Синим цветком горит на кухне газ. Оранжевыми и желтыми лепестками пылают деревянные поленья. Цвет пламени зависит от сгорающих веществ и может быть любым — от красного и до фиолетового. Чтобы получить пламя «без цвета» — черное — придется постараться. Огонь — источник тепла и света, и это неспроста. Высокая температура превращает частицы горящего топлива в возбужденные ионы, которые сбрасывают избыток энергии в виде фотонов, возвращаясь на более низкие энергетические уровни. Для каждого вещества характерен свой набор уровней и, соответственно, свой спектр фотонов разной длины волны.
В результате калий горит фиолетовым, натрий — желтым, сера — зеленым. Казалось бы, черным пламя не может быть в принципе, ведь для этого оно должно не испускать, а поглощать фотоны. Однако если излучение будет чистым, почти монохроматическим, то его можно скрыть. Для этого мы осветили огонь лампой, испускающей фотоны ровно той же длины волны. Сжигая натрий, мы включили натриевую лампу — и дождались, пока она прогреется. Испущенные пламенем желтые волны замаскировались ее желтым светом и стали невидимыми. Кроме того, поднимающиеся с пламенем ионы натрия поглотили часть падающих фотонов: именно это и называется черным. Да будет тьма.
1. Секрет этого опыта — натриевая лампа низкого давления. Заключенный в ней газ содержит очень мало примесей, создавая чистое, почти монохроматическое излучение (589,0 и 589,6 нм). В таком свете все вокруг приобретает ненатуральный черно-желтый оттенок. Зато эти лампы потребляют чрезвычайно мало энергии, поэтому их используют в уличном освещении.
2. Наша цель — минимум посторонних примесей, которые, сгорая, могли бы испускать фотоны других цветов, помимо желтого. Поэтому мы использовали спиртовую горелку, заполненную изопропанолом, хотя подойдет и обычный этанол. Поступающие в продажу спирты достаточно хорошо очищены и горят бесцветным, прозрачным пламенем.
3. Остается избавиться от лишних источников освещения и добавить в пламя натрий. Для этого подойдет обычная (нейодированная) поваренная соль. Мы брызгали на пламя крепким раствором, сыпали соль щепоткой — но самым густым черным пламенем запылала фильтровальная бумага, вымоченная в солевом растворе и высушенная.
