Percobaan kita dengan lilin yang menyala dalam botol yang dibalikkan ke dalam air adalah salah satu yang paling mudah dilakukan, tidak memerlukan sesuatu yang tidak mudah diperoleh. Tapi, sayangnya, ini adalah eksperimen yang tidak lengkap, dengan alasan yang telah Paman tunjukkan. Percobaan ini menunjukkan kepada kita bahwa udara terdiri dari dua gas yang berbeda, satu yang akan membuat api tetap menyala dan disebut oksigen, dan satu lagi sebaliknya, yang dikenal sebagai nitrogen. Tetapi percobaan itu tidak memberi tahu kita berapa banyak komposisi masing-masing gas, karena apa yang tersisa setelah lilin padam, masih mempertahankan proporsi oksigen yang baik alih-alih direduksi menjadi nitrogen murni.
“Nyala api lilin itu sensitif; hembusan angin yang sedang pun akan meniupnya. Api yang menyala di dalam botol memang akan terlindung dari arus udara apa pun, tetapi kelemahannya adalah mencegahnya menghabiskan semua gas yang bisa digunakannya. Nyala api tersebut lalu menjadi redup dan kemudian padam sama sekali ketika gas ini mulai langka.
Jika perumpamannya tidak terlalu berlebihan, orang mungkin menyebut nyala lilin sebagai tamu di meja dengan nafsu makan yang buruk, meninggalkan di piringnya sebagian besar makanan yang disajikan kepadanya. Maka, marilah kita memanggil seorang tamu dengan perut yang lebih kuat dan mampu memakan makanannya hingga butir terakhir, tanpa meninggalkan apa pun kecuali tulang-tulang bersih yang tidak dapat dimakan. Maksud Paman, mari kita cari jenis bahan bakar yang terbakar dengan energi yang cukup untuk menghabiskan semua oksigen hingga sisa terakhir dan hanya menyisakan gas yang tidak berguna, yaitu nitrogen.Apakah bahan bakar ini? Apakah itu batu bara? Tidak; batubara tidak akan lebih baik daripada lilin, pembakarannya lebih sedikit, sebenarnya, karena membutuhkan panas dari tungku yang menyala untuk membuatnya tetap menyala, dan itu tidak mungkin dalam percobaan kami, yang memiliki lebih dari setengah nilainya untuk kesederhanaannya. Apakah itu belerang? Kita mencari sesuatu yang memiliki perut sangat kuat sehingga tidak membutuhkan undangan kedua saat oksigen masih tersedia. Setelah dinyalakan, belerang akan terbakar dengan kuat. Tetapi ia memiliki kekurangan,—asapnya yang menyesakkan. Namun demikian, Paman harus senang memanfaatkannya jika tidak ada sesuatu yang lebih baik di tangan. Kalian cukup akrab dengan korek api yang umum, sebuah tongkat kecil dari kayu berujung belerang, dan dengan ringan melapisi belerang yang kita temukan— Kita lihat siapa yang bisa memberitahuku lebih dulu.”
“Fosfor!” seru kedua pendengar itu bersamaan.
“Ya, fosfor, yang mudah terbakar dalam tingkat yang tidak dicapai oleh zat lain mana pun yang umum digunakan; fosfor, yang terbakar dengan menjadi hanya digosokkan ke sampul amplas kotak korek api atau ke dinding kasar. Tidak ada yang menyamainya dalam kekuatan dan persistensinya dalam pembakaran. Kali ini, sungguh, kita memiliki tamu serakah yang tidak akan meninggalkan apa pun di piringnya. Tapi pertama-tama mari kita berkenalan dengannya sedikit lebih baik. Fosfor tidak terlalu kalian kenal, hingga seperti yang baru kalian kenal sekarang di ujung batang korek api.”
“Kadang-kadang,” kata Emile, “ujungnya merah, dan—kadang-kadang biru, atau kuning, atau hampir hitam. Apakah fosfor memiliki semua warna itu?”
