logo
logo

В одном из предыдущих разделов мы указывали на то, что количество теплоты, необходимое для испарения, настолько велико, что горячая вода, кипящая без нагревания при низком давлении, поглощает столько собственной теплоты, что очень скоро сильно охлаждается. Нам нужно только продолжать этот опыт дальше, чтобы заставить кипящую воду замерзнуть, если давление, под которым она находится, будет достаточно низко. Для того чтобы получить такое низкое давление, надо было бы обратиться к очень хорошему воздушному насосу и беспрерывно поглощать возникающий водяной пар при помощи крепкой серной кислоты. Удобнее морозить воду при помощи других жидкостей, которые испаряются легче воды, как, например, сернистый углерод или эфир. Сернистый углерод является таким веществом, против присутствия которого в доме могут быть, благодаря его запаху, сделаны некоторые возражения, так как аромат моторных экипажей по сравнению с ним напоминает скорее свежий ветерок Цейлонского острова. По этой причине мы возьмем эфир, хотя его запах тоже не слишком подходит к домашней обстановке, поэтому лучше всего выбрать для опыта послеобеденное время, когда родители и другие старшие будут заняты делами вне дома. Удобнее всего это устроить так, как показано на рис.43.
В куске дерева надо сделать углубление и в него налить несколько капель воды. В воду опустить наперсток, почти наполненный эфиром. Если взять эфира на 10 коп., то его хватит на несколько опытов. Потом взять резиновые меха, которые бывают у пульверизаторов для жидкостей, и конец резиновой трубки надеть на стеклянную трубку или на другой наконечник с очень узким отверстием.
Если экспериментатор молод и обладает хорошими легкими, то он может обойтись без мехов.
Чтобы эфир, на который дуют, не пролился в воду, следует расширить край наперстка, вставляя его в тоненькую дощечку с круглым отверстием. Или вместо этого следует дуть осторожно и терпеливо. Пары эфира легко воспламеняются, и потому нельзя держать вблизи эфира свечу или лампу.
Струя воздуха заставляет эфир быстро испаряться. Этим пользуются прачки, вешая белье для просушки на воздухе в ветреный день. Непрерывно ветер уносит слой воздуха, насыщенный паром, а на его место гонит сухой воздух, и поэтому вода в белье быстрее испаряется. Ток воздуха, искусственно направленный на эфир, производит такое же действие, т. е. ускоряет испарение эфира. Поглощение теплоты, доставленной самим эфиром, настолько велико, что прежде чем эфир из наперстка испарится, он уже настолько охладится, что будет в состоянии заморозить воду. Наперсток в конце концов примерзнет к доске. Если даже в этом опыте замерзание вызвано не собственно кипением, то во всяком случае сходным с кипением процессом ускоренного парообразования.

