Елена Стрельникова - Химия. Узнавай химию, читая классику. С комментарием химика

По виду пламени можно понять, образуется ли копоть. Если пламя бесцветное, значит, копоти нет. Бесцветным пламенем горит водород: он уж никак не может образовать копоть (отчего и считается экологически безопасным топливом). Голубое пламя кухонных конфорок означает, что при неполном сгорании природного газа образуется угарный газ, но он тут же сгорает голубым пламенем. Если же пламя желтое, значит, при горении образуются мельчайшие частицы сажи. Раскаленные частицы сажи светятся желтым светом, благодаря чему и можно использовать свечи и керосиновые лампы для освещения. Водородная горелка света не даст.

Далее частицы сажи либо сгорают, либо, отдав энергию в виде света и не успев сгореть, остывают, попадают в воздух в виде копоти и осаждаются на поверхности дымохода, если топливо горит в печи. В верхнюю часть коптящего пламени свечи можно внести стеклышко и получить оптическое устройство, позволяющее наблюдать затмение солнца. Сажа, оседающая в дымоходах, мешает нормальной тяге продуктов сгорания и может загореться, вызвав разрушение печной трубы или пожар.

Карстовые пещеры – одна из разновидностей пещер, имеющая свой особый механизм образования. Это пещеры, в образовании которых главную роль играют химические процессы. Карстовые пещеры обычно встречаются в горных массивах, сложенных известняковыми и доломитовыми породами, которые могут быть образованы известняком, арагонитом, мрамором, мелом (все это в своей основе карбонат кальция СаСО 3), доломитом (СаСО 3 ∙ MgCO 3) и другими природными карбонатами. Такие горные массивы называют карстовыми. Карст – это химические процессы, происходящие под воздействием на горную породу воды. Наиболее распространен известняковый карст. Длиннейшая в мире карстовая Мамонтова пещера с суммарной протяженностью ходов в 500 км находится в США, как и пещера Мак-Дугала.

Механизм карстообразования в известняках заключается в следующем.

Дождевая вода, содержащая растворенный углекислый газ, собирается в трещинах известняка и проникает внутрь массива, растворяя по пути карбонаты кальция и магния:

СаСО 3 + СО 2 + Н 2О = Са(НСО 3) 2

Суть процесса такова: вода с растворенным в ней углекислым газом – не что иное, как угольная кислота. Она реагирует с нерастворимым карбонатом, превращая его в растворимую кислую соль – гидрокарбонат кальция (или магния). В трещинах в известняке, куда стекала вода, постепенно образуется углубление, превращающееся затем в карстовую воронку. Насыщенная углекислым газом вода с поверхности уходит вглубь известняка, вымывая в его толще карстовую пещеру. Углекислым газом вода может насыщаться и проходя сквозь почву, и в недрах земли в областях недавней вулканической деятельности. Реагируя с карбонатами, вода теряет углекислый газ, но насыщается растворимыми гидрокарбонатами. Вода, содержащая ионы кальция или магния, становится жесткой. Если такую воду прокипятить, произойдет обратный процесс – разложение гидрокарбонатов кальция и магния (они нестойки к нагреванию и вообще могут существовать только в водном растворе):

Са(НСО 3) 2 = СаСО 3 + СО 2 + Н 2О

Нерастворимые карбонаты кальция и магния выпадут в осадок и осядут на стенке чайника в виде накипи. Как видим, образование накипи – это химический процесс, как и образование карстовых пещер.

О том, что пещера Мак-Дугала карстовая, в тексте говорится недвусмысленно. В нем сказано, что вода в подземном ручье приносит известковый осадок. Мы, правда, понимаем теперь, что вода приносит вовсе не осадок, а растворенный углекислый газ, который участвует в образовании растворимых солей, переходящих в воду. Но дальше говорится о «кудрявой, кружевной Ниагаре» «из блестящего прочного камня». Это описание известняковых натеков в русле ручья. И они тоже характерны для карстовых пещер. А еще сталактиты и сталагмиты.

Собственно, реакция, в результате которой в пещерах вырастают сталактиты и сталагмиты, а на стенах образуются красивые натеки, нам уже известна. Это та же реакция, что происходит при образовании накипи в чайнике:

Только здесь нерастворимые карбонаты не образуют накипь, а откладываются на стенах в виде натеков или образуют каменную сосульку сталактит (от греческого σταλακτίτης – «натекший по капле»). Термины «сталактит» и «сталагмит» (от греческого στάλαγμα – «капля») впервые употребил в своей работе, опубликованной в 1655 г., датский натуралист Оле Ворм. И мы теперь знаем, что образование сталактитов и сталагмитов – тоже химия!