“Tidak; fosfor itu sendiri hanya memiliki satu warna, yang hampir sama dengan lilin yang kuning. Tetapi pembuat korek api menambahkan bubuk berwarna, kadang-kadang satu warna, kadang-kadang yang lain, sesuai keinginannya, demi memberikan sedikit variasi pada barang dagangannya dan menyenangkan mata pembeli. Lem juga ditambahkan pada fosfor untuk membuatnya menempel ke belerang. Jadi apa yang biasa kamu lihat bukan fosfor murni; tapi Paman akan menunjukkan beberapa fosfor yang murni.
Beberapa hari yang lalu, ketika dipanggil ke kota untuk urusan bisnis, Paman membeli beberapa barang yang sangat dibutuhkan oleh laboratorium kami. Sebuah laboratorium, Paman jelaskan kepada kalian, adalah tempat yang dikhususkan untuk penelitian ilmiah; itu adalah bengkelnya ilmuwan. Meskipun bengkel kita sederhana, tetapi sudah memiliki beberapa perlengkapan, peralatan dan bahan tertentu; jika tidak, kita tidak memiliki apa-apa selain sepuluh jari kita untuk peralatan, dan apa yang bisa kita lakukan dengan mereka? Kita hanya harus puas dengan berbicara dan tidak ada lagi. Tapi Paman tidak mau seperti itu, karena Paman tidak berpikir bahwa kimia dilakukan dengan kata-kata saja. Paman ingin memberi kalian fakta, hal-hal yang dapat kalian lihat berulang kali, substansi yang dapat kalian raba, rasa, uji coba, dijalankan sendiri, seperti itu adalah satu-satunya cara yang benar untuk belajar.
Apa yang bisa dilakukan pandai besi tanpa landasannya dan palu? Tidak ada apa-apa. Sama tidak berdayanya seperti ahli kimia tanpa berbagai perlengkapan dan bahan kimia dari laboratoriumnya. Kita akan melengkapi peralatannya, kemudian, sedikit demi sedikit, tetapi dengan cara yang sangat sederhana, Paman pastikan sebelumnya, karena sumber daya pamanmu tidak mengizinkan kemewahan. Kita akan memiliki hal yang sangat diperlukan, tetapi tidak lebih. Ini juga sama sekali bukan sebuah kemalangan, merancang cara dan sarana untuk membuat agar apa yang dimiliki sudah cukup, dan berdamai dengan apa yang tidak dimiliki. Piring yang terbuat dari tanah kita dipinjam dari dapur, botol obat tua dan toples pengawet, apakah semua itu tidak memainkan peran mereka dengan baik? Paman yakinkan kalian dengan tulus, kita tidak akan melakukan lebih baik juga dengan memiliki perlengkapan laboratorium yang mahal. Jadi, mengapa tidak kita lanjutkan saja studi kita dengan cara seperti ini, sejauh mungkin? Jika kalian pernah berkesempatan masuk ke laboratorium nyata, dan bekerja di dalamnya, anak-anakku, kalian akan senang mengingat pakaian buruk pamanmu dan dalam mencerminkan betapa sedikit yang dibutuhkan untuk meletakkan dasar yang kuat dari pengetahuan yang berguna dalam pikiran kalian, dan betapa sedikitnya hal itu perlu dilakukan untuk orang lain bahkan di negeri terkecil kita.
“Mungkin saja terjadi bahwa kita akan dihentikan oleh kesulitan yang tidak mungkin kita atasi; dan kemudian, kita akan dipaksa untuk meminta bantuan ahli kimia. Begitulah posisi kita hari ini. Kita membutuhkan fosfor, dan ini dia, baru saja dibeli di apotek di kota.”
Paman Paul menyiapkan di depan keponakan-keponakannya sebuah botol yang ditahan di dalam air dengan zat berwarna kuning dalam bentuk tongkat yang sepanjang dan setebal jari kelingking.
“Itu,” katanya, “adalah fosfor murni. Dia semi-transparan, yang, dengan warnanya, membuatnya terlihat seperti sepotong lilin cantik seperti yang kita miliki di sarang madu. Ini seperti lilin sebelum diputihkan di pabrik lilin yang ramping dengan paparan sinar matahari yang lama.”
“Mengapa Paman menyimpannya di dalam air?” tanya Jules.
