А. Азимов - Краткая история химии (1118124), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Развивающиеся наука о минералах и медицина оказались настолько заманчивыми идоходными, что не было никакого смысла терять время на нескончаемые безуспешныепопытки получить золото.И действительно, в XVII в. значение алхимии неуклонно уменьшалось, а в XVIII в. онапостепенно стала тем, что мы сегодня называем химией.Глава 3 ПЕРЕХОДНЫЙ ПЕРИОДИЗМЕРЕНИЕНесмотря на бурное развитие, химическая наука в определенном отношении все-такиотставала от других областей знания.Так, например, в астрономии значение количественных измерений и необходимостьматематической обработки данных были уяснены еще в древние времена. Объясняется этоскорее всего тем, что астрономические проблемы, рассматриваемые древними, былиотносительно просты и некоторые из этих проблем можно было решать, пользуясь толькопланиметрией.Итальянский ученый Галилео Галилей (1564-1642), изучавший в 90-х годах XVI в.падение тел, первым показал необходимость тщательных измерений и математическойобработки данных физического эксперимента.
Результаты его работ почти столетие спустяпривели к важным выводам английского ученого Исаака Ньютона (1642-1727). В своей книге"Начала математики" ("Principia Mathematica"), опубликованной в 1687 г., Ньютонсформулировал три закона движения, которыми завершилась разработка основ механики. Набазе этих законов в последующие два столетия развивалась классическая механика. В той жекниге Ньютон сформулировал и закон тяготения, который более двух веков также служилвполне приемлемым объяснением движения планет и звездных систем и до сих порсправедлив в пределах представлений классической механики.При выведении закона тяготения Ньютон применил теорию чисел - новую и мощнуюобласть математики, которую он сам и разрабатывал.При Ньютоне научная революция достигла своей высшей точки.
Авторитетдревнегреческих теорий был заметно поколеблен, ученые Западной Европы намногопревзошли их, и можно было больше не оглядываться назад.В химии переход от простого качественного описания к тщательному количественномуизмерению был осуществлен лишь столетие спустя после открытий Ньютона. Как это нипарадоксально, но, возводя здание классической астрономии и физики, грандиозность икрасота которого восхитили научный мир, Ньютон оставался приверженцем алхимии истрастно искал рецепт превращения металла в золото.Но химики лишь отчасти виноваты в том, что путь к неосуществимой цели оказалсястоль долгим.
Все дело в том, что количественные методы Галилея и Ньютона очень трудноприложить к химии. Ведь для этого необходимо результаты химических опытов представитьтаким образом, чтобы их можно было подвергнуть математической обработке.И все же химики делали успехи, и уже во времена Галилея наблюдались слабыеприметы грядущей революции в химии. Эти приметы имелись, например, в работефламандского врача Яна Баптиста Ван Гельмонта (1579- 1644). Ван Гельмонт выращивалдерево в заранее отмеренном количестве почвы, куда систематически добавлял воду, исистематически тщательно взвешивал дерево. Поскольку Ван Гельмонт надеялся обнаружитьисточник живой ткани, образуемой деревом, то можно сказать, что он применял измерение ив химии, и в биологии.До Ван Гельмонта единственным известным и изученным воздухоподобным веществомбыл сам воздух, который казался достаточно характерным и непохожим на другие вещества,чтобы древние греки посчитали его одним из элементов (гл.
1). Несомненно, алхимики всвоих опытах часто получали что-то подобное "воздуху" и "пару", но эти вещества былипочти неуловимы, их трудно было изучать и наблюдать и легко было не заметить. О том, чток этим веществам относились как к таинственным, говорят хотя бы их названия. Так, спирт впереводе с латинского означает "дух", "душа", "дыхание".Ван Гельмонт первым из химиков обратил внимание на пары, образующиеся впроцессе некоторых реакций, и начал их изучать. Он обнаружил, что пары в чем-тонапоминают воздух, но во многом от него и отличаются.
В частности, он нашел, что навоздух похожи и пары, образующиеся при горении дерева, хотя ведут себя они несколькоиначе.Эти воздухоподобные вещества, не имеющие постоянного объема или формы,напомнили Ван Гельмонту греческий "хаос" - вещество первоздания, бесформенное ибеспорядочное, из которого (согласно древнегреческой мифологии) был создан космос. ВанГельмонт назвал эти пары "хаосом", но, согласно фламандскому фонетическому строю, этослово произносится как газ4.
