Ascold_Asice все записи автора Одним из направлений, которое сложилось в химии в период господства теории флогистона, является пневматическая химия. Важность этого направления связана с тем, что оно подготовило базу, на которой в дальнейшем стала развиваться химическая атомистика.
До середины 17в. газы не различались. Лишь Ван-Гельмонт отметил существование ″лесного духа″, как особого газа. После него исследования газов велось эпизодически (Ж. Рей, Дж. Майов, Р. Бойль). Это положение было связано с тем, что отсутствовали методы получения и собирания газов. Лишь в первой половине 18в. Гейлс описал так называемую пневматическую волну. Это стимулировало расширение тематики работ по изучению газов.
Одним из первых химиков пневматиков был Дж. Блэк. Хотя исследования Дж. Блэка и немногочисленны, они оказали огромное влияние на дальнейшее развитие химии. Тема первого исследования была поставлена им в связи с поиском эффективного средства для растворения камней в мочевом пузыре. Для этого применялись щелочи.
Желая смягчить действие подобных средств, Блэк занялся изучением природы едкости щелочи. В то время считалось, что она связана с наличием в их составе элемента- огня. Выдвинутая Р. Бойлем гипотеза о наличии такой материи не подвергалась фактически сомнению. Блэк убедился в ошибочности этой точки зрения. Он показал, что при приливании известняка к нему не только не присоединяется никакая материя, но, наоборот, выделяется газ, который легко связывается едкими щелочами, поэтому он был назван "фиксируемый воздух". Аналогичный результат был получен при прокаливании магнезии. В дальнейших исследованиях Блэк показал, что "фиксируемый воздух" выделяется из известняка и белой магнезии при действии кислот. Используя широко в своих работах весы, Блэк показал, что если прокалить магнезию, а затем подействовать на нее поташом, то из саженой магнезии получается ровно такое же количество белой магнезии. Это дало основание Блэку утверждать, что "мягкие щелочи " содержат "фиксируемый воздух".
Эти работы Блэка получили большой резонанс и в основном критическую оценку.
Пневматические исследования Блэка получили продолжение в работах Кавендыша, Пристли и Шееле.
Работы Кавендыша разноплановы. Результаты этих работ могли бы ускорить развитие химии, если бы были опубликованы. Достаточно сказать, что изучение архивного материала Кавендыша Рамзаем, натолкнуло его на мысль, что инертные газы присутствуют в воздухе и успешно решить задачу их получения.
Среди опубликованных при жизни работ Кавендыша следует отметить" Опыты с искусственным воздухом" (1766 г.) В этой работе Кавендыш описывает "горючий газ", который и является, по его мнению, флогистоном. К тому же легкость этого газа подтверждала взгляд ученых- флогистонов об "отрицательном весе". Определив плотность водорода по воздуху, Кавендыш убедился, что "горючий газ" имеет вес, и отказался от предположения, что это чистый флогистон.
Среди опубликованных работ Кавендыша следует выделить "Эксперименты с воздухом". В ней он описывает опыт по получению воды из "дефлогистированного" воздуха (кислорода) при его "флогистации" водородом. В этих работах Кавендыш применяет количественные методы анализа. Он установил, что в воздухе содержание "дефлогистированного воздуха" 20,82% по объему. Он открыл азот в воздухе и различных соединений. Именно это послужило в дальнейшем основой для предположения о наличии в воздухе инертных газов.
Важнейшие исследования в области пневматической химии были проведены Д. Пристли. Не имея систематического образования в области естествознания, он работал в науке как любитель. Несмотря на это он внес существенные усовершенствования в аппаратуру для собирания газов. Так в качестве приемника в "пневматической ванне" Гейлса он предложил использовать ртуть. Благодаря этому удалось изучить те газы, которые растворимы в воде (HCI, SO2, NH3)
Работая с газами, Пристли впервые обнаружил, что "фиксируемый воздух" в присутствии зеленых растений приобретает свойства обычного воздуха.
Но величайшее открытие, которое впоследствии привело к кризису и крушению теории флогистона, было сделано 1 августа 1774 г. Из красной ртути, нагреванием при помощи большой зажигательной линзы, Пристли получил кислород, который был им назван "дефлогистированным воздухом".
Одновременно с Пристли кислород был открыт Шеели и назван им "огненным воздухом" или "жизненным воздухом".
К.В. Шееле является одним из самых плодовитых химиков 18в. Научные исследования Шеели охватывают многие области химии. Он выделил многие органические кислоты, описал различные способы получения серного эфира. Он установил, что для образования берлинской лазури необходимо железо. Действием на желтую кровяную соль серной кислоты получил синильную кислоту. В 1777г. Шееле получил H2S и другие сернистые соединения. Он одним из первых доказал, что металлы могут быть окислены в разной степени.
Из многочисленных исследований Шееле можно выделить работу с минералом флюритом (CaF2) из которого действием серной кислоты была получена плавиковая кислота.
