История обыкновенной свечи дает богатый материал для изучения природы. В этой истории проявляются все законы природы, управляющие нашим миром, и можно смело сказать, что нет такого химического явления, которого нельзя было бы обнаружить или коснуться при изучении горения свечи.
На первый взгляд горение свечи кажется нам простым явлением. Однако, если внимательно и систематически его изучать, оказывается, что это весьма сложный процесс и что вещество свечи при горении подвергается действию многих физических законов и последовательных химических превращений. Рассматривая эти превращения, мы попутно познакомимся со всеми основными химическими законами.
Прежде чем я приступлю к изложению, разрешите мне предупредить вас: несмотря на глубину избранного нами предмета и несмотря на наше честное намерение разобраться в нем серьезно и на подлинно научном уровне, я хочу подчеркнуть, что не собираюсь адресоваться к старшим из числа здесь присутствующих. Я беру на себя смелость говорить с молодежью так, как если бы я сам был юношей. Так я поступал и раньше, так, с вашего разрешения, буду поступать и теперь. И хотя я с полной ответственностью сознаю, что каждое произносимое мною слово адресуется в конечном счете всему миру, такая ответственность не отпугнет меня от того, чтобы и на этот раз говорить так же просто и доступно с теми, кого я считаю всего ближе к себе.
А теперь, мои молодые друзья, я прежде всего хочу рассказать вам о том, из чего делаются свечи. Некоторые из них представляют незаурядный интерес. Смотрите, вот кусочки древесины и ветки деревьев, славящихся своей способностью ярко гореть. А вот это — кусочек особого замечательного вещества, находимого в некоторых болотах Ирландии и образно называемого свечным деревом. Это дерево настолько твердое и прочное, что не всякий может его разломать, но вместе с тем оно так хорошо воспламеняется, что из него делают факелы и лучины. Оно горит как свеча, и дает превосходный свет. Это дерево очень наглядно показывает нам, в чем заключается природа свечи. Тут и горючее как таковое и перенос этого горючего к месту, где происходит химическая реакция, тут и равномерное, постепенное ее снабжение воздухом, тут и тепло и свет — все это создается кусочком дерева, которое, по существу говоря, представляет собой естественную свечу.
Но давайте будем говорить о настоящих свечах, употребляющихся в быту. Вот сальные свечки, называемые «макаными» свечами. Производятся они следующим образом. Хлопчатобумажные фитили, нарезанные одинаковыми кусками, подвешиваются на петельках и разом обмакиваются в растопленное сало (говяжье или баранье).
Потом они вынимаются, охлаждаются и снова окунаются, пока вокруг фитиля не нарастает достаточно толстый слой сала. Чтобы вы могли получить представление о том, как разнообразны бывают свечи, посмотрите вот на эти — очень маленькие и преинтересные. Именно такими свечками пользовались горняки в каменноугольных шахтах. В прежние времена каждый горняк, спускаясь в шахту, должен был приносить с собой свечи, купленные за собственный счет. К тому же считалось, что с маленькой свечкой меньше, чем с большой, рискуешь вызвать взрыв рудничного газа в угольных копях. Как по этой причине, так и ради экономии горняки предпочитали пользоваться такими малюсенькими свечками, что на фунт их шло двадцать, тридцать, сорок или даже шестьдесят штук. Свечи в шахтах были заменены сначала искровым освещением, а затем лампой Дэви и другими типами безопасных ламп.
А вот свеча, которую, говорят, полковник Пэслей поднял с «Ройал Джорджа». Она пролежала в море много лет, подвергаясь действию соленой воды. Вы видите, как хорошо могут сохраняться свечи: правда, она изрядно растрескалась и поломалась, но вот я ее зажег, и она равномерно горит, а сало, расплавляясь, возвращается к своему обычному состоянию. («Ройал Джордж» — английский военный корабль, который затонул в 1782 году. В 1839 году начались работы по подъему этого корабля. Значит, свеча, о которой идет речь, 57 лет пролежала под водой).
Мистер Филд из Ламбета снабдил меня прекрасной коллекцией свечей и материалов, из которых они изготовляются. Вот, прежде всего, бычий жир, называемый, насколько я понимаю, русским салом, из которого изготовляются маканые свечи. Сало это по способу, изобретенному Гей-Люссаком (или кем-то другим, кто передал ему этот производственный секрет), можно превратить в то прекрасное вещество, которое лежит рядом с ним — стеарин. Благодаря изобретению стеарина нынешняя свеча — это уже больше не жирный, противный предмет, каким была прежняя сальная свеча, — нет, это предмет до того чистый, что стекающие с него капли не пачкают вещей и их можно соскрести в виде порошка. (Луи-Жозеф Гей-Люссак – знаменитый французский химик, профессор в Париже, сделавший много научных открытий в области химии и целый ряд изобретений и усовершенствований в химическом производстве).
