166411 (Лавуазье – один из основателей научной химии)

Міністерство освіти та науки України

Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Кафедра

Iсторiï науки i технiки

Контрольна робота

на тему: «Лавуазье – один из основателей научной химии»

Виконала студентка

Харків 2008

Содержание

Введение

1. Научная деятельность

1.1. Экспериментальные опыты с водой

1.2. Исследование газов. Горение.

1.3. Вклад Лавуазье в физиологию

2. Биография

Вывод

Литература

Введение

Лавуазье принадлежал к числу тех ученых, которых принято называть великими. Действительно, благодаря его работам химия совершенно изменила свой характер. Если раньше она представляла собой скорее практическое искусство, обслуживавшее медицину, фармацию, металлургию, то теперь перед ней открылась перспектива «стать со временем точной наукой». В противовес этому автор статьи «Химия» в «Энциклопедии» Дидро и Д'Аламбера настаивал на том, что «термометр в фартуке химика-практика столь же нелеп, как и в кармане лечащего врача», да и вообще, «если мы трактуем физические предметы химически, а химические, наоборот, — физически, то это плохо». Получалось, что химики должны исследовать сокровенные свойства тел, опираясь не на методы экспериментальной физики и математические расчеты, а на «экспериментальное предчувствие», то есть на химическую интуицию, «чувство вещества». Лавуазье был с этим решительно не согласен. Он доказал плодотворность применения физических методов в химических исследованиях. Он стремился к получению количественных характеристик изучаемых явлений и веществ и потому всегда широко использовал весы, термометры, барометры, ареометры, калориметры и другие физические приборы.

Достижения Лавуазье в науке многообразны: он изменил всю иерархию химических соединений, в результате чего те вещества, которые считались простыми, например, вода, оказались сложными, и наоборот, те, что полагали сложными, скажем, металлы, заняли свое место в «Таблице простых тел»; он открыл кислород и дал правильное объяснение процессов горения, прокаливания, восстановления, дыхания, чем опроверг теорию мифического флогистона; разработал концепцию агрегатного состояния вещества, наконец, он сформулировал закон сохранения массы вещества (1789), открытый задолго до того Ломоносовым, и т.д. Поэтому научный переворот, совершенный французским химиком, принято называть «химической революцией».

Лавуазье пришел в химию путем по тем временам нетрадиционным. Он не изучал медицину, подобно П.Макеру, К.Л.Бертолле и многим другим своим современникам, не был учеником аптекаря, не познавал секреты пробирного искусства, не занимался металлургией. И вместе с тем он получил прекрасную научную подготовку и вообще хорошее образование.

1. Научная деятельность

Во второй половине XVIII века химия пребывала в состоянии лихорадочного оживления. Ученые работают не покладая рук, открытия сыплются за открытиями, выдвигается ряд блестящих экспериментаторов. Однако еще предстояло найти основной закон химии, руководящее правило химических исследований; создать метод исследования, вытекавший из этого основного закона; объяснить главные разряды химических явлений и, наконец, выбросить мусор фантастических теорий, развеять призраки, мешавшие правильному взгляду на природу. Эту задачу взял на себя и исполнил Лавуазье. Работы его, создавшие современную химию, охватывают период времени с 1772 по 1789 год.

Для выполнения ее недостаточно было экспериментального таланта. К золотым рукам требовалось присоединить золотую же голову. Такое счастливое соединение представлял Лавуазье. Ему принадлежит ряд блестящих открытий, но почти все они были сделаны независимо от него другими учеными. Кислород, например, открыт Байеном и Пристли до Лавуазье и Шееле, независимо от первых трех; открытие состава воды приписывалось, кроме Лавуазье, Кавендишу, Уатту и Монжу. В научной деятельности Лавуазье поражает ее строго логический ход. Сначала он вырабатывает метод исследований. Ученый ставит опыт. Затем делает вывод.

1.1. Экспериментальные опыты с водой

Одна из первых по времени, наиболее важных работ Лавуазье посвящена решению вопроса, можно ли воду превратить в землю. Вопрос этот занимал в то время многих исследователей и оставался нерешённым, когда к нему приступил Лавуазье. Лавуазье посвятил ему два мемуара, носящие общее заглавие: «Sur la nature de l’eau et sur les expériences par les quelles on a prétendu prouver la possibilité de son changement en terre» (1770). В этом исследовании Лавуазье впервые показал, какую важность при выяснении химических задач могут иметь весовые определения. Очистив дождевую воду восьмикратной перегонкой, он поместил её в стеклянный сосуд особого устройства, который был после того герметически закупорен и взвешен. Вес сосуда без воды был определён ранее. Нагревая воду в этом сосуде в течение 101 дня, Лавуазье нашёл, что в воде действительно появилась «земля». Откуда она взялась? Общий вес аппарата по окончании опыта не изменился: значит, никакого вещества извне не присоединилось. Но взвесив сосуд без воды после опыта, он нашёл, что вес его уменьшился, причём оказалось, что вес образовавшейся земли равен уменьшению в весе сосуда. Отсюда он заключил, что эта «земля» есть продукт действия воды на стекло сосуда. Этим опытом Лавуазье окончательно и навсегда разрешил вопрос о превращении воды в землю, долго остававшийся спорным. Также в этой работе Лавуазье убеждается во всеоружии своего метода — метода количественного исследования. Овладев методом, Лавуазье приступает к своей главной задаче.