Впервые Шееле получил «дефлогистированную соляную кислоту», которая позднее по предложению Г.Дэви стала называться хлором.
Но особенно важное значение среди трудов Шееле имеет «Химический трактат о воздухе и огне». Книга посвящена проблемам пневматической химии. В ней описывается опыт, поставленный Шееле для решении вопроса о возможности превращения воды в землю при длительном кипячении. Этот опыт был поставлен одновременно Шееле и Лавуазье и оба пришли к выводу, что обнаруживаемый осадок является продуктом выщелачивания стекла. Однако, в отличие от Лавуазье, который сделал этот вывод на основании взвешивания колбы до и после опыта, Шееле исследовал осадок и понял, что он состоит из кремневой земли с примесью извести.
Но основное внимание в этом трактате Шееле уделил исследованию газов и процессов горения. Будучи приверженцем теории флогистона, он пытался получить этот флогистон в чистом виде из воздуха. Исследуя воздух, он показал, что он имеет сложный состав, одним из компонентов которого является кислород в объеме от 1/5 до 1/4, который он назвал «огненный воздух». Этот «огненный воздух» он получил из различных оксидов и нитратов при нагревании. Но, будучи приверженцем теории флогистона, он не смог правильно объяснить свои наблюдения. Это удалось сделать только Лавуазье, который и дал «огненному воздуху» современное название «кислород».
Развитие пневматической химии представляло по существу одно из направлений химико-аналитических исследований. Оно привело к расширению фактического материала и дальнейшего развития исследований экспериментального и теоретического характера. Прямым исследованием этого была полная реформа химии в конце 18 в.

Кислородная теория Л. Лавуазье.

Переворот в химии, связанный с ниспровержением теории флогистона совпал по времени с Французской революцией. Она потребовала реформ в области образования и науки. Авторитет французских ученых в это время возрос.
Именно в это эпоху работал А.Л. Лавуазье. По настоянию отца, он получил юридическое образование. Но по завершению образования он переключился на занятия естественными науками.
В 1766г Лавуазье вместе с Геттером отправился в экспедицию для изучения рудных богатств и промышленности в Вогезы. Сообщение о полученных результатах не осталось незамеченным. В мае 1768г его избирают адъюктом Парижской академии наук по химии.
Создав свою собственную лабораторию, он напряженно занимался научными исследованиями.
В период с 1772 по 1787г была выполнена работа, результатом которой явилась реформа химии.
Одной из первых работ, которая фактически вела к новому этапу теоретических воззрений в химии, была экспериментальная проверка возможности превращения воды в землю, которая вела свое начало от учения Аристотеля о четырех элементов. Опыт продолжался 101 день, после чего весовым методом Лавуазье установил, что «земля, выделившаяся из воды во время перегонки, образовалась из вещества самого сосуда.
Со второй половины 1772г Лавуазье приступил к изучению процессов горения разнообразных веществ. При сжигании фосфора он указал, что выделяется флогистон, а белые пары, выделяющиеся при горении - это смесь кислоты с флогистоном.
Однако в ходе этих опытов Лавуазье обнаружил, что при горении и кальцинации увеличивается вес. Это навело его на мысль, что происходит присоединение какой-то субстанции при горении тел.
Он не оставил без внимания старое утверждение Р. Бойля, что при кальцинации металлов поглощается огненная материя. Экспериментальная проверка показала, что вес при кальцинации не меняется.
Все проведенные исследования Лавуазье были подчинены единственной цели систематически исследовать явления, связанные с горением и обжигом. Выводы, вытекающие из этих опытов, находились в полном противоречии с господствовавшей теорией флогистона.
Основываясь на опытах по сжиганию, он приходит к выводу о том, что воздух- это смесь. Он доказал, что часть воздуха, которая расходуется при сжигании не представляет собой «фиксируемый воздух» Блэк. Он отметил, что эта часть воздуха является «наиболее природный для дыхания» и был на пороге открытия кислорода.
Кислород был открыт практически в одно время Байесом, Шееле и Пристли, однако никто из авторов не понял истинного значения этого открытия. Лавуазье, фактически, лишь проверил опыты, о которых он получил сведения. Однако и здесь он шел своим путем.
Вначале он рассматривал проблему получения кислорода, как общую проблему разложения «металлических известей». Поэтому, подходя к проблеме с позиции флогистона, он пытался получить его из любой «металлической извести». Потерпев неудачу, он перешел к опытам с кранной ртутью.
В конце 1774г Лавуазье провел опыты по восстановлению оксида ртути двумя путями. Он прокалил его с углем и получил «фиксированный воздух» Блэка, а затем, прокалив образец без добавок посторонних веществ, он получил газ, который или был определен, как наиболее чистая часть этого самого воздуха, который нас окружает. Из этих опытов он сделал вывод, что при нагревании оксида ртути в смеси с углем последний соединяется с кислородом, т. е с «дефлогистированным воздухом» по Шееле.
