У современных детей, которые сильны в естественных науках и математике, редко остается время на литературу, даже детективную и приключенческую. Но, возможно, юный химик иначе взглянет на романы Конан Дойля или Агаты Кристи, Дюма или Марка Твена, если предложить ему разбор ошибок знаменитых писателей в области химии! Именно так построена книжка "Химия. Узнавай химию, читая классику" — и другие книги той же серии, посвященные математике и физике в известных литературных произведениях.
"Чудовище, лежавшее перед нами, поистине могло кого угодно испугать своими размерами и мощью. Это была не чистокровная ищейка и не чистокровный мастиф, а, видимо, помесь — поджарый, страшный пес величиной с молодую львицу. Его огромная пасть все еще светилась голубоватым пламенем, глубоко сидящие дикие глаза были обведены огненными кругами. Я дотронулся до этой светящейся головы и, отняв руку, увидел, что мои пальцы тоже засветились в темноте.
— Фосфор, — сказал я.
— Да, и какой-то особый препарат, — подтвердил Холмс, потянув носом. — Без запаха, чтобы у собаки не исчезло чутье. Простите нас, сэр Генри, что мы подвергли вас такому страшному испытанию. Я готовился увидеть собаку, но никак не ожидал, что это будет такое чудовище".
Очень может быть, что многие впервые прочитали слово "фосфор" на страницах "Собаки Баскервилей", а вовсе не в учебнике химии. И вполне вероятно, что у кого-то из читателей знаменитой повести познания о фосфоре этими сведениями и исчерпываются. Можно ли считать эту информацию полной и достоверной? Попробуем разобраться.
Из текста повести следует, что "фосфор" — это светящееся в темноте голубоватым светом вещество без запаха. Впрочем, само название "фосфор" указывает на способность светиться, потому что образовано двумя греческими корнями: φως ("свет") и φέρω ("несу").
В русском языке существуют два слова с одинаковым написанием "фосфор", но разным произношением: с ударением на первый слог это название химического элемента № 15 и его простых веществ, а с ударением на второй — разновидность веществ, способных к холодному свечению (люминесценции).
Люминофоры, или фосфора
Люминесценция — это выделение веществом энергии в виде света, а причины такого излучения могут быть разные. В случае фотолюминесценции вещество (люминофор) поглощает энергию светового или ультрафиолетового излучения, а потом постепенно отдает ее, испуская свет с определенной длиной волны. По мере потери энергии свечение ослабевает, а затем прекращается. Но стоит еще раз осветить люминофор, и свечение возобновляется. Такие вещества наносят, например, на елочные игрушки, которые светятся в темноте, если предварительно подержать их на свету.
В первой половине ХХ в. составы, содержащие люминофор в смеси с солью радия, наносили на циферблаты часов и шкалу приборов, которыми предполагалось пользоваться в ночное время (в самолете, например). В отличие от фотолюминофоров, свечение которых быстро прекращается и требует регулярного освещения, радиолюминесцентные краски работают "без подзарядки", ведь источник излучения уже входит в их состав. Сейчас радиевые краски не применяют — они не отвечают жестким современным требованиям к радиационной безопасности. Современные радиолюминофоры изготавливают с использованием прометия-147 или трития.
Люминофоры — сложные вещества, чаще всего соли. Алюминат стронция Sr(AlO2)2 светится дольше и ярче всех. Его можно обнаружить и на циферблатах, и на аварийных знаках, и на элементах туристского снаряжения, и много еще где — это самый современный из люминофоров. Для того чтобы люминофор мог светиться, к нему обязательно добавляют небольшое количество солей переходных или редкоземельных металлов (они играют роль активаторов). В зависимости от используемого активатора люминофор может светиться разным цветом.
Неорганические люминофоры с длительным послесвечением и называют иногда фосфорами (ударение на второй слог). Слово "люминофор" тоже содержит два корня: второй — уже знакомый греческий корень φέρω, а первый образован от латинского lumеn ("свет"). То есть дословно и "люминофор", и "фосфор" означает одно и то же — "несущий свет". Но первый термин более широкий и употребляется чаще.
Белый фосфор
Белый фосфор — одно из простых веществ химического элемента № 15. В минеральной природе атомы этого элемента — фосфора — встречаются только в составе солей. Но атомы фосфора могут образовывать и несколько простых веществ. Другими словами, можно сказать, что химический элемент фосфор имеет несколько аллотропных модификаций.
Название химического элемента обычно совпадает с названием его простого вещества. У фосфора простых веществ несколько. Поэтому к названию "фосфор" добавляются разные прилагательные. Наиболее известные аллотропные модификации фосфора — белый фосфор и красный фосфор. В природе они не встречаются, их получают искусственно.
Первым из простых веществ фосфора был получен белый фосфор. Это произошло (по крайней мере, в Европе) в 1669 г. Именно способность к холодному свечению и побудила назвать чудесное вещество, а вслед за ним и химический элемент, фосфором.
Первооткрывателем фосфора считается гамбургский купец, практиковавший на досуге занятия алхимией, Хенниг Бранд. В поисках философского камня он обратился к опытам с человеческой мочой. Несколько бочек мочи он приобрел в армейских казармах, выпарил жидкость и прокалил остаток с углем и песком. Собственно, с помощью тех же веществ сегодня белый фосфор получают в промышленности из фосфата кальция, содержащегося в фосфоритах: Са3(РO4)2 + 5С + 3SiO2 = 2Р + 3CaSiO3 + 5СО
Вот и фосфорорганические соединения, содержащиеся в моче, восстановились углем до фосфора, и Бранд с изумлением обнаружил вырывающийся из реторты "холодный огонь", не способный поджечь даже бумагу. Вещество, которое давало свечение, не помогло превратить неблагородные металлы в золото, зато его демонстрация и продажа образцов обеспечили Бранда неплохим доходом.
