Очерк общей истории химии. От древнейших времен до начала XIX в. - Николай Фигуровский

Однако специфический характер исследований химико-пневматиков и важное значение, которое приобрела их деятельность для дальнейшего развития химии, требуют особого рассмотрения истории открытий в области химии газов во второй половине XVIII столетия, а также анализа той борьбы мнений, которую вызвали новые открытия.

До середины XVII в., как уже говорилось, газы еще не различались и считались лишь разными видами воздуха. Ван-Гельмонт, по-видимому, первый показал, что помимо воздуха следует признать существование ряда различных воздухообразных тел, которые он называл газами, и, в частности, «лесного газа».

После Ван-Гельмонта изучением газов занимались отдельные исследователи, в частности Ж. Рей, Дж. Майов, Р. Бойль. В начале XVIII в. химики не проявляли особого интереса к изучению газов. Основной причиной этого было отсутствие в их распоряжении удобных методов получения, собирания и исследования свойств отдельных газов. Однако некоторые ученые все же пытались исследовать свойства известных в то время газов, применяя воздушный насос Бойля и примитивные приспособления для собирания выделяющихся в различных процессах газов. Так, Ломоносов, изучавший механизм растворения металлов в кислотах, получил при растворении меди в азотной кислоте окислы азота и описал некоторые свойства этого газа. Для собирания газа он пользовался бычьим пузырем, как, впрочем, и его современники и химики более позднего времени, например Пристлей.

В первой половине XVIII в. появилось описание так называемой пневматической ванны, предложенной Гейлсом, в которой приемник получаемого газа был отделен от генератора газа. Однако открытие Гейлса не сразу стало известно химикам, так как было опубликовано в книге, посвященной проблемам ботаники.

Стефен Гейлс (1667–1761) изучал в Кэмбридже теологию и стал священником. Свой досуг он посвящал изучению математики и естествознания, особенно биологии (физиологии растений). Гейлс экспериментально исследовал различные явления и процессы, связанные с ростом растений, а также и с их химическим составом. При этом он стремился пользоваться точными физическими методами исследования и объяснять явления жизни и роста растений с позиций физики и химии. Главным трудом Гейлса, посвященным физиологии растений, является книга «Статика растений» (1727 г.). В этом сочинении и описана «пневматическая ванна», которая служила Гейлсу для собирания газов, выделявшихся при сухой перегонке дерева. В дальнейшем «пневматическая ванна» приобрела большое значение в практике исследований газов как прибор для собирания газов над водой.

Первым видным представителем периода пневматической химии был английский ученый Джозеф Блэк (1728–1799). Он родился в Бордо (Франция) и в 12-летнем возрасте переехал в Англию для получения образования. Он учился в Бельфасте (Ирландия), а в 1746 г. поступил в университет в Глазго. Здесь он изучал медицину, но интересовался и естественными науками, особенно химией. В 1750 г. Блэк перешел в Эдинбургский университет, а в 1754 г. получил степень доктора медицины. Выполненное им в качестве докторской работы исследование (опубликовано в 1755 г.) было посвящено выяснению природы «едких» и «мягких» щелочей, а также свойствам «воздуха», выделяющегося при действии кислот на «мягкие» (т. е. углекислые) щелочи. Эта работа принесла Блэку известность и авторитет. В 1756 г. он был назначен профессором химии в Глазговском университете, а 10 лет спустя, в 1766 г., перешел на ту же должность в Эдинбургский университет.

Здесь он работал более 30 лет (до 1797 г.), привлекая своими замечательными лекциями много слушателей и учеников. В последние годы жизни Блэк был тяжело болен (80).

Хотя исследования Блэка немногочисленны, они приобрели важное значение в истории химии и оказались как бы вводными в исследования химиков-пневматиков. Тема первого его исследования, начатого в 1752 г., была поставлена им в связи с поисками эффективных лекарственных средств для растворения камней в мочевом пузыре. В то время для этого применялись едкие щелочи. Желая «смягчить» действие подобных средств, Блэк прежде всего занялся изучением природы едкости щелочей. Как и его современники, он полагал, что едкость щелочей связана с наличием в их составе элемента-огня. Так, считалось, что известняк при сильном прокаливании превращается в едкую известь вследствие присоединения «огненной материи». Но изучая переход от мягкой щелочи (известняка) к едкой (извести), Блэк убедился в ошибочности таких представлений. Он нашел, что при прокаливании известняка к нему не только не присоединяется какая-либо материя, а наоборот, прокаливание сопровождается выделением из известняка значительного количества «воздуха». После тщательного изучения свойств этого «воздуха» Блэк назвал его «фиксируемым воздухом», так как оказалось, что этот «воздух» легко поглощается — «фиксируется» (связывается) едкими щелочами, например раствором едкой извести.

