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

Первый аппарат для перегонки в вакууме, сконструированный Р. Бойлем (XVII в.)

В свое время Роберт Бойль и Джон Мэйоу описывали один из видов пневматической ванны — заполненную смесью воды и серной кислоты стеклянную колбу, в которой помещены железные гвозди. Для улавливания выделяющихся при реакции газов перевернутая стеклянная колба погружается в сосуд с водой.

Другие ученые, например Христофер Врен (1632-1679) и позже Карл Вильгельм Шееле (1742-1786), использовали для улавливания газов дыхательные пузыри крупных рыб. Лишь необычайные способности Шееле к проведению экспериментов позволили ему с помощью этой примитивной техники совершить такие выдающиеся открытия, как обнаружение кислорода (1772 г.), хлора (1774 г.), сероводорода (1776 г.).

Важнейшим "инструментом" для проведения газового анализа была пневматическая ванна, описанная С. Гейлсом в 1727 г. В пневматической ванне Гейлс получал газы из угля, жира, оксидов, известняка. При этом его интересовала не природа образующихся газов, а лишь горючесть этих веществ. Только Джозеф Блэк (1728-1799) смог впервые отличить углекислый газ от атмосферного воздуха. Блэк называл этот газ "фиксированным" (т. е. связанным) воздухом, так так получил его (в 1755 г.) из карбоната магния. Блэк открыл также реакцию поглощения углекислого газа "известковой водой". Отсюда возникло представление, что благодаря определенным воздействиям можно выделить отдельные газы из их смесей. Этот опыт явился важнейшей предпосылкой для возникновения газового анализа. Кроме того, Блэк обнаружил возможность определения веса [массы] газообразных веществ при рассмотрении их соединений, находящихся в твердом состоянии.

Джозеф Пристли (1733-1804) превратил пневматическую ванну в незаменимое устройство для химического исследования, после того как открыл способность некоторых газов поглощаться водой. (Торберн Бергман тоже обнаружил, что углекислый газ может растворяться в воде и имеет кислый характер, почему и называл этот газ "воздушной кислотой".) С помощью усовершенствованной им пневматической ванны (с ртутным затвором) Пристли после Шееле (1772 г.), но независимо от него открыл кислород, а, кроме того, в 1773-1776 гг. изучил "веселящий газ", хлороводород, сернистый газ и аммиак.

В 1766 г. Генри Кавендиш (1731-1810) открыл водород[62], а в 1772 г. Даниэль Резерфорд (1749-1819) — азот. В книге "Эксперименты с воздухом" (1784 г.) Кавендиш описал и другие свои достижения в области экспериментальной химии: разработанные им способы определения плотности газов, в частности углекислого газа и водорода, выяснение состава атмосферного воздуха и воды. Таким образом, было сделано важнейшее в истории химии открытие — показано, что при соединении водорода и кислорода, содержащегося в воздухе, может образовываться вода, которую в то время многие ученые еще считали "элементом". (Лишь десятью годами ранее на основе эксперимента Лавуазье удалось опровергнуть считавшееся непреложным утверждение, будто воду можно превратить в землю!)

Сгорание водорода (полученного при смешивании железных или цинковых опилок с серной кислотой) в закрытом объеме воздуха

В своих исследованиях Кавендиш применил новый метод, который значительно обогатил "экспериментальное искусство",- действие электрического разряда на смеси газов, в частности на смесь водорода и кислорода. При этом образовывалась вода. При пропускании электрических разрядов через атмосферный воздух Кавендиш использовал изогнутую стеклянную трубку, концы которой были погружены в стеклянные сосуды ("рюмки") со ртутью[63]. В 1785 г. Кавендиш обратил внимание на пузырьки "остаточного воздуха" (¹/₁₂₀ первоначального объема), который не изменялся под действием электричества. Лишь в 1894 г. Уильям Рэлей установил, что "остаточек ных воздух" — это инертный газ.

Химические аппараты (из рукописей К. В. Шееле)

Факты, полученные при изучении газообразных веществ, легли в основу созданных Антуаном Лораном Лавуазье новых представлений о протекании окислительно-восстановительных процессов. Лавуазье был не только выдающимся теоретиком, но и замечательным экспериментатором. В 1770-х — начале 1780-х гг. он определял количества оксида углерода, образующиеся при сгорании угля и углеродсодержащих "горючих тел". В 1784 г. Лавуазье показал, что при пропускании водяного пара через раскаленную железную трубку образуется водород. Практически одновременно Кавендишу удалось осуществить синтез воды из элементов, а Лавуазье разработал способ ее разложения.