В наше время дети, обладающие выдающимися способностями в области естественных наук и математики, зачастую не находят время для литературы, включая детективы и приключенческие романы. Однако, возможно, молодой химик по-иному воспримет творчество Конан Дойля или Агаты Кристи, Александра Дюма и Марка Твена, если ему предложат разобрать ошибки известных авторов в химии! Именно такой подход используется в книге «Химия. Узнавай химию, читая классику», а также в других изданиях серии, посвященных математике и физике в классических литературных произведениях.
«Творение, которое лежало перед нами, действительно могло напугать кого угодно своими размерами и силой. Это была не чистая порода собаки и не чистокровный мастиф, а, похоже, помесь — худощавый, устрашающий пирог размером с молодую львицу. Его огромная пасть все еще светилась холодным голубоватым светом, а дикие, глубоко посаженные глаза были обведены огненными бликами. Я прикоснулся к этой светящейся голове и, убрав руку, заметил, что мои пальцы также начали светиться в темноте.
— Это фосфор, — произнес я.
— Да, какой-то особенный препарат, — подтвердил Холмс, делая вдох. — Без запаха, чтобы собака не потеряла обоняние. Простите нас, сэр Генри, за то, что мы подвергли вас такому ужасному испытанию. Я ожидал увидеть собаку, но никак не мог предположить, что это будет такое чудовище».
Возможно, многие впервые увидели слово «фосфор» на страницах «Собаки Баскервилей», а не в учебном пособии по химии. И вполне вероятно, что у читателей знаменитой повести знания о фосфоре и исчерпываются только этой информацией. Можно ли считать эти данные полными и достоверными? Давайте разбираться.
Из текста повести можно сделать вывод, что «фосфор» — это вещество, светящееся в темноте голубоватым светом и не обладающее запахом. Однако само слово «фосфор» указывает на его способность излучать свет, так как оно состоит из двух греческих корней: φως («свет») и φέρω («несу»).
В русском языке существуют два слова «фосфор», которые пишутся одинаково, но произносятся по-разному: при ударении на первый слог слово обозначает химический элемент № 15 и его простые вещества, а при ударении на второй слог речь идет о веществе, способном к холодному свечению (люминесценции).
Люминофоры, или фосфора
Люминесценция — это процесс, при котором вещество выделяет энергию в виде света, и причины такого явления могут быть разными. Например, при фотолюминесценции вещество (люминофор) поглощает энергию от светового или ультрафиолетового излучения, а потом медленно отдает ее, испуская свет определенной длины волны. По мере потери энергии свечение затухает, а затем полностью прекращается. Но стоит снова осветить люминофор, и он снова начнет светиться. Такие вещества иногда наносят на рождественские украшения, которые начинают светиться в темноте после того, как их подержат при свете.
В первой половине ХХ века составы, содержащие люминофор вместе с радием, наносили на циферблаты часов и измерительные приборы, предназначенные для использования в темное время суток (например, в самолетах). В отличие от фотолюминесцентных красок, которые быстро теряют свечение и нуждаются в регулярной подпитке светом, радиолюминесцентные составы могут работать без необходимости подзарядки, так как источник радиации уже входит в их состав. В настоящее время радиевые краски не используются из-за строгих требований к радиационной безопасности. Современные радиолюминофоры создают с использованием прометия-147 или трития.
Люминофоры представляют собой сложные вещества, в основном соли. Алюминат стронция Sr(AlO2)2 светится дольше и ярче, чем все остальные. Его можно найти на циферблатах, аварийных знаках, туристическом снаряжении и многих других предметах — это самый современный люминофор. Чтобы люминофор светился, в него добавляют небольшие количества солей переходных или редкоземельных металлов (они играют роль активаторов). В зависимости от того, какой активатор используется, люминофор может светиться разными цветами.
Неорганические люминофоры с длительным послесвечением иногда также называют фосфорами (ударение на второй слог). Слово «люминофор» также состоит из двух корней: второй корень знакомый нам греческий φέρω, а первый — от латинского lumen («свет»). Таким образом, и «люминофор», и «фосфор» дословно означают одно и то же — «несущий свет». Однако первый термин более широкий и используется чаще.
Белый фосфор
Белый фосфор — это одно из простых веществ химического элемента номер 15. В природных условиях атомы фосфора встречаются исключительно в составе солей. Тем не менее, атомы фосфора могут образовывать и различные простые вещества. Иными словами, химический элемент фосфор имеет несколько аллотропных форм.
Название химического элемента обычно совпадает с названием его простого вещества. Однако у фосфора имеется несколько простых веществ, поэтому к его названию добавляются различные эпитеты. Наиболее известные аллотропные модификации фосфора — белый и красный фосфор. В природе они не встречаются, их получают искусственным путем.
Первым из простых веществ, полученных из фосфора, был именно белый фосфор. Это произошло в 1669 году (по меньшей мере, в Европе). Способность к холодному свечению послужила причиной, по которой это удивительное вещество получило название фосфор.
Первооткрывателем фосфора является гамбургский купец Хенниг Бранд, который на досуге занимался алхимией. В поисках философского камня он решил проводить эксперименты с мочой. Для этого он закупил несколько бочек мочи в армейских казармах, выпарил жидкость и прокалил остаток с углем и песком. В наше время белый фосфор производится в промышленности из фосфата кальция, содержащегося в фосфоритах: Са3(РО4)2 + 5С + 3SiO2 = 2Р + 3CaSiO3 + 5СО.
Действительно, фосфорорганические соединения, находящиеся в моче, восстановились углем до фосфора, и Бранд с удивлением обнаружил, что из реторты вырывается «холодный огонь», который не способен поджечь даже бумагу. Это свечение не помогло ему в превращении неблагородных металлов в золото, однако реализация и демонстрация этого вещества принесли Бранд хорошую прибыль.