1.2. Исследование газов. Горение

После этого Лавуазье обращается к изучению газов. Со стороны физической газы были уже несколько исследованы Бойлем и Мариоттом, но со стороны химической они представляли в это время очень тёмную и почти неизведанную область. Приступая к исследованию газов, Лавуазье чувствовал, что изучение этой области должно произвести переворот в физике и химии и высказал эту мысль в своём лабораторном журнале в 1773 г.

Исходным пунктом его исследований послужил факт увеличения веса тел при горении. В 1772 году он представил в академию коротенькую записку, в которой сообщал о результате своих опытов, показывающих, что при сгорании серы и фосфора они увеличиваются в весе за счет воздуха, иными словами, соединяются с частью воздуха, а не за счёт присоединения огня, как думал Бойль, мнение которого в то время было общепринято. Этот факт — основополагающее, капитальное явление, послужившее ключом к объяснению всех остальных. Объяснить факт горения значило объяснить целый мир явлений окисления, происходящих всегда и всюду — в воздухе, земле, организмах — во всей мертвой и живой природе, в бесчисленных вариациях и разнообразнейших формах. Около шестидесяти мемуаров было им посвящено уяснению различных вопросов, связанных с этим исходным пунктом. В них новая наука развивается как клубок. Явления горения естественно приводят Лавуазье, с одной стороны, к исследованию состава воздуха, с другой — к изучению остальных форм окисления; к образованию различных окисей и кислот и уяснению их состава; к процессу дыхания, а отсюда — к исследованию органических тел и открытию органического анализа и т. д.

В 1775 г. Лавуазье представил в академию мемуар «Sur la nature du principe qui se combine avec les métaux pendant leur calcination et qui en augmente le poids», в котором определяет роль кислорода в образовании металлических «известей» (так в то время называли окислы) и признаёт кислород одной из составных частей воздуха. Вслед за тем в целом ряде мемуаров Лавуазье развивает свою новую теорию окисления и горения, диаметрально противоположную по своим основаниям теории «флогистона», которая была тогда общепринятой.

По теории флогистона, введённой в науку Бехером (конец XVII в.) и разработанной Шталем (начало XVIII в.), все тела, способные гореть и окисляться, заключают особое горючее начало, «флогистон», которое при процессе горения выделяется из тела, оставляя золу, «известь». Прибегая в своих исследованиях постоянно к точному взвешиванию, Лавуазье показал, что при процессе горения вещество не выделяется из горящего тела, а присоединяется к нему. Установив свой новый взгляд на процессы горения и окисления, Лавуазье вместе с тем правильно понял состав воздуха.

В представленном мемуаре состав воздуха был впервые точно выяснен. Путём анализа и синтеза он показал, что воздух есть смесь двух газов: один из них — «здоровый (salubre) воздух, чистый воздух, жизненный воздух», как последовательно называл его сам Лавуазье, способный усиливать горение и дыхание, окислять металлы, другой газ — нездоровый воздух (moffette) или «мефитический воздух», не обладающего этими свойствами. Названия кислород и азот были даны позднее.

Лавуазье произвёл анализ и синтез воздуха, нагревая ртуть с определённым объёмом воздуха и разлагая затем образовавшуюся красную окись ртути. Описание этого классического опыта Лавуазье, перешедшее с тех пор во все руководства химии, помещено в его «Traité élémentaire de chimie».

Теория горения повела к объяснению состава различных химических соединений. Уже давно различались окислы, кислоты и соли, но строение их оставалось загадочным.

Вместе с изучением состава воздуха Лавуазье исследует роль кислорода в образовании кислот («Considérations générales sur la nature des acides et sur les principes dont ils sont composés», 1778), устанавливает состав угольной кислоты, многочисленные случаи выделения которой были изучены уже Блэком («Sur la formation de l’acide nommé l’air fixe», 1781), объясняет изменения воздуха, вызываемые горением свечи («Mém. sur la combustion des chandelles dans l’air atmosphérique et dans l’air éminement respirable» 1777) и дыханием животных («Expériences sur la respiration des animaux et sur les changements qui arrivent à l’air en passant par leurs poumons», 1777).

Все кислоты Лавуазье рассматривает как соединения неметаллических тел с кислородом: так, с серой он дает серную, с углем — угольную, с фосфором — фосфорную кислоту и т.д.