Так называют воздухоподобные вещества и в наше время.Газ, полученный при горении дерева и изученный им с особой тщательностью, онназвал "лесной газ" (gas sylvestre). Сегодня мы называем этот газ диоксидом углерода. Приизучении газов как простейшей формы материи впервые была использована техника точныхизмерений, т. е.
количественного исследования явлений, которая и послужила столбовойдорогой в мир современной химии.ЗАКОН БОЙЛЯК концу жизни Ван Гельмонта интерес к газам и особенно к воздуху наиболеераспространенному газу неожиданно возрос. В 1643 г. итальянский физик ЭванджелистаТорричелли (1608-1647) сумел доказать, что воздух оказывает давление. Торричеллипоказал, что воздух может поддерживать столбик ртути высотой в 28 дюймов. Так былизобретен барометр. После этого открытия газы стали казаться менее загадочными. Каквыяснилось, подобно жидкостям и твердым веществам, они имеют вес и от жидкостей итвердых веществ отличаются главным образом гораздо меньшей плотностью.Немецкий физик Отто фон Герике (1602-1686) убедительно показал, что атмосферныйвоздух имеет вес. Герике изобрел воздушный насос, при помощи которого воздухвыкачивали из сосуда, так что давление воздуха снаружи сосуда становилось больше, чемвнутри.
В 1654 г. по заказу Герике был изготовлен прибор, состоящий из двух медныхполушарий (чтобы соединение было плотным, между полушариями помещали кожаноекольцо, пропитанное раствором воска в скипидаре). Соединив эти полушария, Герикеоткачал из полученного шара воздух. Наружный воздух давил на полушария и удерживал ихвместе, так что их не могли разъединить упряжки лошадей, изо всех сил тянувшиеполушария в разные стороны. Когда же Герике впускал в шар воздух, полушарияраспадались сами.
Этот опыт пошел в историю науки как опыт с "магдебургскимиполушариями".Такого рода демонстрации повышали интерес к свойствам воздуха. В частности, онипривлекли внимание ирландского химика Роберта Бойля (1627-1691). СконструированныйБойлем воздушный насос был совершеннее насоса Герике.
Освоив методику откачиваниявоздуха из сосуда, Бойль решил попытаться сделать обратное - сжать воздух.В ходе опытов Бойль обнаружил, что объем данной массы воздуха обратнопропорционален давлению (рис. 4). Заливая ртуть в очень длинную трубку особойU-образной формы, Бойль запирал пробу воздуха в коротком запаянном конце трубки.Добавляя ртуть в длинный открытый конец трубки, можно было увеличить давление. КогдаБойль добавил такое количество ртути, при котором давление на воздух увеличивалось вдвое(удвоенная масса ртути), объем воздуха уменьшился также вдвое.
Если давлениеувеличивалось втрое, объем уменьшался втрое. В то же время, если давление снижалось,объем увеличивался. Открытая Бойлем обратная зависимость объема от давления получиланазвание закона Бойля, Первое сообщение об этом законе было опубликовано в 1662 г.Бойль не оговорил особо, что его закон действителен только при постояннойтемпературе. Возможно, он понимал это и считал само собой разумеющимся. Французскийфизик Эдм Мариотт (1630- 1684), независимо от Бойля открывший этот закон в 1676 г.,особо подчеркивал, что такая зависимость объема от давления наблюдается только припостоянной температуре.
По этой причине закон Бойля в континентальной Европе частоназывают законом Мариотта.Рис. 4. Схема опыта (а), показывающего, что объем газа обратно пропорционалендавлению при постоянной температуре (закон Бойля), и полученная кривая зависимостиобъем - давление (б). Ртуть, налитая в длинное плечо U-образной трубки, запирает воздух вкоротком плече.
С увеличением массы ртути высота столбика воздуха уменьшается.Закон Бойля явился первой попыткой применить точное измерение при выяснениипричин изменения веществ5. Опыты Бойля привлекли внимание атомистов, к числу которыхпринадлежал и сам Бойль. Как уже отмечалось выше, атомистические взгляды античныхученых, изложенные в поэме Тита Лукреция Кара (см. гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