“Paman menyimpannya di air karena jika terkena udara, itu akan segera terbakar. Begitu mudahnya fosfor terbakar sehingga sedikit panas saja sudah cukup untuk menyalakannya.”
“Tapi fosfor pada korek api tidak terbakar seperti itu; kita harus menggosoknya.”
“Paman sudah memberitahumu bahwa korek api, tidak menggunakan fosfor dalam bentuk murninya. Tetapi dicampur dengan zat tertentu lainnya dengan lem dan bubuk berwarna, yang mengurangi sifat mudah terbakarnya. Meskipun demikian, kadang-kadang dimusim panas bisa terjadi korek api terbakar dengan sendirinya. Ini adalah kesalahan serius, yang jika ditambahkan ke fakta lainnya, akan mungkin mendorong kita untuk berhenti menggunakan fosfor suatu saat nanti, ketika sains telah menemukan sesuatu yang lebih baik untuk menggantikannya.”
“Dan mengapa,” tanya Emile, “tidak terbakar di dalam air, jika dia sangat ingin terbakar?”
“Apakah Emile lupa apa yang kukatakan padamu kemarin? Untuk terbentuk api, diperlukan dua hal, masing-masing sama pentingnya dengan yang lain,—benda itu yang membakar dan hal yang membuatnya terbakar, yang terakhir disebut adalah gas yang disebut oksigen, yang terkandung dalam udara. Pembakaran terjadi ketika keduanya digabungkan. Saat tidak ada udara—atau, lebih tepatnya, saat tidak ada oksigen—tidak mungkin terjadi pembakaran, walaupun bahan itu mudah terbakar. Jadi Paman menjaga fosfor dari risiko terbakar dengan menyimpannya di dalam air, yang melindunginya dari udara. Dengan beberapa pengecualian, kami yakin fosfor tidak akan terbakar.
Tetap saja dibutuhkan pencegahan lain untuk zat berbahaya ini. Botol yang menyimpan fosfor dalam air mungkin rusak, yang akan mengekspos fosfor ke udara. Oleh karena itu kita harus waspada terhadap kemungkinan guncangan atau jatuh, dan untuk itulah ujung botol ini tertutup dalam kotak timah yang berfungsi sebagai peredam guncangan. Dengan penutup ganda ini dan direndam dalam air, fosfor disimpan tanpa batas di rak apoteker tanpa bahaya.
“Tetap harus Paman tambahkan bahwa luka bakar dari fosfor adalah kecelakaan serius, sebuah kecelakaan yang paling menyakitkan. Tidak ada yang lebih menyakitkan dari luka yang dibuat oleh hal mengerikan ini. Bahkan jika dibanding dengan batubara yang menyala atau besi panas, yang dapat menyebabkan rasa sakit yang sangat kuat dan bertahan lama. Paman akan membiarkan kalian membayangkan nasib orang yang tidak berpikir, yang membungkus sepotong fosfor di kertas, lalu memasukkan ke dalam saku, bermaksud untuk menghibur dirinya dengan hal itu nanti dan membuatnya bersinar dalam gelap. Panas tubuhnya akan membakar bahan yang berbahaya tadi, dan yang tidak berhati-hati akan dibakar sampai ke isi perutnya, saat dia memenuhi udara dengan jeritan kesakitannya. Hati-hati kalau begitu, anak-anakku, jangan bermain-main dengan zat yang mengerikan ini. Jika kehausanmu akan pengetahuan menggodamu untuk melakukannya, lakukan dengan sangat hati-hati.
Di sini Paman minta kepatuhan Emile dan kehati-hatian Jules. Bukannya Paman tidak memiliki kepercayaan penuh kepada kalian, tetapi paman bukannya tidak tahu pula bahwa kalian mampu melakukan kebodohan yang sembrono, Paman harus mengunci dua kali dan mengunci tiga kali gudang senjata dan obat-obatanku, dan membuang fosfor dari pelajaran kita selamanya.
