А. Азимов - Краткая история химии (1118124), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Он предположил, что твердыевещества состоят из трех видов "земли", и один из этих видов, названный им "жирная земля"(terra pinguis), принял за "принцип горючести". Последователем весьма туманныхпредставлений Бехера был немецкий врач и химик Георг Эрнст Шталь (1660-1734). Он ещераз обновил название "принцип горючести", назвав его флогистоном - от греческого цРезерфорд был близок к открытию четвертого газа - азота. Пристли сопутствовала удача: онвыделил и изучил еще ряд газов.Опыты Пристли с углекислым газом показали, что газы могут растворяться в воде и,следовательно "теряться", поэтому он попытался собирать газы не над водой, а над ртутью.Таким образом Пристли сумел собрать и изучить такие газы, как оксид азота (I), аммиак,хлорид водорода и диоксид серы (мы даем современные названия газов). Все эти газынастолько хорошо растворяются в воде, что, проходя через нее, полностью поглощаются.В 1774 г.
Пристли сделал, возможно, самое важное свое открытие. Как уже говорилосьвыше, он собирал газы над ртутью. При нагревании на воздухе ртуть образуеткирпично-красную "окалину" (оксид ртути). Пристли клал немного окалины в пробирку инагревал ее, фокусируя на ней с помощью линзы солнечные лучи. Окалина при этом вновьпревращалась в ртуть, и в верхней части пробирки появлялись блестящие шарики металла.При разложении окалины выделялся газ с весьма необычными свойствами.
Горючиевещества горели в этом газе быстрее и ярче, чем на воздухе. Тлеющая лучина, брошенная всосуд с этим газом, вспыхивала ярким пламенем.Пристли пытался объяснить это явление, используя теорию флогистона. Посколькугорючие вещества горели в этом газе весьма ярко, то они должны были очень легко выделятьфлогистон. Чем объяснить это? Как следует из теории флогистона, воздух легко поглощаетфлогистон, но до определенного предела, после чего горение прекращается.
В открытомПристли газе горение шло лучше, чем в воздухе, и он решил, что этот газ совсем не содержитфлогистона. Пристли назвал открытый им газ "дефлогистированным воздухом". (Однакочерез несколько лет его переименовали в кислород, этим названием мы пользуемся исегодня.)"Дефлогистированный воздух" Пристли казался своего рода антиподом"флогистированного воздуха" Резерфорда. В последнем газе мыши умирали, тогда как впервом были весьма деятельными.Пристли сам попробовал подышать "дефлогистированным воздухом" и почувствовалпри этом себя "легко и свободно".Однако в открытии кислорода и Резерфорда и Пристли опередил шведский химик КарлВильгельм Шееле (1742-1786) - представитель той плеяды химиков, которые вывелиШвецию в XVIII в. на передовые позиции науки.Приблизительно в 1735 г.
шведский химик Георг Брандт (1694-1768) начал изучатьголубоватый минерал, напоминавший медную руду. Несмотря на такое сходство, получитьиз этого минерала медь при обычной обработке не удавалось. Рудокопы полагали, что этаруда заколдована земными духами "кобольдами". В 1742-1744 гг. Брандт сумел показать, чтоголубоватый минерал содержит не медь, а совершенно иной металл, напоминающий посвоим химическим свойствам железо. Этот металл получил название кобальт.В 1751 г.
Аксель Фредрик Кронстедт (1722-1765) открыл новый металл никель, оченьпохожий на кобальт; Иоганн Готлиб Ган (1745-1818) выделил в 1774 г. марганец, а ПетерЯкоб Гьельм (1746-1813) получил в 1782 г. молибден.Рис. 6. Паяльная трубка, введенная в лабораторную практику шведским химикомКронстедтом (1722-1765), более века была ключевым инструментом химического анализа;этот метод используется до сих пор. Струя воздуха повышает температуру пламени и можетменять его направление.Кронстедт при изучении минералов впервые применил паяльную трубку (рис. 6).
Этобыла длинная, постепенно сужающаяся трубка, из узкого конца которой выходила струясжатого воздуха.Когда такую струю направляли в пламя, температура его повышалась. Минералы,нагреваемые в пламени паяльной трубки, окрашивали его в различные цвета, поэтому поцвету пламени можно было судить о природе и составе минерала, о природе образовавшихсяпаров и твердого остатка.
На протяжении столетия паяльная трубка оставалась основныминструментом химического анализа.Благодаря использованию новых технических приемов, подобных анализу в пламенипаяльной трубки, химикам удалось накопить достаточно много данных о минералах. Исходяиз этих данных Кронстедт вполне справедливо полагал, что минералы следуетклассифицировать не только в соответствии с их внешним видом, но и в соответствии с иххимической структурой. В 1758 г. он выпустил книгу "Система минералогии", в которойдетально описал новую систему классификации.Эта работа была продолжена другим шведским минералогом Торберном УлафомБергманом (1735-1784).
Бергман развил теорию, объясняющую, почему одно веществореагирует с другим веществом, но не реагирует с третьим. Он же предположил, что междувеществами существует "сродство" (affinities), и составил тщательно выверенные таблицыразличных величин сродства.
Эти таблицы пользовались широкой известностью при жизниих создателя и пережили его на несколько десятилетий.Шееле, еще будучи помощником аптекаря, обратил на себя внимание Бергмана,который помогал ему и поддерживал его. Шееле открыл ряд кислот растительного иживотного происхождения, в том числе винную, лимонную, бензойную, яблочную,щавелевую, галловую, молочную, мочевую, а также такие минеральные кислоты, какмолибденовая и мышьяковая.Шееле получил и изучил три сильно ядовитых газа: фторид водорода, сульфидводорода и цианид водорода. (Предполагают, что его ранняя смерть явилась результатоммедленного отравления химикалиями, так как он имел обыкновение пробовать на вкус тевещества, с которыми работал.)Шееле был в числе тех химиков, исследования которых привели к открытию многихэлементов, и пользовался большим уважением шведских коллег.