Поставив подобные же опыты с жженой магнезией, Блэк получил новое подтверждение своим выводам. Он обнаружил далее, что «фиксируемый воздух», т. е. углекислый газ, выделяется из известняка (СаСO3) и белой магнезии (углекислого магния) при действии кислот, причем получаются соли. В своих исследованиях Блэк пользовался весами и точно определял потерю в весе «мягких» щелочей при их прокаливании. Так, он взял точно отвешенное количество белой магнезии и, прокалив ее, отметил потерю в весе. Затем он растворил полученную жженую магнезию в кислоте и осадил поташом из раствора белую магнезию. Отделив и высушив осадок, он получил точно такое же количество белой магнезии, которое было взято для опыта. На основании своих исследований Блэк пришел к заключению, что «мягкие щелочи» содержат «фиксируемый воздух», который играет роль кислоты в этих соединениях, представляющих собой, таким образом, соли.

Несмотря на ясность и доказательность выводов Блэка, в то время еще приверженца теории флогистона, его исследования многие ученые подвергли критике и даже нападкам. Против представлений Блэка о причине едкости щелочей выступил, в частности, немецкий химик И. Ф. Мейер, который, в противовес мнению Блэка, считал, что при прокаливании известняка и белой магнезии теряется не «фиксируемый воздух», а лишь вода и что переход от мягкой щелочи к едкой связан с поглощением из огня особой «жирной кислоты» (acidum pingue). Вслед за Мейером взгляды Блэка критиковали и другие химики, в частности французский химик Бомэ. Даже Лавуазье не хотел признавать справедливость выводов Блэка, склонялся к мнению его противников и лишь впоследствии изменил свои взгляды.

Нельзя не сказать и о другом важном исследовании Блэка, посвященном вопросу о скрытой, теплоте плавления и испарения. Блэк поставил следующий простой опыт: к определенному, взвешенному количеству льда, имеющего температуру 32° по Фаренгейту, он добавил равное количество воды с температурой 172° Ф. Казалось бы, при этом смесь должна была принять среднюю температуру 102 Ф. как это наблюдается при смешивании равных количеств воды с разными температурами. В действительности же Блэк обнаружил, что смесь сохранила температуру 32° Ф, но зато весь лед растаял. На основании ряда подобных опытов Блэк пришел к правильному выводу, что таяние льда связано с поглощением большого количества теплоты, которая берется из запасов тепла смеси. Эту теплоту Блэк назвал «скрытой теплотой» плавления.

Свои выводы о скрытой теплоте Блэк приложил и к другим явлениям, связанным с выделением и поглощением тепла, в частности к растворению солей, испарению жидкостей и т. д. Блэк объяснил с этой же точки зрения и действие охлаждающих смесей. Такие смеси, согласно Блэку, затрачивают особенно большое количество тепла на переход в жидкое состояние и берут это тепло из собственных запасов, вследствие чего сильно охлаждаются.

Исследования Блэка, таким образом, представляют собой выдающееся явление в истории науки и отражают его новаторский подход к решению важных научных вопросов, характерный для химии и физики конца XVIII в. Флогистик Блэк, после падения теории флогистона, примкнул к сторонникам учения Лавуазье.

Пневматические исследования Блэка продолжили и значительно расширили его современники — химики-пневматики, и особенно его соотечественники Кавендиш и Пристлей, а также швед Шееле.

Деятельность этих ученых, продолженная затем Лавуазье, теоретически обобщившего результаты всех их открытий в области пневматической химии, непосредственно привела к химической революции в конце XVIII в.

Видный английский химик и физик Генри Кавендиш (1731–1810) (81) родился в богатой аристократической семье. После нескольких лет обучения в школе он в 1749 г. поступил в Кэмбриджский университет, где изучал естественные науки.