С 1774 г. Лавуазье занимался изучением горения водорода, или как его называли тогда, «горючего воздуха», открытого в 1767 г. Кавендишем. Долго Лавуазье не мог прийти к определённому результату, так как предполагал найти, как продукт горения водорода, какую-нибудь кислоту. Одновременно с Лавуазье тем же вопросом занимались многие другие химики, Кавендиш, Пристли, Монж и др. Только в 1783 г. Лавуазье и Лаплас нашли искомое: продуктом горения водорода оказалась чистая вода. Одновременно с ними то же было найдено Кавендишем и Ваттом. Но так как один Лавуазье в то время правильно понимал процесс горения, то он один из всех, кому стало известно это явление, правильно истолковал его и понял состав воды.

В 1785 г. Лавуазье вместе с Менье получили, путём синтеза из водорода и кислорода, 45 г воды. Как и в других случаях Лавуазье и здесь не довольствовался одним синтезом. Вместе с Менье он производит в 1783—1784 гг. разложение воды при помощи железа. Через раскалённый ружейный ствол они пропускали пары воды и выделяющийся газ собирали: это был водород; железный ствол покрывался внутри слоем железной окалины, представляющей соединение железа с кислородом. Определив состав воды, Лавуазье затем правильно истолковал восстановление металлических окислов водородом и выделение водорода при действии кислот на металлы.

Наконец, знание водорода и продукта его окисления дало ему возможность положить основание в фундамент органической химии. Он определил состав органических тел и создал органический анализ путем сжигания углерода и водорода в определенном количестве кислорода. Учение о кислороде, как о главном агенте горения, было встречено очень враждебно. «Таким образом, историю органической химии, как и неорганической, приходится начинать с Лавуазье» (Н. Меншуткин). Когда основы современной химии были созданы, Лавуазье решил соединить данные своих многочисленных мемуаров в виде сжатого очерка. Когда же в 1789 году появился его первый учебник современной химии «Traité élémentaire de chimie» — явление в своем роде единственное в истории наук: весь учебник составлен по работам самого автора, который тотчас же был переведён на многие иностранные языки, многие прежние противники его системы изменили теории флогистона.

1.3. Вклад Лавуазье в физиологию

Работы Лавуазье захватили не одну только область химии; они знаменуют собою начало новой эры и в физиологии.

Исследованиями над животной теплотой Лавуазье представил против витализма, царившего в то время в науках биологических, столь же сильные доводы, как исследованиями над горением тел и над составом воды против учения о флогистоне. Лавуазье нанёс, кроме того, окончательное поражение учению о стихиях, ведущему своё начало от времён глубокой древности. Взгляд на огонь, воздух, воду и землю, как на элементы, дожил до Лавуазье. Стоит развернуть, например, руководство Beaumé, «Chimie expérim. et raisonnée» (1773), где автор называет огонь, воздух, воду и землю — первичными началами, входящими в состав всех известных тел. Лавуазье выделил огонь, то есть его источник — теплоту из класса весомых тел и отнёс его вместе со светом, магнетизмом и др. в разряд невесомых жидкостей (fluida).

Такое разделение внесло большую ясность как в общие воззрения, так и в расчёты химических превращений. Состав воздуха и воды был разъяснён Лавуазье, а что землю нельзя считать элементом, доказательств этому было уже накоплено много. Вместе с тем новое понятие об элементарных телах, установленное Бойлем (1661), было подкреплено Лавуазье и окончательно введено в науку. Понятие об элементарных телах могло быть в то время, конечно, чисто эмпирическое, так как для широкой философской его концепции не было ещё данных. Элементарными телами Лавуазье считал те, которые в его время оставались ещё неразложенными. Различие между двумя классами простых тел, металлами и металлоидами, принадлежит Лавуазье.

Вопрос о трёх состояниях тел, близко связанный с учением о стихиях, был выдвинут Лавуазье. В этом отношении в воззрениях Лавуазье на природу различных состояний и связь их с теплотой уже ясно намечаются воззрения нашего времени. Он признавал теоретически возможность превращения понижением температуры (и увеличением давления) всех газообразных тел в жидкости и в твёрдые тела («Traité», I, chap. 2). Эта мысль Лавуазье практически осуществлена была только в наше время работами Пикте, Кальете и др. над сжижением газов. По воззрению Лавуазье газы состоят из весомого «основания» и из невесомой материи, теплоты, благодаря которой они сохраняют своё газообразное состояние. Если материю тепла отнимать от газа, то остаётся весомая материя в жидком или твёрдом виде, смотря по количеству отнятого тепла.

Когда кислород соединяется с горючим телом, то тепло, скрытое в газообразном кислороде, освобождается и выделяется в виде жара и огня. Лавуазье первый придал важное значение количественной стороне химических превращений веществ и сделал весы необходимой принадлежностью химической лаборатории. Он сам во всех своих исследованиях руководился тем принципом, что при различных химических превращениях вещество не пропадает, не творится вновь и что поэтому веса тел, участвующих в химическом превращении, до превращения и после него, остаются неизмененными. Это положение высказывалось Лавуазье неоднократно, напр. в «Traité» (I, chap. 13). Со времени Лавуазье указанная истина легла в основание научной химической системы («закон вечности вещества») и вместе с другой истиной, добытой в нашем веке физикой, именно — законом сохранения энергии, составляет основу современной философии природы.