Неожиданное открытие

В половине XVII в. в немецком городе Гамбурге жил купец Бранд. В молодости он был военным, потом вышел в отставку и женился на богатой вдове. Но так как Бранд любил «хорошо пожить», то скоро состояние жены было растрачено и явилась срочная необходимость «поправлять дела». С этой целью Бранд решил заняться алхимией.

В те времена люди думали, что самые различные вещества можно бесконечно превращать друг в друга, например одни металлы — дешевые в другие — дорогие. И они имели тогда не мало оснований так думать. Из своей производственной практики они знали например, что из многих камней, на вид ни к чему непригодных, можно приготовить блестящие металлы. Они знали, что из знакомой многим руды — свинцового блеска — можно приготовить серебро, хотя правда и немного. Нам теперь известно, что серебро из свинцового блеска можно получить только тогда, когда его соединения уже содержатся в руде, но в те времена думали, что оно непосредственно получается из тех же веществ руды, что и свинец. Подобные знания привели тогдашних ученых к заключению, что драгоценные металлы, как и все в природе, получаются из очень немногих простых и обыкновенных веществ, например из земли, серы, воды, воздуха, огня и т. п. (огонь тогда тоже считали за особое вещество). Надо лишь выведать у природы ее тайну, надо узнать, как из этих веществ или других, образовавшихся из них (например из дешевых металлов), получаются золото и серебро, и тогда можно разбогатеть.

Потом решили, что для превращения в золото дешевых металлов необходимо особое чудодейственное вещество, которое назвали «философским камнем». Этому воображаемому «камню» приписывали также способность излечивать болезни, возвращать молодость старикам и т. п. Появилось немало людей, всю жизнь занимавшихся отыскиванием этого чудесного средства, и вот таких-то людей называли алхимиками.

Немудрено, что и Бранду алхимия казалась лучшим средством для поправления своих расстроенных дел.

В один прекрасный день 1669 г. Бранд усердно работал в своей лаборатории (рис. 9). В качестве исходного материала для получения никак не дававшегося ему в руки «философского камня» он взял… мочу. Ведь моча — выделение человеческого организма, а организм человека — совершеннейший механизм, в котором действует таинственная «жизненная сила», — так рассуждал Бранд. Здесь-то обязательно и нужно искать чудодейственный «камень».

Бранд выпаривал мочу, перегонял ее, подвергал остаток возгонке… Вот он выпарил мочу досуха в закрытой реторте и начал прокаливать сухой остаток с песком. И… о, чудо! В реторте появляется удивительное вещество: оно светится бледным зеленовато-белым цветом, пары его также светятся в темноте. Бранд проводит по таинственному веществу рукой, и пальцы его начинают светиться. Он бросает кусочек в кипящую воду, и темная лаборатория вдруг наполняется феерическими светящимися облаками, образующимися из водяных паров.

Бранд ликует… Сомнения нет — он открыл «философский камень»!

Но дальнейшие исследования разочаровывают Бранда: ему никакими способами не удается получить с помощью вновь открытого вещества хотя бы одну крупицу золота. Впрочем Бранд не падает духом и скоро находит таки средство добывать золото своим открытием: он начинает показывать таинственное вещество за деньги во дворцах, у знатных людей и т. п., держа способ добывания его в строгом секрете. Странный запах, напоминавший чесночный, чрезвычайно легкая воспламеняемость, а главное, таинственная способность этого желтоватого воскоподобного тела светиться в темноте — все это привлекало к нему всеобщее внимание. «Фосфором» назвал его Бранд, что по-русски значит «светоносен». И фосфор ценился дороже золота.

Рис. 9. Лаборатория алхимика

Через некоторое время Бранд начал за деньги обучать желающих искусству приготовления фосфора. Предприимчивые люди хотят поставить его производство на широкую ногу, собирая «сырье» для него по казармам… Но фосфор еще сто лет остается редким и дорогим продуктом, потому что содержание его в исходном материале ничтожно, а добывание хлопотливо. И только когда в 1771 г. шведский химик Шееле нашел способ получения фосфора из костей, стало возможным приготовление его в гораздо более значительных количествах.

Первая спичка

Однако прошло еще несколько десятков лет, пока догадались использовать легкую воспламеняемость фосфора для добывания огня. Первым опытом в этом направлении были так называемые «туринские свечи», появившиеся в начале прошлого века в Италии. Эти «свечи» представляли собой стеклянные трубочки, один конец которых был выдут в шарик, содержавший немного фосфора. Другой конец трубочки плотно закрывался фитилем, кончик которого был пропитан серой и камфорой. При раздавливании шарика фосфор благодаря доступу воздуха и трению воспламенялся и зажигал фитиль.