Замораживание воды при помощи испаряющегося эфира

Рис.43. Замораживание воды при помощи испаряющегося эфира

Мы уже говорили, что для замораживания воды путем кипения при низком давлении нужен хороший воздушный насос и очень быстрое поглощение водяного пара серной кислотой. Еще есть другая жидкость, которая легко переходит в твердое состояние, если мы часть ее заставим испариться (настоящего кипения и здесь также не будет). Это — жидкая углекислота. Угольная кислота в газообразной форме всем известна. Этот газ выделяется при открытии бутылки из многих напитков, как сельтерская вода, пиво, шипучее вино, заставляя все эти напитки пениться. При давлении в 60 атмосфер удается угольную кислоту привести в жидкое состояние при обыкновенной температуре. В таком виде она продается, большею частью, в стальных бутылках. Если открыть затвор такой бутылки, когда она стоит, то выделится сильная струя газообразной угольной кислоты, которая, вследствие уменьшения давления при открытии бутылки, получается из жидкой кислоты. Давлением этой еще достаточно сгущенной газообразной угольной кислоты пользуются в пивных для вытеснения пива из бочек. Наполнить такую бутылку углекислотой стоит недорого (около одного рубля) и некоторые читатели, может быть, в состоянии выписать себе эту бутылку с угольной кислотой от какой-нибудь фирмы, занимающейся производством жидкой углекислоты. Такую бутылку с угольной кислотой кладут на пол или на устойчивый стол, так чтобы отверстие, откуда течет жидкость, лежало бы ниже закрытого конца. Тогда находящаяся внутри газообразная углекислота скопляется у закрытого конца, а жидкая у выхода. Если теперь мы откроем кран, то сжатый газ вытолкнет жидкость. При этом удивительно то, что мы совершенно не замечаем струи жидкости, а только видим, как выделяется белый туман, который осаживается на полу или столе в виде белого налета, т. е. в совершенно твердом состоянии. Отсюда ясно, что этот налет состоит из твердых частиц, т. е. из твердой углекислоты.
Чтобы получить твердую углекислоту в большем количестве, обвязывают крепко горлышко бутылки мешком из толстой фланели или подобного материала, так чтобы струя углекислоты втекала внутрь этого мешка. Если мы теперь откроем затвор бутылки достаточно широко, то мешок быстро наполнится снегообразной массой твердой угольной кислоты. Все это может быть объяснено очень просто.
При нормальной температуре жидкая углекислота остается в жидком состоянии, только при очень высоком давлении, если это давление, когда бутылка открыта, уменьшается, то углекислота довольно быстро переходит в газообразное состояние. Этот газ бесцветен и невидим. Необходимая для испарения теплота берется у самой углекислоты, как у той, которая остается в жидком виде, так и у той, которая переходит в газ. Поэтому то часть углекислоты покидает бутылку в виде маленьких твердых частиц, которые и соединяются в мешке в большие массы, газообразная же углекислота фильтруется в воздух через мешок. Теперь мы действительно убедились, что при испарении одной части жидкости другая часть может замерзнуть. Твердая углекислота обладает, понятно, очень низкой температурой, около -60 °С. Необходимо касаться ее очень осторожно, так как охлаждение может вызвать те же явления, какие получаются при сильном нагревании, т. е. «ожог». Если у нас есть под рукой ртуть, из случайно разбитого термометра, то можно ее заморозить; это ясно докажет нам, как низка температура твердой углекислоты. Для этого наполним деревянную чашку, при помощи какой-нибудь ложки, снегообразной углекислотой и крепко ее сожмем, предварительно сделав посредине маленькое углубление. Когда мы нальем в это углубление ртуть, то уже через несколько минут мы можем ложкой вынуть совершенно твердый комок ртути. Но металл не следует оставлять на столе, так как он уже при температуре в -39 °С начинает таять. При незначительном колебании или наклоне поверхности стола ртуть скатывается в форме шарообразных капель, которые потом довольно трудно поймать, так как они легко проваливаются в щели пола. Так как пары ртути очень ядовиты, то ее не следует оставлять открытой на долгое время в комнате, даже в небольшом количестве. Следует еще заметить, что термометры из ртути не годятся для измерения температуры ниже -39 "С.
Для таких случаев берут термометр, содержаний жидкость, у которого точка замерзания значительно ниже, например спирт.
Здесь мы скажем еще об одном наблюдении. Если в течение некоторого времени мы оставим лежать снегообразную угольную кислоту, то легко заметим, что масса ее станет уменьшатся, но не таять. Это объясняется тем, что при обыкновенном атмосферном давлении она, минуя жидкое состояние, переходит непосредственно из твердого состояния в газообразное и делается невидимой для глаз. Так и снег, или кусок льда, который лежит в морозную погоду в открытом месте на весах, постепенно становится легче благодаря непосредственному испарению. Если же вы заметите, что снегообразная угольная кислота или вещество, которое с ней соприкасается, покроются небольшим количеством жидкости, то не подумайте, что это жидкая угольная кислота! Это просто вода, осевшая на очень холодных предметах благодаря сгущению водяного пара из воздуха.