“Paman harus lebih menekankan ke arah ini karena risiko kebakaran dan luka bakar serius bukanlah satu-satunya bahaya yang harus dipertimbangkan; ada bahaya lain yang masih harus lebih kalian jaga dengan hati-hati. Fosfor adalah racun yang mematikan, beberapa partikel fosfor saja sudah cukup untuk menyebabkan kematian dengan penderitaan yang menakutkan. Paman tidak akan mengatakan apa-apa lagi; Kalian sudah diperingatkan. Lihatlah fosfor sebagai salah satu musuh yang tangguh, dan jangan biarkan kecerobohan salah satu dari kalian membuat kalian berdua terbuka terhadap serangannya.
“Setelah peringatan ini, dan dikte tentang kehati-hatian, sekarang Paman akan menjelaskan bagaimana fosfor dapat digunakan untuk menunjukkan udara terbuat dari apa. Kita harus membakar sedikit fosfor dalam volume udara tertentu yang dipisahkan dengan benar dari sisa atmosfer. Wadah kita dalam percobaan kali ini harus berukuran cukup besar, sehingga gelas cukup jauh dari api agar terhindar dari risiko retak atau pecah akibat panas. Sebuah toples kaca biasa bisa menampung dua liter atau lebih, yang besarnya bagian atas sama seperti bagian bawah, sudah bisa berfungsi dengan baik jika Paman tidak memiliki sesuatu lebih bagus. Sesuatu yang lebih bagus ini adalah gelas kimia yang berbentuk lonceng, aku membelinya baru-baru ini, yang akan menjadi salah satu peralatan paling berguna di laboratorium kita. Paman akan meminta kalian untuk berhati-hati dengannya. Ini adalah, seperti yang kalian lihat, wadah sederhana dari kaca yang bening, berbentuk silinder, dengan bentuk kubah di atasnya dan tombol kecil yang dipegang. Beberapa dibuat dengan mulut melebar, mengingatkan kita pada salah satu lonceng gereja perunggu, yang menjadi asal penamaannya. Untuk beberapa tanaman yang sensitif dan membutuhkan tempat berteduh yang hangat, tukang kebun akan menggunakan kaca penutup yang serupa, tetapi umumnya ukurannya terlalu besar dan tidak praktis untuk penggunaan laboratorium. Jika seseorang bisa menemukan yang berukuran sedang, maka itu akan pas.
“Sebuah botol besar, sebuah pelindung tanaman dari kaca milik tukang kebun dengan ukuran yang sesuai, atau botol kimia bell glass ukuran biasa – mana saja dari semua ini yang punya kesempatan pertama kali jatuh ke tangan kita, akan berfungsi sebagai wadah untuk membakar fosfor; tapi dompet Pamanmu ini sudah memperoleh bell glass laboratorium sungguhan untuk kita, jadi mari kita syukuri hal ini dan melanjutkan percobaan kita.
“Pembakaran, yaitu menyalakan sedikit fosfor kita, harus dilakukan di atas air, untuk mencegah hubungan antara udara di dalam kaca dan di luar. Akibatnya, fosfor harus ditempatkan di rakit kecil yang akan membuatnya tetap kering, dan untuk tujuan ini kita dapat menggunakan benda kecil apa pun yang akan mengapung, seperti sepotong gabus atau sepotong kayu yang ringan. Tapi benda mengapung kita ini akan ikut terbakar jika tidak terlindungi dari fosfor yang terbakar. Dengan demikian, kita akan menempatkan fosfor dalam cangkir tembikar kecil yang diletakkan di atas benda yang mengapung; dan untuk cangkir, kami hanya akan mengambil potongan cekung dari beberapa pot tua yang pecah. Sekarang semua sudah siap dan kita akan melanjutkan urusan kita.
“Pertama, kita harus memotong batang fosfor kita. Cukup lunak untuk dipotong dengan pisau, kira-kira mirip lilin yang agak keras; tetapi ini bukan hal yang bisa dipotong sembarangan seperti memotong sebatang kayu pinus, gesekan pisau saja terbukti cukup untuk membakar fosfor jika terkena udara, dengan konsekuensi cedera serius pada operator yang ceroboh. Barang-barang yang mudah terbakar tidak boleh dipegang di udara kecuali dengan ujung jari dan untuk waktu yang sesingkat mungkin, dan pemotongan harus dilakukan di dalam air. Lihat Paman.”