«Туринские свечи» не могли получить широкого распространения из-за своей дороговизны и тоже были неособенно удобны в обращении. Их пробовали видоизменить. Дно стеклянного пузырька покрывали сплавом фосфора серы. Если кончик лучинки, покрытый серой, потереть слегка об этот сплав, а потом «чиркнуть» ею по шероховатой поверхности, лучинка загорится благодаря легкой воспламеняемости частичек приставшего к головке сплава. Это было уже больше похоже на спичку, но способ удобного добывания огня был найден все-таки только тогда, когда удалось приготовить первую настоящую фосфорную спичку.

Фабричное производство этих спичек началось ровно сто лет назад, в 1833 г., а честь их изобретения одни приписывают немецкому химику Камереру, другие — молодому венгерскому технику Степану Ириньи и английскому химику Джону Уокеру. Очевидно, что здесь повторилось очень частое в истории техники и науки явление: когда открытие назрело, когда производственный опыт и труды предыдущих поколений техников и ученых его подготовили, когда производственные потребности настоятельно требуют этого открытия, тогда его часто делают несколько человек в разных местах, почти одновременно и независимо друг от друга.

Что же представляла собой первая настоящая фосфорная спичка?

По виду она вполне походила на современную. Головка ее состояла из желтого фосфора, бертолетовой соли и клея, служившего в качестве связывающего вещества. Благодаря легкой воспламеняемости фосфора она зажигалась при трении о любую поверхность, в крайнем случае например о подошву сапога, о суконный рукав и т. п. Для того чтобы легче воспламенялось дерево, кончик спичечной палочки (или «соломки», как ее теперь называют) покрывался серой.

Такая спичка могла уже рассчитывать на широкое распространение. Обходилась она недорого, ее можно было всегда носить с собой и в случае надобности в любой момент и почти в любой обстановке зажечь и т. д. Но и она имела все же довольно существенные недостатки, главным из которых был тот, что головка ее при зажигании плавилась и как бы взрывалась, разбрасывая кругом искры. Обусловливалось это свойством бертолетовой соли сначала плавиться при нагревании и потом только отдавать свой кислород. Этот недостаток оказался в общежитии настолько опасным, что во многих странах даже запретили одно время изготовление этих новых спичек. Необходимо было заменить в зажигательной массе бертолетову соль другими легко отдающими кислород веществами.

Года через два (в 1835 г.) вместо бертолетовой соли начали применять смесь окиси свинца PbO и перекиси (правильнее двуокиси) марганца МnO2, но такие спички загорались с трудом и при воспламенении тоже разбрасывали искры. Замена окиси свинца двуокисью свинца РbO2 устранила эти недостатки, но спички обходились дорого. С целью удешевления двуокись свинца заменили другими свинцовыми соединениями: азотнокислым свинцом Pb(N03)2, суриком Pb3О4, а также ввели в состав зажигательной массы калиевую селитру KN03.

Неприятным свойством фосфорных спичек был также тот удушливый запах, который они распространяли при зажигании. Дело в том, что сера, загоравшаяся от зажигательной массы и служившая для воспламенения дерева, при сгорании образует сернистый газ SO, обладающий резким удушливым запахом. Кроме того — самое разгорание спички, покрытой серой, происходило довольно долго. Между прочим у нас во время гражданской войны появились кое-где подобные спички, и их свойства когда очень метко характеризовали словами: «Пять минут вонь, потом огонь».

Для устранения этого недостатка спичку вместо серы начали пропитывать воском, стеарином или парафином. Все это значительно улучшило качество спичек и удешевило их производство, которое поэтому начало принимать широкие размеры.

Для приготовления «соломки» в то время чаще всего применяли ель или сосну, причем строгали ее сначала ручным способом и лишь значительно позже начали пользоваться для этого машинами. Палочки хорошо просушивались и укладывались затем в ряд на дощечку (А — рис. 10). Потом дощечки с соломкой клали друг на друга (В), плотно стягивали винтами (С) и кончики их сначала погружали в расплавленную серу (позже воск, стеарин или парафин), а затем в зажигательную массу (рис. 11). В заключение следовали сушка и укладка в коробки.

Рис. 10. Укладка спичек для обмакивания

Таким образом фосфорная спичка, казалось, прекрасно разрешала наконец задачу. Она была дешева, удобна в обращении, допускала массовое производство и получала все более и более широкое распространение. Но… в действительности дело обстояло не так: о самом главном недостатке фосфорных спичек мы еще ничего не сказали. А этот недостаток стал особенно остро ощущаться именно тогда, когда развилась массовая фабрикация спичек и когда они стали проникать в каждый дом и в каждую кухню.