Способ, который применил Гей-Люссак, состоит в следующем. Сначала сало кипятят с негашеной известью, причем получается нечто вроде мыла. Затем в него добавляют серную кислоту, которая связывает известь; остальная масса представляет собой стеарин, смешанный с некоторым количеством глицерина. Глицерин, выделяющийся при этом процессе, очень похож по своему составу на сахар. Эта смесь прессуется, — здесь вы видите несколько более или менее отжатых брусков, по которым можно судить, как по мере увеличения давления удается удалить все большее количество примесей. Совершенно отжатую массу расплавляют, и из нее отливаются те свечи, которые я вам показываю. Вот эта свеча стеариновая; она приготовлена описанным способом. А вот свеча спермацетовая, приготовленная из определенного сорта китового жира. Вот пчелиный воск, желтый и очищенный, также идущий на изготовление свечей.
Вот еще интересное вещество — парафин. А вот парафиновые свечи, сделанные из добытого в ирландских болотах парафина. Есть у меня и еще некое вещество вроде воска, любезно присланное мне одним моим другом; оно привезено из Японии. Это тоже материал для изготовления свечей.
А как же делаются такие свечи? Я уже рассказал вам о свечах маканых, а теперь расскажу и о формованных. Представим себе, что какой-нибудь из этих сортов свечей делается из такого материала, который можно отливать в форму. «Отливать?» — скажете вы. «Ну, конечно, — ведь свечи растапливаются, а если их можно растопить, то их, наверно, можно отливать и в формы». Оказывается, нельзя.
Удивительное дело: то здесь, то там, как при усовершенствовании производства, так и при разработке наилучших средств для достижения той или иной цели, приходится сталкиваться с такими фактами, которые, пожалуй, нельзя предугадать заранее. Так вот, свечи не всегда можно отливать в формы; восковые свечи, в частности, вовсе нельзя отливать: их делают особым способом, о котором я вам вкратце расскажу через пару минут. Воск — вещество, не поддающееся отливке, хотя оно прекрасно горит и легко плавится в свече.
Однако возьмем сначала материал, пригодный для отливки свечей. Возьмем стеарин – вещество, более пригодное для этой цели. Взгляните на эту раму с отверстиями, в которую помещено несколько форм.
Прежде всего вставим в каждую форму фитиль. Возьмем плетеный фитиль, не дающий нагара; на всем своем протяжении фитиль натянут, так как наверху он держится на проволочной перекладине, а внизу прикреплен к затычке, которая при заполнении формы не дает вытекать растопленному стеарину.
После того как стеарин остынет, его излишек снимают, отрезают концы фитилей, и в формах остаются готовые свечи. Их опрокидывают и без труда вытряхивают: ведь, во-первых, у них форма слегка конусообразная, т. е. внизу они толще, чем наверху, и, во-вторых, при остывании объем их уменьшается. Так делают свечи стеариновые и парафиновые.
Восковые свечи делаются совершенно иначе. Вот смотрите.
На раму навешиваются фитили с металлическими наконечниками, чтобы воск не целиком покрывал фитиль. Рама подвешивается так, чтобы она могла вращаться над котлом с растопленным воском. Рабочий зачерпывает ложкой воск из котла и, поворачивая раму, поливает фитили, один за другим; за это время воск на них успевает застыть, и рабочий их поливает вторично, и так далее, до требуемой толщины. Тогда их снимают.
Благодаря любезности мистера Филда у меня есть несколько образчиков восковых свечей на разных стадиях изготовления, в том числе одна еще только половинной толщины. Сняв свечи с рамы, их катают по гладкой каменной плите, верхушке придают надлежащую коническую форму, а нижний конец аккуратно обрезают. Делается все это столь тщательно, что таким образом можно изготовлять свечи четвериковые, шестериковые и т. д., т. е. такие, которых на фунт идет ровно по 4, по 6 или сколько потребуется. Эти свечи называются обливными свечами.
Однако не будем больше тратить времени на технологию производства свечей, а перейдем к подробному изучению свечи как таковой. Предварительно я вам скажу несколько слов о роскошно оформленных свечах — ведь оказывается, и свеча может быть превращена в роскошную безделушку. Посмотрите, в какие чудесные цвета они окрашены. Как видите, и для свечей используются недавно введенные в употребление химические краски — вот здесь ярко-розовая свеча, вот розовато-лиловая и т. д. Кроме того, для украшения свечам придают и различные формы: вот подобие прекрасной витой колонны, а вот и свечи с узорами.
Если горит, скажем, эта свеча, то наверху получается, как бы сияние Солнца, а внизу — букет цветов. Однако не все изящное и нарядное полезно. Если разобраться по существу, то эти витые свечи, при всей своей красоте, никуда не годятся как свечи: их портит как раз внешняя форма. Эти образчики, присланные мне добрыми друзьями из самых разных мест, я вам показываю для того, чтобы вы знали, что уже сделано и что еще дóлжно сделать в том или ином направлении развития производства, причем иногда (как я уже вам сказал) жертвуют пользой.
