Химия и Химики № 5 2016. Аргон гасит пламя. Argon extinguishes fire

Аргон гасит огонь (зажигалка)
Argon extinguishes fire (lighter)

Газов, которые поддерживают горение веществ-восстановителей, сравнительно мало: кислород, воздух, оксиды азота, хлор, фтор... Многие другие газообразные вещества не поддерживают горение или поддерживают горение лишь некоторых - самых активных - восстановителей.

Классикой считаются демонстрационные эксперименты, в которых углекислый газ гасит пламя: пламя свечи, спички, зажигалки, газовой горелки и т.д. [1]. Углекислый газ тяжелее воздуха, поэтому он заполняет сосуды, помещенные дном вниз, вытесняя воздух. Углекислый газ также можно переливать из сосуда в сосуд, подобно воде. Описанные свойства диоксида углерода часто используют в демонстрационных опытах по гашению пламени. Например, горящую свечу помещают в стакан и "наливают" в него углекислый газ из бОльшей емкости - в результате пламя гаснет. Водяной пар и азот также не поддерживают горения свечи, но эти газы легче воздуха - они поднимаются вверх. Свечу можно погасить, поместив ее в атмосферу водяного пара, азота или в атмосферу таких горючих газов как водород и метан, только сосуд, в котором проводится такой опыт, должен располагаться вверх дном.

На практике для тушения пожаров используются углекислотные огнетушители и пена с углекислым газом. Недостаток углекислого газа в том, что некоторые активные вещества горят и в углекислом газе: магний, щелочные и щелочноземельные металлы. Этого недостатка лишен аргон: он также тяжелее воздуха, но не поддерживает горение даже самых активных веществ. Преимущество углекислого газа в том, что его можно получить в любой лаборатории юного химика - реакцией кислоты и карбонатов, зато аргон на практике можно "получить" только из баллона.

Другими словами, использовать аргон вместо углекислого газа для тушения горящих веществ имеет смысл только в случае магния, кальция и щелочных металлов, чтобы продемонстрировать разницу (углекислый газ поддерживает горение, аргон - нет). Погасить лучину или газовую горелку можно и с помощью углекислого газа - тут аргон не имеет никаких преимуществ.

Однако в жизни бывают разные ситуации, например, когда вещей, необходимых для получения углекислого газа нет, а баллон с аргоном стоит под рукой. Разумеется, можно сходить в магазин за уксусом, содой или мелом, купить подходящие сосуды и трубки и смастерить прибор для получения СО₂, а можно просто открыть вентиль редуктора аргонового баллона...

Время от времени мы попадаем в ситуацию, когда вещи, недоступные в повседневной жизни, оказываются под рукой. Более того, эти экзотические вещи там никому не нужны. Зато привычные для нас вещи становятся недоступными или дефицитными. Приходится приспосабливаться и забивать гвозди скрипкой. Когда нет молотка, а скрипки никто не использует по назначению - это не такое уж и кощунство...

Попал и я в такую ситуацию. В помещении был баллон с аргоном, был большой пластиковый лоток, зато не было множества вещей, которые есть в каждой - даже плохо оснащенной химической лаборатории. Задача: запаять металлический натрий в ампулы - так, чтобы он не терял своего блеска. - Десятки ампул. Задача непростая, даже если все необходимое есть под рукой и вам дали достаточно времени. В моем случае это было не так. Не было почти ничего, но главным дефицитом оказалось время: работодатели сначала продали ампулы с натрием (взяли деньги у покупателей), а потом уже стали искать, кто сможет эти ампулы запаять. Работа "с сегодня на вчера"... Вместо лаборатории - помещение с двумя столами и нерабочей вытяжкой. С натрием еще ничего не вышло, а на завтра уже нужно запаивать проданный ими калий и натрий-калиевый сплав, через недельку - получать рубидий и цезий из хлоридов.

Так и до стограммовой ампулы с францием недалеко... Думаю, что поставить такую задачу у них ума хватило бы. Без всякой иронии, т.к. бизнесмены смотрят каталоги цен, а не таблицы времени полураспада радиоактивных изотопов.

Извините, отвлекся. Первоначально планировалось проводить операции по заполнению ампул натрием в большом лотке с аргоном. Материал стенок - прозрачный пластик. Как определить, заполнился ли лоток аргоном? С помощью пламени. А раз так, то почему бы не заснять сам процесс: как аргон гасит пламя зажигалки или газовой горелки. Так и поступил.

Выяснились интересные подробности. Опустим горящую зажигалку в лоток с аргоном так, чтобы она погрузилась значительно ниже уровня аргона. В результате пламя гаснет. Чтобы пламя снова загорелось, зажигалку нужно сначала вынуть из аргона, а уже потом зажечь.

Но если опустить горящую зажигалку чуть ниже уровня аргона, то нижняя часть пламени гаснет, а верхняя - продолжает гореть, причем устойчиво гореть!

Это выглядит, как "левитация пламени". В воздухе висит "кончик" пламени зажигалки на расстоянии в несколько сантиметров от самой зажигалки. А между пламенем и зажигалкой "ничего нет"!

Дело в том, что хоть зажигалка и находится в атмосфере аргона, но поток горючего газа прорывается сквозь слой инертного газа вверх и сгорает на воздухе.

Не пробовал, но думаю, что такой фокус получится и с углекислым газом вместо аргона. У данных газов близкая плотность.

Другой факт, не только любопытный, но и важный. Если лоток, заполненный аргоном, не накрывать, аргон улетучивается из него быстро - буквально за несколько минут. Даже если в помещении нет сквозняков. Дело в том, что хоть аргон и тяжелее воздуха, но аргон прекрасно смешивается с воздухом (газы вообще неограниченно смешиваются между собой - за исключением газов под высоким давлением). Чтобы инертная атмосфера сохранялась в лотке, его нужно либо накрыть, либо постоянно подавать поток аргона из баллона.

Была идея заклеить лоток полиэтиленовой пленкой, встроив в нее две длинные перчатки (при помощи скотча) - получился бы самодельный бокс для работы в инертной атмосфере. Для ввода-вывода объектов - трубка ("кишка") из полиэтиленовой пленки. Но это на будущее - если понадобятся работы в инертной атмосфере.

__________________________________________________
¹ Эксперименты по тушению пламени с помощью углекислого газа есть в подборке статей: Углерод, Кремний, Германий, Олово, Свинец [ссылка], аналогичные опыты с аргоном также описаны в журнале - см. подборку: Эксперименты с аргоном [ссылка]

Watch the video / Смотреть Видео (48 Мб, .avi ) Watch the video / Смотреть Видео 2 (28 Мб, .avi )