Рис. 11. Обмакивание спичек в зажигательную массу

Опасная работа

Тогда только хорошо узнали, насколько ядовитым и опасным веществом является белый фосфор.

Поступает рабочий на спичечную фабрику. Работа не очень трудная, и первое время все идет как будто бы хорошо. Но вот рабочий начинает покашливать, у него воспаляются дыхательные пути, появляется бронхит. «Вероятно, думает он, простудился». Но дальше однако дело идет хуже, — начинают болеть кости, воспаляются десны, развивается костоеда нижней челюсти, появляются язвы, гнойники, свищи с зловонным гноем, обильное слюнотечение, развивается омертвение костей. В запущенных случаях дело обычно кончалось смертью. Но даже и при своевременном лечении выздоровление совершалось очень медленно. В последней же стадии болезни только операция, обезображивающая лицо, могла спасти больного от смерти.

Так ужасно действовало накопление фосфора в организме благодаря постоянному вдыханию его паров при работе на спичечной фабрике. При этом заболевания возникали иногда только через 5–8 лет после начала работы, а иногда даже через несколько лет после прекращения ее. И эти заболевания были чрезвычайно широко распространены: например на прежних спичечных фабриках Московской губернии, вырабатывавших фосфорные спички, костоедой нижней челюсти заболевало около пятой части всех рабочих.

Как видите, работа на спичечных фабриках была чрезвычайно опасной. Но конечно капиталисты, получавшие от своих фабрик хорошие доходы, не обратили бы на это особого внимания: пусть заболевают и мрут рабочие — на их место всегда найдутся здоровые из резервной армии безработных… Однако фосфорные спички становились опасными также и для потребителя, в том числе следовательно и для самого капиталиста.

Спички постоянно лежат на кухне, где готовятся обед, ужин, чай, где усталая хозяйка или кухарка при спешке работает не всегда аккуратно и чисто: попали спички в пищу — и налицо тяжелое отравление фосфором. Нередко бывали отравления детей, бравших спички в рот, использование настоя из спичечных головок с целью самоубийства, нередки были и пожары от самовоспламенившейся коробки спичек и т. д.

Отравления фосфором в прежние времена составляли очень частое явление: например во Франции в 1851–1871 гг. среди зарегистрированных 793 отравлений 267, т. е. больше трети, падало на фосфор — тот яд, который проникал всюду вместе со спичкой. А для смертельного отравления достаточно всего одной десятой грамма фосфора!

Все это заставило наконец даже капиталистическое правительство обратить внимание на опасности, связанные с производством и потреблением фосфорных спичек. В разных странах законом проводилось обязательное соблюдение известных мер предосторожности при работе на спичечных фабриках, производство фосфорных спичек ограничивалось, а кое-где вовсе начало воспрещаться.

Таким образом и фосфорная спичка не разрешала задачи, — надо было искать возможности делать спичку без фосфора, по крайней мере без ядовитого белого фосфора.

Тоже фосфор, но не тот

Мы недаром сделали только что оговорку. Можно и не отказываться от применения фосфора в спичечном производстве и в то же время обойтись без ядовитого белого фосфора. Так думали исследователи, занимавшиеся усовершенствованием спички в середине прошлого века. Основывались они на открытии, сделанном в 1845 г. немецким химиком Шреттером.

Шреттер нагревал белый фосфор в закрытом сосуде, значит без доступа воздуха, при температуре в 280°. И вот он заметил, что фосфор начал менять свой цвет — из белого становиться красным и постепенно превратился наконец весь в красную массу. Исследования показали, что по своему составу эта масса представляла не какое-либо химическое соединение фосфора с другим веществом, а опять-таки свободный фосфор. Но этот новый вид фосфора резко отличался по свойствам от белого фосфора. В то время как последний воспламенялся при легком трении или нагревании всего до 60°, красный фосфор оказался в этом отношении гораздо более стойким и его свободно можно было хранить на воздухе (белый фосфор сохраняют под водой). Он не светился в темноте, не растворялся в тех растворителях, в которых легко растворяется белый фосфор, и т. д. Самое же главное — красный фосфор, в противоположность белому, оказался неядовитым.

