Хімічна таємниця диму конклаву: як у Ватикані створюють чорні та білі сигнали

Цього тижня 133 кардинали зібралися у Ватикані для обрання нового очільника Католицької церкви. Під час їхніх нарад єдиною ознакою перебігу голосування є регулярні клуби диму, що здіймаються з нещодавно встановленого димаря на даху Сикстинської капели.

Згідно з традицією, чорний дим свідчить про те, що кардинали ще не дійшли згоди щодо нового лідера, тоді як білий дим сигналізує про обрання нового Папи. Але який саме хімічний склад має цей дим?

Традиція спалювання виборчих бюлетенів кардиналами для збереження таємниці сягає щонайменше XV століття. Проте лише у XVIII столітті, коли в Сикстинській капелі встановили димар для захисту фресок Мікеланджело від сажі, дим став видимим для людей за межами капели.

Спочатку дим не призначався для публічного сигналу, але коли він став помітним, спостерігачі почали тлумачити його як індикатор результатів голосування.

До XIX століття стало звичаєм навмисно використовувати дим: якщо дим був видимий, це означало, що Папу не обрано, тоді як відсутність диму вказувала на успішні вибори. Звісно, це було недостатньо чітко і часто спричиняло плутанину.

Зрештою Ватикан вирішив внести ясність, формалізувавши практику fumata nera (чорного диму) та fumata bianca (білого диму). Спочатку до бюлетенів, що горіли, додавали вологу солому та смолу. Як відомо кожному, хто намагався розпалити вологе багаття, мокре масляне паливо важко запалити, але коли воно розгорається, то продукує багато темного диму.

Це результат неповного згоряння: енергія полум'я спочатку витрачається на випаровування води, що підтримує низьку температуру вогню. Внаслідок цього багато великих молекул у смолі не згорають повністю, що призводить до утворення сажі та темного диму.

Однак після того, як волога випаровується, вогонь горить ефективніше, виробляючи переважно пару та вуглекислий газ. На цьому етапі дим зменшується і стає набагато світлішим.

Ця мінлива fumata, разом із суб'єктивним тлумаченням її кольору, спричиняла значну плутанину, особливо під час конклавів 1939 та 1958 років. Наприклад, було незрозуміло, чи сірий дим ближчий до чорного чи білого. До 1970-х років від методу з соломою відмовилися на користь більш контрольованих хімічних сумішей. Відтоді це еволюціонувало в однозначний метод генерування необхідних димових сигналів.

У 2013 році Ватикан підтвердив, що їхні рецепти fumata тепер складаються з чіткого рецепту чорного диму: калій перхлорат (KClO₄) — окислювальна речовина, що забезпечує кисень для реакції; антрацен — вуглеводень, отриманий з кам'яновугільної смоли, який служить паливом для утворення густого диму; та сірка, додана для регулювання швидкості та температури горіння.

Результатом є навмисно неефективна реакція горіння, що продукує велику кількість незгорілих вуглецевих частинок. Це багатство вуглецю (сажі) робить дим густим і чорним — подібним до диму, який можна побачити при горінні нафти чи гуми, багатого на вуглецеві частинки.

Тим часом білий дим виробляється з використанням набагато чистішої паливної суміші та потужнішого окислювача. Калій хлорат (KClO₃) — ще реактивніший, ніж перхлорат — забезпечує гаряче, енергійне горіння. Лактоза виступає як паливо, швидко і чисто згораючи до водяної пари та вуглекислого газу.

Швидке згоряння цукру дає велику кількість газоподібних продуктів (пару та CO₂), генеруючи об'ємну білу хмару. Останній інгредієнт, соснова каніфоль, при нагріванні продукує густий білий дим — випускаючи крихітні краплі та світлий попіл, що виглядає білуватим. Вона також містить терпени, які при згорянні утворюють блідий, видимий дим.

У поєднанні окислювальна сила калій хлорату дозволяє лактозі та каніфолі горіти гаряче і швидко, даючи переважно чисті продукти згоряння разом із хмарою пари та частинок смоли.

Замість сажі дим містить мікроскопічні краплі та дрібні тверді частинки, які є прозорими або білими. Результатом є суміш пари та білого або світло-сірого диму, що різко контрастує з темним, багатим на вуглець чорним димом.

З роками димовий сигнал папського конклаву еволюціонував від випадкового побічного продукту спалювання бюлетенів до ретельно розробленого засобу комунікації.

Сьогодні, завдяки сучасній хімії, дим є безпомилковим — густі чорні клуби для безрезультатних голосувань або яскравий білий шлейф, коли нового папу обрано.