На протяжении около десяти лет Бранд скрывал секрет получения фосфора, а затем продал его за приличную сумму. Долгое время фосфор оставался дорогим веществом, но постепенно становился доступным для ученых, и в 1845 году австрийский химик Антон Шреттер при нагревании фосфора получил его аллотропную модификацию красного цвета. Это вещество стало известно как красный фосфор, а изначальный «фосфор Бранда» – как белый фосфор.
Белый фосфор — это молекулярное вещество. Его молекулы неполярны, и взаимодействие между ними достаточно слабое. Поэтому белый фосфор плавится при температуре 44 °C и обладает летучестью. Над поверхностью твердого белого фосфора всегда присутствует определенное количество паров. Именно благодаря его летучести мы можем ощущать запах белого фосфора, схожий с запахом чеснока.
Также пары белого фосфора окисляются кислородом воздуха, создавая зеленоватое свечение. Если вы видели, как светится фигурка привидения из набора Лего, то можете представить себе и свечение паров белого фосфора — цвет примерно похожий. Но, конечно же, никто не покроет игрушку белым фосфором ради красивого эффекта!
Для этого есть множество причин: фосфор быстро сотрется с поверхности игрушки, вскоре окислится полностью и его свечение прекратится, а также может самовоспламениться. И самое главное — белый фосфор чрезвычайно опасен для здоровья! Для смертельного исхода достаточно 0,10–0,15 г. Поэтому вы можете быть уверены, что светящиеся составы, с которыми вы сталкиваетесь в повседневной жизни, не содержат и не будут содержать белого фосфора.
Кроме своей ядовитости, белый фосфор также пожароопасен. Он легко воспламеняется при температуре от 36 до 60 °C в зависимости от степени измельчения и условий окружающей среды. Тонко измельченный белый фосфор может загореться даже при комнатной температуре. Поэтому его хранят под слоем воды, в которой он практически не растворяется, а также в темноте, чтобы предотвратить превращение в красный фосфор.
Белый фосфор может воспламениться даже от трения о бумагу. Если вам нужно высушить кусочек, извлеченный из воды, следует промокать его фильтровальной бумагой, но не тереть. Брусок белого фосфора следует резать ножом или скальпелем только под слоем воды, иначе он может загореться от трения лезвия с воздухом.
Что на морде у собаки Баскервилей: вопрос химикам
Теперь, когда мы вспомнили информацию о фосфоре и фосфорах, стоит разобраться, чем именно намазал морду своей собаки Стэплтон. Исходя из описания свойств состава, упомянутого Конан Дойлем, мы должны констатировать, что это не может быть белый фосфор. Белый фосфор светится зеленоватым, а не голубоватым светом. Кроме того, белый фосфор обладает резким запахом, а состав Стэплтона не имеет никакого запаха.
Также белый фосфор токсичен, вызывает серьезные химические ожоги кожи и может самовоспламеняться. Вряд ли собака могла бы долго находиться в контакте с этим опасным веществом без серьезных последствий для здоровья и угрозы жизни.
Условия хранения загадочного вещества также не соответствуют правилам для белого фосфора. На острове посреди Гримпенской трясины, где Стэплтон прятал своего пса, Холмс заметил Ватсону, увидев жестяную банку: «Вот эта паста в банке — это тот самый светящийся состав, которым он смазывал своего пса». Однако мы-то знаем, что белый фосфор необходимо хранить под водой, иначе он самовоспламенится.
Описание, представленное Конан Дойлем, скорее соответствует светящейся краске, изготовленной на основе люминофора. Первые светящиеся краски начали производить еще в 70-х годах XIX века. Английская компания «Бальмен» начала выпускать краску с использованием сульфида кальция, активированного добавками висмута.
Это краска, обладающая фотолюминесцентными свойствами, нуждается в предварительном освещении как видимым, так и ультрафиолетовым светом. Время, в течение которого такие составы могут светиться после того, как на них перестали воздействовать источники света, иногда достигает 12 часов, хотя яркость свечения быстро уменьшается. Стэплтон, вероятно, должен был бы перед тем, как запустить собаку в действие, некоторое время освещать её морду ярким светом. В принципе, почему бы и не провести такой ритуал?
Существует также версия, предполагающая использование радиолюминесцентной краски. Роман «Собака Баскервилей» был написан в 1900 году, а первая светящаяся краска на основе радия появилась в 1902 году. Возможно, к моменту написания этой работы физики уже выявили свечение некоторых веществ под воздействием радиоактивного излучения урановых солей, и Артуру Конан Дойлю стало известно о данном открытии. Кто знает?
Чем Стэплтон мазал морду страшной собаки?
Тем не менее, давайте взглянем на этот вопрос с другой точки зрения — не химической, а филологической. В английском языке слово рhosphorus, обозначающее элемент номер 15, пишется иначе, чем слово, которое обозначает люминофор — рhosphor. Какое именно слово использовал сэр Артур Конан Дойль? Вот цитата:
I placed my hand upon the glowing muzzle, and as I held them up my own fingers smouldered and gleamed in the darkness.
«Phosphorus,» I said.
(Для тех, кто не читает по-английски, в русском переводе, который приведён выше, эти слова выделены жирным шрифтом.)
Вот оно! Доктор Ватсон определил на морде собаки белый фосфор (рhosphorus), а мы-то знаем, что его там не могло быть. Мы видим, что великий автор культового произведения немного ошибся в отношении свойств вещества, которое хорошо известно современным школьникам. Но мы прощаем ему такое несовершенное знание химии, ведь любим его не за это!
