Пути развития химии. Том 1. От первобытных времен до промышленной революции

Анализ с помощью паяльной трубки сыграл важную роль в накоплении химических знаний в конце XVIII в.- в фазе, которая привела к формированию "классической химии". Однако значение газового анализа для развития химии было несравнимо больше. При работе с газами ученые испытывали значительные трудности: газы были осязаемы, но неуловимы. Некоторое время их пытались изучать с помощью сосудов для перегонки и сублимации, где вещества небольшое время находились в газообразном состоянии, прежде чем перейти в жидкое. Но лишь в XVIII в., когда была открыта пневматическая ванна, началось систематическое исследование газообразных веществ. На основе этих экспериментов Лавуазье получил много новых данных о протекании окислительных превращений, переосмыслил уже известные факты и пришел к созданию кислородной теории горения.

Некоторые историки считают, что приверженностью химиков XVII-XVIII в. учению о четырех первичных элементах Аристотеля можно объяснить, почему исследователи практически не занимались установлением природы и выяснением свойств газов. Ведь воздух считался одним из первичных, неделимых элементов. Это рассуждение можно отнести также и к "воде", и к "земле". Вода была изучена, пожалуй, раньше всех других веществ, но различные свойства железистых, сернистых или кальциевых минеральных вод отнюдь не мешали химикам вплоть до середины XVIII в. рассматривать воду как самостоятельный "элемент".

Нельзя забывать, что понятие "элемент" в те времена было совсем иным, чем сейчас, и уже в античности элемент характеризовался определенной совокупностью качеств (горючий, воздухоподобный, твердый, жидкий). Поэтому широкая трактовка понятия "элемент" едва ли была препятствием для изучения газообразных веществ. Так, античные натурфилософы, называя воздухом газообразные вещества, тем не менее различали по свойствам разнообразные виды воздуха. В то время ремесленники хорошо знали свойства таких газообразных веществ, как сернистый газ, углекислый газ, образующийся при брожении продуктов или при горении извести, а также при смешивании уксуса и мела. Было известно, что при вдыхании угарного газа наступает удушье, нередко приводящее к смерти. Каждому виноделу в древности было известно, что в подвалах, где хранят вино, гаснут свечи, а кошки не могут ловить мышей. Еще Плиний различал два вида воздуха в зависимости от свойств, проявляемых по отношению к огню: один из видов воздуха усиливал горение, другой гасил огонь.

С тех пор как в лабораториях начали применять неорганические кислоты, были открыты новые свойства газов. Например, еще Парацельс заметил, что, если добавить концентрированную серную кислоту к железу, появляются пузырьки "воздуха", как при кипении. Парацельс, для которого воздух был символом хаотического состояния материи, назвал его "хаос". Поэтому иатрохимик Ван Гельмонт, который много занимался исследованиями газообразных веществ, предложил для их общего наименования термин "газ". Ван Гельмонт (1577-1644) отмечал трудности, с которыми столкнулся при изучении газообразных веществ: газы легко улетучивались и испарялись. Поэтому Ван Гельмонт исследовал лишь углекислый газ и описал появление этого вещества при горении, а также брожении. Это же вещество, по мнению Ван Гельмонта, выделяется из минеральных вод и из организма человека.

Задолго до начала систематического исследования газов в XVIII в. свойства газов стали широко известны в результате опытов над атмосферным воздухом, проведенных Эванджелиста Торричелли (1608-1647), Отто Герике (1602-1686), Робертом Бойлем (1627-1691) и Эдмом Мариоттом (1620-1684). В 1643 г. Торричелли доказал, что воздух производит давление, и измерил величину этого давления. В 1641 г. Герике изобрел воздушный насос, а в 1654 г. он продемонстрировал перед городским советом Регенсбурга свой знаменитый опыт с "магдебургскими полушариями", доказав громадную силу воздушного давления. В 1662 г. Бойль обнаружил существование зависимости между объемом воздуха и изменением его давления. В 1679 г. Мариотт выразил эту зависимость формулой pv = const. Так появился известный закон Бойля — Мариотта.

Однако опыты, выполненные Бойлем, не привели его к мысли, что воздух и газы могут участвовать в химических процессах. Наблюдаемое Бойлем увеличение веса [массы] металлов при прокаливании (окислении) навело его на мысль о существовании "огненных частиц", тогда как еще до опытов Бойля Жан Рей в 1630 г. и позднее Джон Мэйоу (1645-1679), а в XVIII в. М. В. Ломоносов пришли к предположению о существовании "воздушных частиц". Неверное допущение, будто воздух или газы, понимаемые как воплощение некоего "духа", не могут участвовать в реакциях, способствовало тому, что даже такой выдающийся ученый, как Георг Эрнст Шталь, объяснял процессы восстановления и окисления с помощью гипотетического вещества — "флогистона". Лишь во второй половине XVIII в. исследователи пришли к выводу, что газы, подобно другим жидким и твердым веществам, могут участвовать в различных реакциях.