Приступим, однако, к самому главному – к изучению пламени свечи. Зажжем одну-две свечи и заставим их, таким образом, выполнить свое назначение. Вы знаете, какая разница между масляной лампой и свечой? В лампе вы наполняете резервуар жидким маслом, опускаете в него фитиль из мха или из обработанного хлопка, а затем зажигаете верхушку фитиля. Пламя спускается вниз по фитилю, встречает масло и притухает, продолжая гореть только в верхней части. Вы, несомненно, спросите — каким образом масло, которое само по себе не горит, добирается до верха фитиля, где оно может гореть? Мы сейчас рассмотрим это явление, но прежде я спрошу вас: не кажется ли вам еще более удивительным горение свечи? Ведь перед вами твердое вещество, настолько твердое, что для него не нужна посуда. А как же получается, что это твердое вещество может подняться до того места, где находится пламя? Как попадает туда это твердое вещество, не будучи жидкостью? А с другой стороны, как же оно не растекается, когда превращается в жидкость, ведь у нее нет никакого резервуара? Удивительная вещь эта свеча!
В нашей комнате чувствуется довольно сильное движение воздуха (сквозняк); при некоторых опытах он нам будет помогать, а при других — мешать. Поэтому сейчас, для большей равномерности и для упрощения дела, я устрою так, чтобы пламя было спокойным. Ведь как можно что-нибудь изучать, когда мешают трудности, не относящиеся к делу? Мы воспользуемся одним хитроумным приспособлением, которым я часто любовался на тележках рыночных и уличных торговцев овощами или рыбой, когда по субботам торговля затягивается затемно. Вот оно — на свечку надето нечто вроде кольца, поддерживающего ламповое стекло, под него проходит воздух; по мере сгорания свечи все это устройство можно передвигать. Таким образом, благодаря ламповому стеклу получается спокойное, устойчивое пламя, которое можно внимательно разглядывать, что, я надеюсь, вы сделаете у себя дома. Итак, приступим к изучению пламени.
Прежде всего обратим внимание на то, что верхний конец свечи, непосредственно касающийся пламени, имеет форму красивой выемки, вроде чашки.
Воздух, притекающий к свечке, нагревается от теплоты пламени и стремиться вверх. Получается постоянный поток воздуха вдоль свечи. Поэтому ее внешний слой сильно охлаждается, а середина чашки тает быстрее, чем ее края. Середина плавится от пламени, доходящего по фитилю до того места, ниже которого оно гаснет в расплавленном воске; наружная же часть не плавится. Это происходит еще и потому, что на середину чашки сильнее действует теплота пламени, стремящегося по фитилю опуститься вниз.
Пока воздух равномерно подтекает к свече со всех сторон, до тех пор края чаши остаются совершенно ровными и расплавленная масса, находящаяся в ней, имеет горизонтальную поверхность. Но, если я устрою над пламенем ветерок слева и ли справа, в чашке сразу же образуется пролом, и растаявшая масса свечи потечет вниз, как по желобу. Итак, мы видим, что правильная форма чаши сохраняется потому, что воздух равномерно охлаждает ее внешние края. Горючее вещество, не обладающее свойством образовывать такие чашки, не годиться для выделки свечей. Исключение представляет дерево-свечка: оно похоже на губку, пропитанную собственным горючим материалом.
Теперь вы, очевидно, догадываетесь, почему так плохо горят красивые витые свечки: они не имеют формы правильного цилиндра, их поверхность покрыта желобками, а эти желобки нарушают правильный приток воздуха. Получается чашка с неровными краями, и свечи обтекают и горят неровным светом. При горении не получается того ровного края чашечки, благодаря которому свеча горит спокойным пламенем. Вы теперь, надеюсь, убедились, что в красоте любого процесса самое главное — его совершенство, иначе говоря, его целесообразность. Наиболее подходящий для нас предмет — это не тот, который лучше всех по виду, а который лучше всех на деле.
Давайте рассмотрим натек, образовавшийся на красивой, но неправильно горящей свече. По ее краям воск всегда будет оплывать из-за неравномерности тока воздуха и плохой формы чашечки, которая при этом образуется. Свеча продолжает гореть, а натек остается и образует столбик, параллельный фитилю. По мере того как свечка постепенно сгорает, это утолщение, оставаясь на месте, образует столбик, торчащий у края чашечки; постепенно этот столбик оказывается все выше над остальным воском. Так как он поднимается над краями чашечки, воздух лучше обдувает его, поэтому он сильнее охлаждается и меньше поддается действию тепла, распространяемого пламенем.
Таким образом, ошибки, допускаемые при изготовлении свечей, как и в других отраслях человеческой деятельности, расширяют наши знания. Мы никогда не получили бы этих знаний, если бы не сделали ни одного промаха. Ошибки помогают нам изучать природу вещей. Вы пришли на эти лекции, чтобы научиться научному мышлению; и я надеюсь, что вы, встретив какое-нибудь непонятное с первого взгляда явление, спросите себя: «В чем причина этого явления? Отчего это так происходит?» И вы всегда найдете ответ, если настойчиво будете искать его.