Jak se dělá světlo (1) - pazourkový zapalovač

Jak si svítili naši předkové, čím svítíme my a čím budou potomci? Malý výlet do chemie a fyziky světla. Díl 1. - pazourkový zapalovač (délka blogu 10 min.) 

Pokud má něco na naší planetě opravdovou budoucnost, pak jsou to výrobky, kterými se dá svítit. Díky geometrickým parametrům (rotace zemské osy) je polovina naší planety neustále zahalena do tmy. Část lidí, kteří mají právě noc, ale nechce spát. Chce se bavit nebo pracovat. A tak je dostatek světla také součást opravdové svobody, která nebyla v minulosti samozřejmostí. 

Výlet do historie - a pohled na naše dnešní možnosti - je také výletem do světa chemie a fyziky. 

Co je to světlo?

Světlo je výsledek přeměny jednoho druhu energie na jiný. Je to vlastně odpad. Zároveň je světlo samo určitý druh energie. Důkaz tohoto tvrzení je jednoduchý. Postačí k němu lahev nebo váza ze skla. Ta by měla mít vhodnou geometrickou konfiguraci. K demonstraci energetičnosti světla pak postačí už jen voda v lahvi (nebo váze), stůl a ubrus. 

Nádoba (tvaru který je schopný koncentrovat sluneční paprsky do jednoho bodu) je schopna pomocí energie paprsků ubrus zapálit. Tento jev (spojná čočka) je lidstvu znám už několik století. Kdysi ho využívali řemeslníci k osvětlení při práci (tzv. “ševcovské koule”, viz obrázek dole). Kdo nemá ubrus, může pomocí vázy s vodou zapálit papír. Nebo les - proto je tak nebezpečné odhazovat v době sucha v lese lahve ze skla. 

Světelná skvrna, kterou takto vytvoříte pomocí skleněné nádoby a Slunce, je mimochodem vždy kruhovitá. Není to náhoda. Tvar skvrny totiž odráží tvar zdroje. Slunce se nám na obloze její jako kruh. 

Při příštím slunečním zatmění můžete tento fakt ověřit. Světelná skvrna bude mít přesně takový tvar, jaký má aktuálně sluneční zdroj - změní se tedy při zatmění z kruhové na srpkovitou. 

Oheň - první lidmi vytvořený zdroj světla

Dnes se nám to zdá primitivní - a loučí by si už nikdo svítit nechtěl - přesto byly první zdroje světla v podobě ohňů, zapálených větví a později olejových lamp opravdovým krokem ze tmy do světla. Od té doby své zdroje už jen neustále zlepšujeme. 

Naši předkové sice nemohli otočit vypínačem, ale tisíciletí před tím, než začala být využívána elektřina, už měli možnost vytvořit světlo na povel. Používali “kouzelný” kámen, kterému dnes říkáme pazourek. 

Jedná se o tmavohnědý, někdy téměř černý minerál,  který se skládá z krystalů křemene. Jako zdroj jisker na zažehnutí ohně funguje tehdy, když se o něj křísne s jiným kamenem, obsahujícím sloučeninu nazývanou sulfid železnatý (FeS2). Dnes už  nejspíš nikdo nezjistí, jak lidé přišli na to, že právě tyto dva kameny jsou schopné zapálit chrastí a mech. Příroda jim ale jistě pomohla - oba minerály se totiž někdy vyskytují společně ve skalách z geologického období křídy. Nobelovu cenu za rozdělání prvního ohně tedy zaslouží naši nejmenovaní předkové - společně s přírodou. 

Fyzika a chemie prvního zapalovače

Triboluminiscence

 je fyzikální proces vyzařování světla, které vzniká při drcení či tření některých krystalů. Uvnitř se na čerstvém lomu od sebe oddělují jednotlivé plošky krystalu. Kromě toho se po sobě navzájem posouvají a třou se o sebe. Přitom se uvolňuje elektrický náboj, který vyvolává sekundární záření. K němu se přidává chemoluminiscence, jev vyvolaný regenerací a chemickými změnami v čerstvě vzniklých plochách na lomu krystalu.

Triboluminicence

 mimochodem není jen doménou křemene. Dá se vyvolat i u sloučenin, u kterých byste to možná nečekali. 

Můžete se o tom přesvědčit při rozdrcení většího krystalu kandovaného cukru (nebo rozlomení tabulky hroznového cukru, obsahující velké množství menších krystalů). Pokus musíte samozřejmě provést za tmy.

Molekuly cukru drží pohromadě v krystalu pomocí tzv. vodíkových můstků. To jsou vazby, kterých se účastní záporně nabitá oblast dané molekuly - a cizí atom vodíku, navázaný v jiné molekule. Spolupracují spolu na základě přitažlivosti mezi opačnými náboji. Tyto vazby nejsou tak silné jako skutečné chemické vazby uvnitř molekul, přesto mají na náš svět překvapivě velký vliv. 

Při změnách a deformacích cukrového krystalu se právě tyto vztahy projevují světélkováním - triboluminiscencí. 

Při křesání dvěma pazourky (někdy i křemeny) si můžete všimnout jisker, které odlétají od místa střetu. Ty jsou sice efektní, ale oheň s nimi nerozděláte. Jedná se o jev, kterému se říká triboluminiscence. 

Pokud chceme pomocí křesaní skutečně něco zapálit, potřebujeme jiskry s jinými vlastnostmi. A o ty se postará právě pyrit (výše zmiňvaný FeS2). 

Při střetu obou kamenů se mění kinetická energie úderu na tepelnou. Tím ale celá věc nekončí, spíše začíná. Teplo totiž způsobuje spalování pyritu. Vyjadřuje ho následující chemická reakce:

FeS2+ 5/2 O2———> FeO + 2 SO2+ energie

A právě tato energie, která se uvolňuje při spalování pyritu, už stačí na zapálení suché trávy nebo jehličí. 

Příště: Jak se dělá světlo (2) - žárovky