А. Азимов - Краткая история химии (1118124), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Горение дерева также сопровождаетсяприсоединением воздуха, но увеличения веса в этом случае не наблюдается, так какобразовавшееся новое вещество углекислый газ улетучивается в атмосферу. Оставшаяся золалегче сгоревшего дерева. Если бы горение дерева проходило в закрытом сосуде иобразующиеся при этом газы оставались бы в сосуде, тогда можно было бы показать, что весзолы плюс вес образовавшихся газов плюс вес того, что осталось от воздуха, равняетсяначальному весу дерева и воздуха.Обдумывая результаты проведенных им опытов, Лавуазье пришел к мысли, что еслиучитывать все вещества, участвующие в химической реакции, и все образующиеся продукты,то изменения в весе никогда наблюдаться не будет8.
(Говоря более точным языком физиков,не произойдет изменения массы.) Другими словами, Лавуазье пришел к выводу, что массаникогда не создается и не уничтожается, а лишь переходит от одного вещества к другому.Это положение, известное как закон сохранения массы, стало краеугольным камнем химииXIX в.9Успехи, достигнутые Лавуазье благодаря использованию метода количественныхизмерений, были настолько велики и очевидны, что этот метод был безоговорочно принятвсеми химиками.ГОРЕНИЕОднако сам Лавуазье был не вполне доволен полученными результатами. Присоединении воздуха с металлом образовывалась окалина, а при соединении с деревом - газы.Но почему в таком взаимодействии участвовал не весь воздух, а только примерно пятаячасть его?В октябре 1774 г.
Париж посетил Пристли и рассказал Лавуазье о своем открытии"дефлогистированного воздуха". Лавуазье сразу же оценил значение этого открытия. В 1775г. он выступил с докладом в Академии наук, а вскоре подготовил и статью, в которойутверждал, что воздух является не простым веществом, а смесью двух газов. Одну пятуювоздуха, по мнению Лавуазье, составляет "дефлогистированный воздух" Пристли (Лавуазье,к сожалению, оспаривал у Пристли честь открытия кислорода). И именно эта часть воздухасоединяется с горящими или ржавеющими предметами, переходит из руд в древесный угольи необходима для жизни.Рис.
7. Схемы опытов, проведенных Лавуазье, показанные в его книге "Элементарныйкурс химии" (рисунки сделаны женой Лавуазье).Лавуазье назвал этот газ кислородом, т. е. порождающим кислоты, так как полагал, чтокислород - необходимый компонент всех кислот. В этом, как в дальнейшем выяснилось, оношибался.Второй газ, составляющий четыре пятых воздуха ("флогистированный воздух"Резерфорда), был признан совершенно самостоятельным веществом. Этот газ неподдерживал горения, мыши в нем гибли.
Лавуазье назвал его азотом безжизненным.Позднее азот был переименован в нитроген10, что в переводе с латинского означаетселитрообраэующий, поскольку выяснилось, что азот является составной частьюраспространенного минерала селитры.Лавуазье был убежден (и, надо сказать, совершенно справедливо), что жизньподдерживается процессом, сходным с процессом горения: ибо мы вдыхаем воздух, богатыйкислородом и бедный углекислым газом, а выдыхаем воздух, бедный кислородом изначительно обогащенный углекислым газом.
Он и его коллега Пьер Симон де Лаплас(1749-1827), впоследствии известный астроном, попытались измерить количествовдыхаемого животным кислорода и выдыхаемого им углекислого газа. Результаты оказалисьозадачивающими - часть вдыхаемого кислорода не превратилась в выдыхаемый углекислыйгаз.Как мы отмечали выше, в 1783 г. Кавендиш все еще изучал "горючий газ". Он сжигалчасть определенного объема этого газа и тщательно изучал образующиеся при этомпродукты. Кавендиш выяснил, что образующиеся при горении газы конденсируются вжидкость, которая, как показали анализы, является всего-навсего водой.Важность этого открытия трудно было переоценить. Теории элементов-стихий былнанесен еще один тяжелый удар, поскольку выяснилось, что вода не простое вещество, апродукт, образующийся при соединении двух газов.Лавуазье, узнав об этом опыте, назвал газ Кавендиша водородом ("образующим воду")и отметил, что водород горит, соединяясь с кислородом, и, следовательно, вода являетсясоединением водорода и кислорода.
Лавуазье также полагал, что пищевая субстанция иживая ткань представляют собой множество различных соединений углерода и водорода,поэтому при вдыхании воздуха кислород расходуется на образование не только углекислогогаза из углерода, но и воды из водорода. Таким образом Лавуазье объяснил, куда расходуетсята часть кислорода, которую он никак не мог учесть в своих первых опытах по изучениюдыхания11.Новые теории Лавуазье повлекли за собой полную рационализацию химии. Былопокончено со всеми таинственными "элементами". С того времени химики сталиинтересоваться только теми веществами, которые можно взвесить или измерить каким-либодругим способом.Заложив таким образом фундамент химической науки, Лавуазье решил занятьсянадстройкой. В течение 80-х годов XVIII в. Лавуазье в сотрудничестве с тремя другимифранцузскими химиками - Луи Бернаром Гитоном де Морво (1737-1816), Клодом ЛуиБертолле (1748-1822) и Антуаном Франсуа де Фуркруа (1755-1809) - разработал логическуюсистему химической номенклатуры.
