за зубами
Зуб состоит из трех частей: коронки (часть, выступающая над десной), корня (часть, погруженная в альвеолу челюсти) и шейки – место перехода коронки в корень. Коронка покрыта эмалью, а под ней наход
Дезодоранты и озоновый «щит» планеты
Каждый знает, что дезодоранты – это средства, устраняющие неприятный запах пота. На чем основано их действие? Пот выделяется особыми железами, расположенными в коже на глубине 1...3 мм. У здоровых
Косметические средства
В мире считается, что среди наиболее прибыльных отраслей промышленности на одном из первых мест стоит косметическая. Наблюдения показывают, что если нужно, то женщины могут отказать себе во многом,
Химия в земледелии
Земля как планета солнечной системы существует около 4,6 млрд лет. Считают, что жизнь на ней зародилась 800...1000 тыс. лет назад. Ученые обнаружили следы деятельности первобытного
Минеральные удобрения
В мире минеральные удобрения начали применять сравнительно недавно. Инициатором и активным поборником их использования в земледелии был немецкий химик Юстус Либих. В 1840 г. он выпустил в свет книг
Азотные удобрения
Для синтеза белков растениям необходим азот. Поэтому азотные удобрения могут приводить к увеличению в зерне белков и, что особенно важно, они повышают содержание клейковины, от которой в значительн
Фосфорные удобрения
Фосфор необходим растениям для синтеза белков клеточных ядер – нуклеопротеидов, а также многих других биологически активных органических соединений. Он накапливается в растениях в довольно больших
Калийные удобрения
Человек давно заметил, что внесение в почву золы приводит к увеличению урожайности. О том, что ее активным началом является карбонат калия – поташ, стало ясно гораздо позже. До разработки промышлен
Другие макроэлементы, входящие в питательные вещества
Как уже было отмечено, почвы быстрее всего истощаются азотом, фосфором и калием. Кроме них растениям необходимы в довольно больших количествах и другие химические элементы: кальций, магний, сера, ж
Микроудобрения
Микроудобрениями называют питательные вещества, которые содержат химические элементы, потребляемые растениями в очень малых количествах. В настоящее время выявлена биологическая роль в жизни растит
Коррозия металлов
Слово коррозия происходит от латинского corrodere, что означает разъедать. Хотя коррозию чаще всего связывают с металлами, но ей подвергаются также камни, пластмассы и другие полиме
Сущность процессов коррозии
Коррозия металлов чаще всего сводится к их окислению и превращению в оксиды. В частности, коррозия железа может быть описана упрощенным уравнением
4Fe + 3O2 + 2H2О =
Способы защиты от коррозии
Проблема защиты металлов от коррозии возникла почти в самом начале их использования. Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел, а позднее и покрытием другими
Пассивация металлов
Каждый школьник знает, что серная кислота взаимодействует с железом в соответствии с уравнением
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2
Несколько иначе идет реакц
Ингибиторы коррозии металлов
Применение ингибиторов – один из эффективных способов борьбы с коррозией металлов в различных агрессивных средах (в атмосферных, в морской воде, в охлаждающих жидкостях и солевых растворах, в окисл
Благородные металлы
К благородным металлам обычно относят золото, серебро и платину. Однако их список этими металлами далеко не исчерпывается. В науке и технике в их число также включают спутники плати
Химические элементы в организме человека
Все живые организмы на Земле, в том числе и человек, находятся в тесном контакте с окружающей средой. Пищевые продукты и питьевая вода способствуют поступлению в организм практическ
Биоактивность отдельных химических элементов
Экспериментально установлено, что в организме человека металлы составляют около 3% (по массе). Это очень много. Если принять массу человека за 70 кг, то на долю металлов приходится 2,1 кг. По отдел
Наиболее известные яды
Из истории и художественной литературы известно, что в прошлом в качестве ядов злоумышленники широко использовали мышьяк, сулему, цианистый калий. Нужно сразу отметить, что в организм человека яды
Антидоты
Выведение из организма токсических веществ, в том числе и соединений металлов, происходит через органы пищеварения, различные железы (потоотделения, слюноотделения), легкие, но особенно через почки
Химия в фотографии
Стремление сохранить визуальную память об окружающем нас мире и дорогих сердцу людях всегда было свойственно человеку. Однако для широких масс людей это стало возможным лишь после и
Краткая история изобретения и развития фотографии
Путь к современной фотографии был непростым и довольно длительным. Еще в 1727 г. немецкий химик Шульце обнаружил чувствительность солей серебра к свету. Эти соли темнели на свету, а в темноте остав
Современные представления о химической сущности стадий получения фотоизображения
Первой стадией фотографического процесса является экспонирование фотоматериала светом и появление скрытого изображения. Механизм образования последнего учеными не выяснен окончательно. Существуют р
Способы получения прямого позитивного изображения
В современной фотографии разработаны способы получения прямого позитивного изображения. Обращение негативного изображения в позитивное осуществляют двумя различными способами: в одном слое и в двух
Усиление и ослабление негативов, тонирование позитивов
Важное значение для качества фотографии имеет плотность негатива. При неправильной выдержке и диаметре щели объектива или при недодержке (передержке) пленки в проявителе негатив получается с пониже
Новости и инфо для студентов