Атаку на теорию флогистона Лавуазье начал в 1785г. Он выпустил мемуары « Размышление о флогистоне». Он был итогом многолетней работы, которая привела его к ясному пониманию явления горения. В своих мемуарах «О горении вообще» он выделил отличительные особенности процесса горения:
1. При горении выделяется огненная материя или свет.
2. Горение возможно лишь в «чистом воздухе» и невозможно в пустоте.
3. При горении происходит разрушение чистого воздуха, и вес сгоревшего тепла увеличивается точно на количество поглощенного воздуха
4. Горящее тепло при всяком горении превращается в кислоту. Обжиг металлов можно рассматривать как медленное горение.
Развивая эти соображения, Лавуазье создал первую кислот. Он рассматривал «чистый воздух» как начало кислотности, поэтому и дал ему название кислород.
Этот взгляд Лавуазье отстаивал, прибегая к фактическим допущениям, если появлялись факты, противоречащие ей. Так в течении четверти века просуществовала гипотеза о существовании «леурия», который при взаимодействии с кислородом давал соляную кислоту.
Завершающим эталоном формирования кислородной теории явились опыты по изучению состава воды. Эту работу он провел вместе с Ж.Б. Менье. Результатом этих работ была разработка метода разложения воды и получения водорода дешевым и удобным способом.
Таким образом, в период с 1772 по 1784г благодаря систематическим работам в области пневматической химии Лавуазье опроверг главные положения теории флогистона.

Исследования Лавуазье тепловых процессов.

В своей работе по изучению процессов горения, Лавуазье не мог не затронуть проблемы объяснить природы «огненный материи» или теплоты. Природой теплоты Лавуазье заинтересовался в 1777г. Лавуазье колебался между двумя точками зрения на природу теплоты: корпускулярной и теорией теплотворного флюида. Последняя, ведущая свое начало от Г.Галлилея, ему была более близка.
Для изучения тепловых процессов, совместно с Лапласом им был сконструирован калориметр, на котором были проведены многочисленные измерения тепловых эффектов, теплоемкостей, коэффициентов теплового расширения. Он был один из первых, кто провел калориметрические исследования процессов горения угля и серы. Хотя результаты, полученные Лавуазье и Лапласом были неточны, но сом факт введения калориметрии как нового метода исследования имеет историческое значение. Введение этого метода позволило Дюлонгу и Пти открыть закон теплоемкости (1819), что послужило основой для дальнейшего развития атомистической теории.
Создание новой химической номенклатуры.
Не менее важным вкладом в развитие химии является создание номенклатуры и создание курса химии на новых принципах. Теория флогистона оставалась учением о принципах тел или началах. Поэтому необходимо было устранить препятствия, на которых она опиралась, Р.Бойль, выдвинув новое определение понятия «элемент» как предела делимости, не мог привести ни одного примера реального элемента в новом понимании.
Эта точка зрения была воспринята А.Лавуазье. Он неоднократно подчеркивал, что каждое сложное тепло состоит из простых, но при этом он указывал, что нельзя утверждать, что признанное простым тепло является действительно простым. Он допускал, что развитие методов анализа, позволяет доказать, что считающееся «простым» тело или «элемент» не является пределом делимости и может оказаться, фактически, сложным.
Создание списка «простых тел» было необходимой базой для создания новой химической номенклатуры, которая была предложена в 1782г Гитоном де Морво. Летом 1782г Лавуазье вместе с К. Бертолле, А. Фуркруа и Г. Де Морво пришли к разработке новой химической номенклатуры. Она базировалась на разделении веществ на простые и сложные. Основой, таким образом, явилась таблица простых тел. Простые тела Лавуазье разделил на 4 группы:
1. Вещества, которые можно рассматривать как элементы тел: 1) свет, 2) теплород,3) кислород, 4) азот,5) водород.
2. Простые неметаллические вещества, дающие кислоты: 1) сера, 2) фосфор, 3) уголь 4) радикал лиуревой кислоты, 5) радикал плавиковой кислоты, 6) радикал буровой кислоты.
3. Простые металлические вещества, дающие кислоты, при окислении: 1) сурьма, 2) серебро,3) мышьяк, 4)висмут, 5)кобольт, 6) медь, 7)олово, 8) железо, 9)марганец, 10) ртуть, 11) молибден, 12) никель, 13) золото, 14) платина, 15) свинец, 16) вольфрам, 17) цинк.
4. Простые вещества, солеобразующие и землистые: 1) известь, 2) магнезия, 3) барит, 4) глинозем, 5) кремнозем.
Он не внес в таблицу « постоянные (едкие) щелочи» ввиду не изученности их состава.
Большой интерес представляет предложенная им таблица кислородных соединений, где фактически приведена номенклатура ставшая международной и использующаяся до сих пор.
Предложенная номенклатура стала основой нового курса химии, который был переведен на английский и немецкий языки и содействовал распространению новых идей и представлений, развитых Лавуазье.