Этот труд был опубликован в 1787 г.Таблица простых веществ, относящихся ко всем царствам природы,которые можно рассматривать как элементыНовые названия Старые названияСвет СветТеплотаСоставная частьТеплород Ранее не были известныБорный радикалПростые металлические вещества,способные окисляться и образовывать кислотыНовые названия Старые названияАнтимоний (сурьма) Антимоний (сурьма)Мышьяк МышьякВисмут ВисмутКобальт КобальтМедь МедьЗолото ЗолотоЖелезо ЖелезоСвинец СвинецМарганец МарганецРтуть РтутьМолибден МолибденНикель НикельПлатина ПлатинаСеребро СереброОлово ОловоВольфрам ВольфрамЦинк ЦинкПростые солеобразующие вещества земного происхожденияНовые названия Старые названияИзвесть кислород-17 + водород-1.Рис. 23. Схема опыта Резерфорда.
Испускаемые альфа-частицы отклоняются припрохождении через золотую фольгу; величина отклонения фиксируется при соударениичастиц с флуоресцентным экраном.Преобразовав один элемент в другой, он осуществил трансмутацию. Так в XX в.осуществилась самая заветная мечта алхимиков.В последующие пять лет Резерфорд провел серию других ядерных реакций сиспользованием альфа-частиц. Однако возможности его были ограничены, посколькурадиоактивные элементы давали альфа-частицы только со средней энергией. Необходимыбыли частицы с гораздо большими энергиями.Физики принялись за создание устройств, предназначенных для ускорения заряженныхчастиц в электрическом поле.
Заставив частицы двигаться с ускорением, можно былоповысить их энергию. Английский физик Джон Дуглас Кокрофт (1897-1967) совместно сосвоим сотрудником ирландским физиком Эрнестом Томасом Синтоном Уолтоном (род. в1903 г.) первыми разработали идею ускорителя, позволявшего получать частицы с энергией,достаточной для осуществления ядерной реакции. В 1929 г. такой ускоритель был построен.Спустя три года эти же физики бомбардировали атомы лития ускоренными протонами иполучили альфа-частицы. Эту ядерную реакцию можно записать следующим образом:водород-1 + литий-7 -> гелий-4 + гелий-4.В ускорителе Кокрофта - Уолтона и ряде других подобных ускорителей частицыперемещались по прямолинейной траектории.
Получить в таком ускорителе частицы свысокой энергией можно было только при достаточной длине пути частиц, поэтомуускорители такого типа были чрезвычайно громоздки. В 1930 г. американский физик ЭрнестОрландо Лоуренс (1901-1958) предложил ускоритель, в котором частицы двигались по слаборасходящейся спирали. Этот относительно небольшой циклотрон мог давать частицы скрайне высокой энергией.Первый очень маленький циклотрон Лоуренса является предшественникомсовременных гигантских установок в полкилометра в окружности, которые используются впоисках ответов на сложнейшие вопросы, связанные со строением материи.В 1930 г. английский физик Пауль Адриен Моррис Дирак (1902-1984) теоретическиобосновал предположение о том, что и протоны и электроны должны иметь своиантичастицы.
Антиэлектрон должен обладать массой электрона, но должен быть заряженположительно, антипротон должен обладать массой протона, но быть заряжен отрицательно.Антиэлектрон был обнаружен в 1932 г. американским физиком Карлом ДэвидомАндерсоном (1905-1991) во время исследования космических лучей51. Когда космическиелучи сталкиваются с ядрами атомов в атмосфере, то при этом образуются частицы, которыеотклоняются в магнитном поле на такой же угол, что и электроны, но в противоположномнаправлении. Частицы такого рода Андерсон назвал позитронами.Антипротон не удавалось обнаружить еще в течение четверти столетия. Посколькумасса антипротона в 1836 раз больше массы антиэлектрона, то для образования антипротонатребуется в 1836 раз больше энергии, и поэтому до 50-х годов XX в.
это превращение былонеосуществимо. В 1955 г. американским физикам Эмилио Сегре (1905-1989) и ОуэнуЧемберлену (род. в 1920 г.) удалось, используя мощные ускорители, получить и обнаружитьантипротон.Было установлено, что могут существовать такие своеобразные атомы, у которыхотрицательно заряженные ядра, содержащие антипротоны, окружены положительнозаряженными позитронами. Естественно, что такое антивещество не может долгосуществовать ни на Земле, ни, вероятно, даже в пределах нашей Галактики, поскольку приконтакте вещества с антивеществом они аннигилируют (уничтожаются), высвобождаяогромное количество энергии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
