Что же происходит с металлом, который прокаливается в реторте? Часть воздуха соединяется с металлом, образуя окалину. Если реторта запаяна, вес ее при этом не изменяется. Но достаточно вскрыть реторту, как наружный воздух с шумом устремится в нее и займет место той части находившегося в реторте воздуха, которая пошла на превращение металла в окалину. Вес содержимого реторты при этом несколько увеличится.
Этими опытами Ломоносов доказал не только роль воздуха при горении, но и установил, что при химических превращениях веществ «сколько у одного тела отнимается, столько присовокупляется к другому». Этот закон сохранения массы вещества стал основой современной химии. Великий русский ученый на три десятилетия опередил «открытие» того же закона французским химиком Лавуазье.
КАК БЫЛ ОТКРЫТ КИСЛОРОД
Через несколько лет после смерти М. В. Ломоносова молодой шведский химик Карл Шееле сделал такой опыт. Он поместил в колбу кусочек фосфора и плотно закрыл ее пробкой. Затем он поднес к колбе зажженную свечу. Через секунду, от нагревания колбы, фосфор ярко вспыхнул, и колба наполнилась густым дымом, который вскоре осел на ее стенках в виде белых, похожих на иней хлопьев.
Когда колба остыла, Шееле опрокинул ее, бережно опустил горловину в воду и осторожно выдернул пробку. Вода быстро устремилась в колбу и заполнила пятую часть ее объема.
Молодой химик пробовал сжигать в закрытых сосудах и другие вещества. Результат неизменно получался все тот же: пятая часть воздуха, заключенного в сосуде, куда-то исчезала и ее место заполнялось водой. В том же воздухе, который оставался в колбе после горения, уже не удавалось зажечь не только свечу, но даже легко воспламеняющийся фосфор. Помещенная туда мышь очень быстро умирала от удушья.
Все это навело Шееле на мысль, что окружающий нас воздух вовсе не является однородным веществом, как принято было думать в то время, а представляет собою смесь по крайней мере двух различных частей. Ту часть воздуха, которая оставалась в колбе после горения фосфора или какого-либо другого вещества, Шееле назвал мертвым, негодным воздухом, а исчезнувшую часть, которая поддерживала горение, — живым или «огненным воздухом».
Вскоре Шееле научился получать «огненный воздух» в чистом виде, отдельно от негодного. Он насыпал в стеклянную реторту порошок селитры и нагревал его на огне. Селитра плавилась, выделяя чудесный газ, в котором ярко вспыхивала чуть тлеющая лучина.
Так был открыт в 1772 году новый химический элемент, «огненный воздух», необходимый для горения и дыхания. Впоследствии его назвали кислородом.
В НЕОБЪЯТНОЙ КЛАДОВОЙ ПРИРОДЫ
Природа исключительно богата кислородом. Это — самый распространенный химический элемент. Почти вся земная кора состоит из соединений различных элементов с кислородом. Железные руды, например, являются химическим соединением железа и кислорода. Речной песок состоит из кислорода и кремния, глинозем содержит алюминий и кислород.
Огромное количество кислорода есть и в воде. На тонну воды приходится 890 килограммов кислорода и 110 килограммов связанного с ним водорода. Наконец, атмосферный воздух, как мы уже знаем, состоит на одну пятую из кислорода, а это — невероятно большое количество. Если весь кислород земной атмосферы превратить в жидкость, то вся поверхность земли, включая горы и равнины, моря и океаны, покроется слоем холодной светло-голубой жидкости толщиной больше двух метров.
Старый способ получения кислорода путем нагревания селитры уже давно ушел в прошлое. Добывание кислорода превратилось в самостоятельную и очень крупную отрасль промышленности. Во всех странах мира работают специальные кислородные заводы, использующие в качестве сырья безграничные запасы атмосферного воздуха.
КАК ПОЛУЧИТЬ КИСЛОРОД ИЗ ВОЗДУХА
Воздух не является химическим соединением отдельных газов. Теперь известно, что он представляет собою смесь из азота, кислорода и так называемых редких газов: аргона, неона, криптона, ксенона и гелия. Кроме того, воздух содержит ничтожные количества водорода и углекислого газа.
Главная составная часть воздуха — азот. Он занимает больше 3/4 всего объема воздуха. Пятую часть воздуха составляет «огненный воздух» — кислород. А на долю остальных газов приходится около одной сотой части.
Каким же образом удается разделить эти газы и получить из воздуха чистый кислород?
30 лет назад сравнительно широко применялся химический способ получения кислорода. Для этого использовалось соединение металла бария с кислородом — окись бария. Это вещество имеет одно интересное свойство. Нагретая до темно-красного цвета (примерно до 540 градусов) окись бария энергично соединяется с кислородом воздуха, образуя при этом новое более богатое кислородом вещество — перекись бария. Однако при дальнейшем нагревании перекись бария разлагается, выделяет кислород и снова превращается в окись. Кислород при этом улавливается и собирается в особые сосуды — баллоны, а перекись бария охлаждается до 540 градусов, чтобы снова получить способность извлекать кислород из воздуха.