Лет десять Бранд скрывал тайну получения фосфора, но потом продал за кругленькую сумму. Долгое время фосфор был дорогостоящим веществом, но постепенно становился все более доступным для исследователей, и в 1845 г. австрийский химик Антон Шреттер при нагревании фосфора получил его аллотропную модификацию красного цвета. Это вещество было названо красным фосфором, а исходный "фосфор Бранда" — белым фосфором.
Белый фосфор — вещество молекулярного строения. Его молекулы неполярны, взаимодействие между ними слабое. Поэтому белый фосфор легко плавится (при температуре 44 °С), летуч. Над поверхностью твердого белого фосфора всегда присутствует какое-то количество паров. Именно благодаря его летучести мы можем ощущать запах белого фосфора, напоминающий запах чеснока.
А еще пары белого фосфора окисляются кислородом воздуха, издавая при этом зеленоватое свечение. Если вы видели, как светится в темноте фигурка привидения из набора Лего, то можете представить себе и свечение паров белого фосфора, цвет похожий. Но, разумеется, игрушку никто и никогда ради интересного визуального эффекта не покроет белым фосфором!
На то есть много причин: фосфор легко сотрется с поверхности фигурки, постепенно окислится полностью и свечение прекратится, а то еще и самовоспламениться может. И самое главное — белый фосфор чрезвычайно ядовит! Для смертельного исхода достаточно 0,10–0,15 г. Вот почему вы можете быть уверены, что никогда светящиеся составы, которые встречаются вам в быту, не содержали и не будут содержать белого фосфора.
Белый фосфор не только ядовит, но и пожароопасен. Он воспламеняется при температуре от 36 до 60 °С в зависимости от степени измельчения и внешних условий. Тонко измельченный белый фосфор самовоспламеняется при комнатной температуре. Поэтому хранится белый фосфор под слоем воды, в которой практически не растворяется, и в темноте, чтобы не превращался в красный фосфор.
Белый фосфор может загореться даже от трения о бумагу. Если надо осушить его кусочек, извлеченный из воды, фильтровальной бумагой нужно его промокать, но не протирать. Брусок белого фосфора режут ножом или скальпелем обязательно под слоем воды, иначе на воздухе он вспыхнет от трения лезвия.
Что на морде у собаки Баскервилей: вопрос химикам
А теперь, когда мы освежили в памяти информацию о фόсфоре и фосфόрах, пора разобраться, чем намазал морду своей собаке Стэплтон. Если исходить из свойств описанного Конан Дойлем состава, мы должны признать, что он не может быть белым фосфором. Белый фосфор светится зеленоватым, а не голубоватым пламенем. Белый фосфор имеет неприятный запах, а состав Стэплтона запаха не имеет.
Белый фосфор ядовит, вызывает тяжелые химические ожоги кожи и способен самовоспламеняться. Вряд ли собака могла длительное время без тяжелых последствий для здоровья и без риска для жизни переносить контакт с этим опасным веществом.
Условия хранения загадочного состава тоже не отвечают правилам, обязательным для белого фосфора. На острове посреди Гримпенской трясины, где Стэплтон прятал собаку, Холмс заявил Ватсону, обнаружив жестяную банку: "А вот эта паста в жестянке — тот самый светящийся состав, которым он смазывал своего пса". Но мы-то знаем, что белый фосфор положено хранить под водой, иначе он самовоспламенится.
Описание, данное Конан Дойлем, скорее отвечает светящейся краске, изготовленной с использованием люминофора. Светящиеся краски изготавливались уже с 70-х гг. XIX в. Английская фирма "Бальмен" начала выпускать краску на основе сульфида кальция, активированного добавками висмута.
Это фотолюминесцентная краска, требующая предварительно освещения видимым или ультрафиолетовым светом. Длительность послесвечения таких составов может иногда достигать и 12 часов, но яркость свечения быстро убывает. Стэплтон должен был бы непосредственно перед запуском собаки "на дело" некоторое время освещать ей морду ярким светом. Впрочем, отчего бы и нет?
Другая версия — радиолюминесцентная краска. "Собака Баскервилей" была написана в 1900 г. Впервые радиевая светящаяся краска была изготовлена в 1902 г. Возможно, к моменту написания "Собаки Баскервилей" физики уже обнаружили свечение некоторых веществ под действием радиоактивного излучения солей урана, и Артуру Конан Дойлю это открытие было известно. Как знать?
Чем Стэплтон мазал морду страшной собаки?
Но посмотрим на проблему с другой стороны, уже не химической, а филологической. В английском языке, в отличие от русского, слово рhosphorus, обозначающее название элемента № 15, пишется иначе, чем слово, обозначающее люминофор, — рhosphor. Какое же слово написал сам 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 способен бегло читать по-английски, в русском переводе, приведенном выше, эти слова выделены жирным шрифтом.)
Вот это поворот! Доктор Ватсон обнаружил на морде собаки белый фосфор (рhosphorus), а мы-то знаем, что быть его там не могло. Как видим, великий автор культовой книги несколько заблуждался относительно свойств широко известного современному школьнику вещества. Но мы прощаем ему неидеальное знание химии. Ведь любим мы его не за это!