Если вы изучали химию, то поймете, в чем тут дело-. Ведь некоторые химические элементы могут существовать в виде нескольких, различных по свойствам простых тел, которые в этих случаях называются аллотропическими видоизменениями данного элемента. Вы например хорошо знаете уголь, видели наверное графит и по крайней мере хоть слышали о существовании красивого драгоценного камня алмаза. Все это разные по своим свойствам простые тела, но в то же время химическое исследование показывает, что и уголь, и графит, и алмаз являются аллотропическими видоизменениями одного и того же химического элемента — углерода. К числу таких элементов, существующих в нескольких аллотропических видоизменениях, относится и фосфор.

На ценные свойства красного фосфора обратили внимание исследователи, занимавшиеся производством спичек. «Надо заменить в зажигательной массе белый фосфор красным, и тогда все недостатки фосфорных спичек будут устранены», — такая простая мысль естественно пришла в голову прежде всего. Так и сделали, но опыт оказался неудачным: новые спички воспламенялись с большим трудом и поэтому не получили распространения.

Рис. 12. Рост вывоза безопасных спичек из Швеции (в тоннах)

Иным путем пошел немецкий ученый Беттгер, — он вовсе изъял фосфор из состава зажигательной массы, а взял для нее снова бертолетову соль, смешав ее с сернистой сурьмой. Спички с головками из этой массы уже не зажигались при трении о любую поверхность, как прежние, — для них нужна была поверхность, покрытая специальным составом. И вот в качестве последнего Беттгер взял красный фосфор, смешанный со стеклянным порошком, перекисью марганца и другими веществами. Так были изобретены первые безопасные спички.

Безопасные спички нередко называют еще «шведскими». Почему — спросите вы, — ведь изобрел-то их немец?

Да потому, что немецкие фабриканты не очень спешили перестраивать производство своих фабрик: они и так приносили хороший доход, зачем же было отягощать себя лишними расходами!

Впервые же массовая фабрикация безопасных спичек была налажена в Швеции (рис. 12), где над усовершенствованием их производства много поработал швед Лундстрем.

Усложнялся и совершенствовался состав зажигательной массы, а также состав, которым покрывается боковая поверхность коробки. Например в 1871  г. в зажигательную массу входили уже бертолетова соль, хромовокислый калий К2СrO4, окись железа Fe2O3, перекись марганца МnO2, сера, стеклянный порошок, клей, а в состав для намазки — красный фосфор, сернистая сурьма, перекись марганца, окись железа и клей.

Наряду с этим продолжали механизироваться и самые процессы производства — приготовление соломки, коробок, зажигательной массы и пр. Здесь между прочим, как и во всех других отраслях промышленности, ярко выявились и причины введения машин в условиях капиталистического производства.

«Машины были, можно сказать, оружием капиталистов против возмущений работников, обладающих известной степенью подготовки», — говорит Маркс. Сравните с этими словами следующий отрывок из статьи одного буржуазного автора по истории спичечной промышленности:

«Всеобщее внимание обратили на себя в 1896 г. машины, изобретенные в Америке и купленные французским обществом вследствие стачки рабочих. Когда рабочие успокоились и захотели начать работать, оказалось, что их работу исполняли машины и поэтому они были больше не нужны».

Однако безопасные спички, несмотря на все их преимущества, не сразу вытеснили фосфорные. Самой главной особенностью безопасных (шведских) спичек, к которой долго не мог привыкнуть потребитель, являлась та, что их нельзя зажигать о всякую поверхность. И только правительственные ограничения в разных странах смогли постепенно добиться уменьшения, а затем и полного прекращения выделки опасных фосфорных спичек. Впервые такие спички были запрещены в Дании законом 1874 г., первый параграф которого гласил:

«Начиная с 1 января 1875 г. запрещается в нашей стране изготовлять зажигательные спички с помощью белого фосфора или вообще какие бы то ни были спички, кроме тех, которые загораются при трении о специально для них приготовленные поверхности. Ввоз и продажа запрещенных спичек также воспрещаются».

В том же году подобный закон был издан в Финляндии, в 1898 г. в Голландии, в 1899 г. в Швейцарии, в 1903 г. в Германии и т. д. В России в 1892 г. фосфорные спички были обложены двойным налогом по сравнению с безопасными, что также повело к уменьшению их выделки. В настоящее же время действует международное соглашение о запрещении применения белого фосфора для производства спичек. К этому соглашению примкнули все страны. Таким образом фосфорные спички отошли уже теперь в область истории, и на мировом рынке безраздельно господствует безопасная спичка.

Мы проследили в самых существенных чертах длинный и долгий путь, приведший наконец к тому удобному и безопасному способу добывания огня, который предоставляет теперь в наше распоряжение коробочка спичек. Посмотрим же поближе, что представляет собой современная спичка.