Paman Paul memasukkan jarinya ke dalam botol dan mengeluarkan sebatang fosfor, yang mengeluarkan bau menyengat seperti bawang putih, dengan sedikit gumpalan asap putih. Anak-anak diberitahu bahwa bau seperti bawang putih ini adalah bau alami fosfor, dan bahwa asap putih akan bersinar jika dilihat dalam gelap. Korek api memancarkan, pada tingkat lebih rendah, asap yang berbau sama seperti ini. Fosfor tersebut segera dicelupkan ke dalam mangkuk air, dan di sana, kedua tangan di bawah air. Paman Paul memotong batang fosfor dengan pisau kira-kira sebesar dua kacang polong. Potongan fosfor tersebut ditempatkan pada pot keramik yang sudah pecah, dan pot keramik tersebut ditaruh di atas rakit kayu kecil dengan daya apung yang cukup untuk mengapungkan bebannya; kemudian keseluruhan benda tersebut diletakkan di permukaan air di tengah mangkuk. Korek api yang dinyalakan, mulai membuat fosfor terbakar dengan cepat, dan Paman Paul bergegas untuk menutupinya dengan kaca lonceng, yang, tentu saja, penuh dengan udara.
Lihatlah, kemudian, fosfor berkobar dengan intensitas yang cukup menarik bagi anak laki-laki, yang hingga saat ini tidak melihat lebih banyak hal yang mudah terbakar melebihi melihat terbakarnya korek api. Nyala api berderak, cahayanya cemerlang, hampir menyilaukan. Kepulan asap tebal terbentuk, memberikan tampilan seperti susu di dalam gelas loncengnya. Pada saat yang sama air dalam mangkuk naik begitu cepat di dalam gelas, sehingga Paman Paul terpaksa menambahkan lebih banyak, agar bagian bawah mangkuk tidak kering, karena itu akan membiarkan udara masuk ke dalam gelas lonceng. Begitu tebalnya awan yang tampak seperti susu, sehingga nyala fosfor tidak terlihat lagi; atau, jika dilihat, itu hanya sesekali, seperti kilat di kumpulan awan. Tetapi pancaran cahaya menjadi semakin jarang dan lemah, dan akhirnya berhenti sama sekali.
“Sudah berakhir,” Paman Paul mengumumkan. “Fosfor telah menghabiskan semua oksigen di udara yang terkandung dalam gelas lonceng, dan tidak ada yang tersisa selain nitrogen, yang tidak akan mendukung pembakaran, meskipun masih ada beberapa bahan yang mudah terbakar yang tersisa di sedikit barang pecah belah. Kita akan melihatnya ketika asap putih telah hilang. Sementara itu mari kita bicara sedikit tentang asap ini, yang tampaknya menarik perhatian kalian karena penampilannya yang indah seperti susu. Itu berasal dari fosfor yang terbakar—artinya, dari fosfor yang digabungkan dengan oksigen di atmosfer.
Cahaya cemerlang, dengan intensitas sedemikian rupa untuk menguji mata kita, mengiringi tindakan menggabungkan ini, seperti yang selalu terjadi. Paman tidak mengatakan apa-apa tentang panasnya, karena telah ditunjukkan oleh pecahan pot keramik itu jika dia bisa berbicara. Asap ini mudah larut dalam air, dan dengan demikian ada ruang kosong yang dapat diisi oleh air dari piringan, sedikit demi sedikit, dengan cara ini menunjukkan berapa banyak oksigen yang hilang. Kita harus menunggu hanya sekitar dua puluh menit, kurang lebih, agar isi gelas menjadi jernih dan transparan seperti di awal. Tetapi untuk mempercepat proses dan tidak menguji kesabaran Anda, mari kita lihat apa yang akan dilakukan: kita mengocok bell glass dengan lembut sehingga air yang bergerak mencuci bagian dalam dan mengeluarkan asap. Dengan operasi ini, isinya akan segera diperjelas.”
