Жизнь замечательных устройств

В те времена натурфилософы предполагали, что воздух, содержащийся в атмосфере, представляет собой единственный элемент. И до Генри Кавендиша некоторым химикам удавалось выделять и изучать образцы других «воздухов», но их химическую природу не удавалось установить и понять. Кавендишу удалось разработать и применить уникальные методы сбора и хранения высвобождающихся в результате химической реакции газов, эти методы позволили измерить объёмы и массу этих газов.

Часть работы Кавендиша, опубликованной в 1766 году, была посвящена «негорючему воздуху», который выделялся при растворении металлов в кислотах (сейчас мы называем его водородом). И до Кавендиша исследователи, включая Роберта Бойля, наблюдали выделение этого газа и сообщали о его горючести, однако Кавендиш впервые изучил этот газ количественно, оценив, что он примерно в 11 раз менее плотный, чем воздух. Также он обнаружил, что одинаковые по массе навески цинка, железа или олова, независимо от того, были ли они растворены в «соляном духе» (соляной кислоте) или «разбавленном купоросном масле» (серной кислоте) приводят к выделению «негорючего воздуха, хотя и в разных количествах».

На основании этих наблюдений и изменений Кавендиш сделал разумный (но, как показало дальнейшее развитие химии, ошибочный) вывод о том, что негорючий воздух является составной частью цинка, железа или олова, той составной частью, которая высвобождается под воздействием кислот. Возможно, он подозревал, что «воздух», выделяющийся из металлов, представляет собой чистый флогистон, огнетворный элемент, который, как предполагалось в то время многими химиками, существует во всех горючих веществах.

Вторая часть труда Кавендиша была посвящена «связанному воздуху» (углекислому газу). К тому времени уже было известно, что нагревание мела или известняка для получения негашёной извести (её, в свою очередь, применяли для получения цемента и строительного раствора), приводит к выделению «воздуха», вдыхание которого было смертельно опасным. Впервые этот «воздух» в 1750-е годы изучил Джозеф Блэк, который исследовал медицинские свойства белой магнезии (основного карбоната магния — [Mg(OH)]₂CO₃). Блэк показал, что «связанный воздух», образующийся при нагревании известняка, идентичен «воздуху», выделяющемуся при взаимодействии минеральных кислот с мелом или «воздуху», образующемуся при сбраживании сахаров. Кавендиш с высокой точностью повторил эксперименты, собирая «связанный воздух» над слоем ртути (растворимость, пусть и ограниченная, углекислого газа в воде не давала собирать этот газ над водой). Кавендиш определил, что плотность «связанного воздуха» в 1.57 выше, чем плотность воздуха обычного (это очень близко к привычному нам соотношению плотностей углекислого газа и воздуха, которое составляет 1.65), а также оценил количество газа, образующегося при действии кислот на карбонаты и гидрокарбонаты. Так, он определил, что 1000 весовых частей мрамора позволяет получить 407 или 408 весовых частей углекислого газа (если провести расчет сейчас, мы вычислим, что на 1000 грамм чистого карбоната кальция должно выделиться 440 грамм углекислого газа, но нужно учесть, что мрамор не является чистым карбонатом кальция, да и измерительные приборы 20–21 века совершеннее приборов, доступных исследователям 18 века).

Третья часть труда Кавендиша была посвящена видам «воздуха», образующимся в результате ферментации, а также при гниении животной и растительной биомассы. До него этими вопросами занимался шотландский химик и медик Дэвид МакБрайд, который обнаружил углекислый газ среди паров, испускаемых гниющей плотью или растительным материалом. Однако Кавендишу удалось обнаружить среди этих паров еще один газ, который не выделялся при взаимодействии кислот с металлами или карбонатами. Обнаруженный Кавендишем газ главным образом представлял собой метан.