Наиболее важные егооткрытия - получение кислорода и азота (соответственно в 1771 и 1772 гг.). Шееле получалкислород, нагревая вещества, непрочно его удерживающие. В частности, он нагревал тотсамый красный оксид ртути, которым несколько лет спустя воспользовался Пристли. Шеелеподробно описал свои опыты по получению и столь же подробно описал свойства"огненного воздуха" (так он называл кислород), но из-за небрежности его издателя этиописания не появлялись в печати до 1777 г. К этому времени вышли труды Резерфорда иПристли, которые и завоевали честь первооткрывателей.ТРИУМФ ИЗМЕРЕНИЯК концу XVIII в. был накоплен большой экспериментальный материал, которыйнеобходимо было систематизировать в рамках единой теории. Создателем такой теории сталфранцузский химик Антуан-Лоран Лавуазье (1743-1794).
С самого начала своейдеятельности на поприще химии Лавуазье понял важность точного измерения. Его перваязначительная работа (1764 г.) была посвящена изучению состава минерального гипса.Нагревая этот минерал, Лавуазье удалял из него воду и определял количество полученнойтаким образом воды. Лавуазье принял сторону тех химиков, которые, подобно Блэку иКавендишу, применяли измерение при изучении химических реакций. Однако Лавуазьеиспользовал более систематический подход, что позволило ему доказать несостоятельностьстарых теорий, уже не только бесполезных, но и мешавших развитию химии.
Даже в 1770 г.ряд ученых придерживались старого определения элементов и утверждали, чтотрансмутация возможна, поскольку воду, например, при длительном нагревании можнопревратить в землю. Предположение о возможности превращения воды в землю считалосьсправедливым (вначале даже самим Лавуазье), так как при длительном нагревании воды (втечение нескольких дней) в стеклянном сосуде образовывался твердый осадок. Лавуазьерешил проверить возможность превращения воды экспериментальным путем. С этой цельюон в течение 101 дня кипятил воду в сосуде, в котором водяной пар конденсировался ивозвращался обратно в колбу, так что возможность какой-либо потери вещества в процессеопыта была исключена. И разумеется, Лавуазье не забывал о точности эксперимента.
Онвзвешивал и сосуд и воду до и после нагревания.Осадок при этом действительно появился, но вес воды не изменился. Следовательно,вода не могла образовать осадок. Однако вес самого сосуда, как выяснилось, уменьшился какраз на столько, сколько весил осадок. Другими словами, осадок появился не в результатепревращения воды в землю, а в результате медленного разъедания стеклянных стенок сосудагорячей водой.
Осадок образовывало выщелоченное стекло, осаждавшееся в виде твердыхпластинок. Этот пример наглядно показывает, что простое наблюдение может привести кошибочным выводам, тогда как количественное измерение позволяет установить истинныепричины явления.Вопрос о том, что такое процесс горения, интересовал всех химиков XVIII в., иЛавуазье также не мог не заинтересоваться им. В 60-х годах XVIII в.
он получил золотуюмедаль за исследование, посвященное улучшению способов уличного освещения. В 1772 г.Лавуазье в складчину с другими химиками приобрел алмаз. Он поместил этот алмаз взакрытый сосуд и нагревал до тех пор, пока алмаз не исчез. При этом образовалсяуглекислый газ. Таким образом было убедительно доказано, что алмаз состоит из углерода и,следовательно, алмаз ближе всех других веществ к углю.Продолжая свои опыты, Лавуазье нагревал в закрытых сосудах с ограниченнымобъемом воздуха такие металлы, как олово и свинец. Сначала на поверхности обоихметаллов образовывался слой окалины, но в определенный момент ржавление прекращалось.Сторонники теории флогистона сказали бы, что воздух поглотил из металла весьсодержащийся в нем флогистон. В то время уже доподлинно было известно, что окалинавесит больше, чем сам металл, однако, когда после нагревания Лавуазье взвесил сосудвместе со всем содержимым (металлом, окалиной, воздухом и пр.), оказалось, что он веситровно столько же, сколько и до нагревания.Из этих данных следовало, что если, частично превратившись в окалину, металлувеличил свой вес, то что-то еще из содержащегося в сосуде потеряло эквивалентноеколичество веса.
Это "что-то еще" могло быть и воздухом. Однако в этом случае в сосудедолжен был образоваться вакуум. Действительно, когда Лавуазье открыл сосуд, тудаустремился воздух, и вес сосуда и его содержимого увеличился.Таким образом Лавуазье показал, что металл превращается в окалину не в результатепотери мистического флогистона, а вследствие присоединения порции самого обычноговоздуха.Это открытие позволило выдвинуть новую теорию образования металлов и руд.Согласно этой теории, в руде металл соединен с газом. Когда руду нагревают на древесномугле, уголь адсорбирует газ из руды; при этом образуются углекислый газ и свободныйметалл.Таким образом, в отличие от Шталя, который считал, что плавка металла включаетпереход флогистона из древесного угля в руду, Лавуазье представлял себе этот процесс какпереход газа из руды в уголь. Однако имело ли смысл толкование Лавуазье предпочестьтолкованию Шталя? Да, имело, поскольку предположение Лавуазье о переходе газапозволяло объяснить причины изменения веса веществ в результате горения.Окалина тяжелее металла, из которого она образовалась, ровно на столько, скольковесит соединившееся с металлом количество воздуха.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