Dengan sedikit pengelolaan yang hati-hati dalam mengocok gelas, gas di dalamnya segera dibuat untuk melanjutkan transparansi aslinya, dan kemudian terungkap, pada sedikit gerabah yang pecah, sisa dari apa yang telah ditempatkan di sana, tetapi sekarang berwarna kemerahan. Dan memang, penampilannya sangat berubah sehingga orang tidak akan mengenalinya sebagai fosfor. Meleleh oleh panas sehingga menyebar di atas potongan tembikar, menjadikan penampakannya cukup berubah. Tetapi untuk meyakinkan penontonnya bahwa itu masih fosfor, paman sedikit memiringkan bell glass, untuk membawa rakit kecil di dekat tepinya, agar mudah menarik rakit dan muatannya.
“Apa yang kita miliki di sini,” katanya, “benar-benar fosfor meskipun ada semburat kemerahan yang diberikan oleh panas dan lelehan itu. Bahkan ada lebih banyak yang tersisa daripada yang terbakar. Kalian bisa menilai sendiri.”
Pecahan tembikar dibawa keluar ke kebun agar asap fosfor tidak bercampur dengan udara di ruang kerja, lalu zat kemerahan itu dibakar dengan korek api, dan terbakar dengan cahaya terang dan asap putih pekat muncul dari pembakaran di bawah kaca. Demikian terbukti bahwa masih ada beberapa fosfor, bahkan masih cukup banyak, karena bisa terbakar dalam waktu yang cukup lama; dan dalam contoh ini setiap partikelnya dikonsumsi, partikel terakhir menghilang di udara sebagai asap putih.
“Jika pembakaran berhenti di bawah bell glass,” Paman Paul melanjutkan, “itu bukan karena kekurangan sesuatu untuk dibakar, karena masih banyak zat yang tersisa, tetapi ini karena kekurangan gas yang diperlukan untuk mendukung pembakaran—oksigen, singkatnya. Pembakaran berhenti ketika partikel terakhir gas ini habis, fosfor bisa terbakar selama ada oksigen yang tersisa, betapapun sedikitnya. Akibatnya, bell glass sekarang tidak mengandung apa-apa selain nitrogen murni, sebuah gas di dalamnya tidak ada zat apapun yang bisa terbakar.
Eksperimen fosfor memberi tahu kita sekali lagi, tetapi lebih tegas dan lebih jelas, apa yang diberitahukan oleh eksperimen lilin kita: atmosfer mengandung dua gas, yaitu oksigen, yang mendukung pembakaran, dan nitrogen, di mana tidak ada lilin, fosfor, atau apa pun yang dapat terbakar. Ini memberitahu kita, juga, berapa proporsi kedua gas, keduanya zat sederhana, keduanya metaloid, tergabung di atmosfer. Bell glass kami berbentuk silinder. Jika tingginya dibagi menjadi lima bagian yang sama, ini akan mewakili kapasitas yang sama, volume yang sama. Sekarang kita melihat air yang naik di gelas dan menggantikan tempat dari oksigen yang terpakai, telah meningkat ke seperlima dari tinggi total, nitrogen menempati empat perlima lainnya. Jadi, udara di sekitar kita memiliki nitrogen empat kali lebih banyak daripada oksigen; atau, untuk menyatakannya secara berbeda, dalam lima liter udara ada empat nitrogen dan salah satunya oksigen.
“Kita akan berhenti di sini untuk hari ini. Besok, Paman beritahu kalian terlebih dulu, eksperimen kimia kita akan melibatkan dua burung pipit hidup dan sehat. Atur jeratmu dan tangkap mereka. Paman juga harus meminta kepada kalian untuk berhati-hati dan tidak menganiaya salah satu dari berbagai spesies burung taman, serangga pemburu yang rajin dan cacing yang menjadi momok pertanian; tetapi Paman dengan senang hati memberi kalian kebebasan terkait dengan burung pipit, yang ingin sekali menemukan dedaunan lembut untuk menggelitik selera mereka di musim semi, turun dari atap tetangga dan menggigit kacang polong Paman secepat mereka bertunas. Paman harus memiliki dua burung ini untuk percobaan kita dan untuk dijadikan pelajaran bagi saudara mereka yang perampok.”
