Ответы (7) (1183892), страница 5
Текст из файла (страница 5)
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. 1), разделяли многие европейскиеученые того времени. Убежденным атомистом был и французский философ Пьер Гассенди(1592-1655), под влиянием которого сторонником атомистической теории стал и Бойль6.Однако, пока химики занимались изучением только жидкостей и твердых веществ,доказать справедливость этой теории было чрезвычайно трудно, и во времена Бойля такихдоказательств было ничуть не больше, чем во времена Демокрита (см. гл. 1). Жидкости итвердые вещества подвергаются сжатию лишь в незначительной степени.
Если эти веществаи состоят из атомов (материя дискретна) и атомы в них соприкасаются между собой, тобольше сблизить их нельзя. Если же жидкости и твердые вещества представляют собой"сплошное" вещество (материя непрерывна), то их также очень трудно подвергнуть сжатию.Поэтому доказать, что жидкости и твердые вещества состоят из атомов, было очень трудно.Как же доказать, что атомы существуют?В отличие от твердых веществ и жидкостей воздух, как наблюдали еще в древности, аБойль в свое время наглядно доказал, легко сжимается. Объяснить это можно, толькоприняв, что воздух состоит из мельчайших атомов, разделенных пустым пространством.Сжатие воздуха в этом случае обусловлено сближением атомов в результате сжатия пустогопространства между ними.Если газы состоят из атомов, то вполне можно допустить, что жидкости и твердыевещества также состоят из атомов. Например, как испаряется вода? В процессе испарения"исчезают" одна за другой мельчайшие частички воды.
Совсем нетрудно представить себе,что вода превращается в пар атом за атомом. Если воду нагревают, она кипит, и при этомобразуется пар. Водяной пар имеет физические свойства воздухоподобного вещества, и,следовательно, вполне естественно предположить, что он состоит из атомов. Но если водасостоит из атомов, будучи в газообразной форме, то почему она не может состоять изатомов, находясь в жидком или твердом (в виде льда) состоянии? А если это справедливо дляводы, то почему не может быть справедливо для всех видов материи?Доводы такого рода производили впечатление, и впервые за свою двухтысячелетнююисторию атомизм начал завоевывать приверженцев, число которых быстро росло (например,к атомизму пришел Ньютон).
И тем не менее понятие "атом" оставалось неясным. Об атомахничего нельзя было сказать, кроме того, что если они существуют, то с их помощью прощеобъяснять поведение газов. Лишь спустя полтора столетия атомизм вновь привлек вниманиехимиков.НОВЫЙ ВЗГЛЯД НА ЭЛЕМЕНТЫКо времени начала научной деятельности Бойля термины "алхимия" и "алхимик" почтиисчезли из научной литературы.
Не удивительно, что Бойль опустил первый слог слова"алхимик" в названии своей книги "Химик-скептик" ("The Sceptical Chymist"),опубликованной в 1661 г. С тех пор наука стала называться химией, а работающие в этойобласти - химиками.Бойль называл себя "скептиком", потому что не хотел более слепо следоватьпредставлениям античных авторитетов. В частности, Бойль не принимал утверждениядревних философов, считавших, что элементы мироздания можно установить умозрительно.Вместо этого он определял элементы как таковые практическим путем. Элемент, каксчиталось еще со времен Фалеса (см. гл.
1), - это одно из основных простых веществ,составляющих Вселенную. Но установить, что предполагаемый элемент действительноявляется элементом, можно только с помощью эксперимента. Если вещество можноразложить на более простые компоненты, следовательно, оно не является элементом, аполученные более простые вещества могут представлять собой элементы или по крайнеймере могут считаться таковыми до тех пор, пока химики не научатся разлагать и их на ещеболее простые вещества. Если два вещества являются элементами, то они могут соединитьсяи образовать третье однородное вещество, называемое соединением. Такое соединениеможно разложить на два исходных элемента.
Но с этой точки зрения термин "элемент" имееттолько условное значение. Вещество типа, например, кварца может считаться элементом дотех пор, пока химику-экспериментатору не удается получить из него два или более простыхвещества. В соответствии с этой точкой зрения считать какое-либо вещество элементомможно было лишь условно, поскольку с развитием науки этот предполагаемый элементудастся расщепить на еще более простые вещества. Только в XX столетии стало возможнымустановить природу элементов не в условном плане (см. гл. 13).Тот простой факт, что Бойль добивался экспериментального подхода к определениюэлементов (подхода, который в конечном счете и был принят), не означал, что он знал осуществовании различных элементов.
Вполне могло оказаться, что экспериментальныйподход подтвердил бы существование "греческих элементов": огня, воздуха, воды и земли.Бойль, например, был убежден в обоснованности воззрений алхимиков, считавших, чтометаллы не являются элементами и что одни металлы можно превратить в другие. В 1689 г.Бойль настоял, чтобы Британское правительство отменило закон, запрещающий алхимикампроизводить золото (правительство, кроме всего прочего, опасалось экономическихпоследствий), так как верил в возможность получения золота из "основного металла"7 исчитал, что, получив таким образом золото, удастся подтвердить атомную структуруматерии.Однако в этом Бойль ошибался: металлы оказались элементами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
