Открытие кислорода

До начала XVII в. эксперимен­тальной науки в современном значении этого слова практи­чески не существовало. Науч­ные методы наблюдения и рас­четы использовались лишь астрономами и мореплавателя­ми. Алхимики сделали ряд важ­ных химических открытий; но их опыты преследовали иную цель и основывались на ложных предпосылках.

(Портрет "отца современной химии" Антуана Лавуазье (1743-94), сделанный с литографии 1830 г. Лавуазье был казнен на гильотине во время террора, сопровождавшего Великую французскую революцию.)

Введение 

Первые продуманные эксперимен­ты (по исследованию действия силы тяжести) были проведены Галилео Галилеем (1564-1642). В 1641 г. молодой англичанин Роберт Бойль (1627-91) изучал труды Галилея во Флоренции. Вернувшись в Англию, он решил посвятить себя науке. В книге «Химик-скептик», изданной анонимно в 1661 г., он подверг уничтожающей критике «опыты, посредством коих невежественные алхимики пытаются доказать, что соль, сера и ртуть явля­ются началами всех вещей». Бойль стал одним из основателей современной химии. Он установил различие между смесями и соедине­ниями и выдвинул идею, что соеди­нения состоят из «корпускул» про­стых веществ. Бойля интересовали также химические процессы, проис­ходящие при горении, но отсутствие точных приборов и методов исследо­вания не позволяло ему получать надежные результаты - точность его весов не превышала 30-60 мг. После Бойля весь XVIII в. в науке господствовала теория флогистона, предложенная немецким исследова­телем Георгом Шталем (1659-1734). Однако изобретение в этом столетии весов с призматической опорой, зна­чительно повысивших точность взве­шивания, позволило великому Лавуа­зье опровергнуть теорию флогисто­на и заложить научные основы современной химии.

«Огненный воздух»

Антуан Лавуазье родился в Париже 26 августа 1743 г. Он получил образо­вание в колледже Мазарини, где изу­чал  астрономию , ботанику, химию и математику , а затем окончил юриди­ческий факультет Парижского универ­ситета. В 1768 г. он был избран адъюнктом Академии наук как химик, а в 1785 г. стал ее руководителем. Отец Лавуазье, состоятельный человек с большими связями, помог ему стать членом «Компании откупов» - органи­зации, бравшей на откуп государствен­ные налоги. В 1775 г. Лавуазье был на­значен на должность контролера про­изводства пороха. Несколько позже он создал ферму, на которой применил научный подход к земледелию, после чего в 1785 г. был назначен секретарем комитета по сельскому хозяйству. Первые изыскания Лавуазье в об­ласти химии были посвящены соста­ву гипса (сульфату кальция). В до­кладе Академии наук 1 ноября 1772 г. он сообщает о своем открытии: при сжигании сера и фосфор прибавля­ют в весе, поскольку поглощают «воз­дух», в то время как оксид свинца, восстанавливаясь, - в металлический свинец при нагревании в смеси с древесным углем , «воздух» теряет. О Портрет «отца современной химии» Антуа-на Лавуазье (1743-94), сделанный с литогра­фии 1830 г. Лавуазье был казнен на гильотине во время террора, сопровождавшего Великую французскую революцию. В том же году шведский химик Карл Шееле (1742-86), убежденный сторон­ник теории флогистона, был постав­лен в тупик свойствами полученного им «огненного, или дефлогистированного воздуха». Этот «огненный воздух», в отличие от другой составляющей ат­мосферы («дурного воздуха»), поддер­живал горение. В это же время в Анг­лии Джозеф Пристли (1733-1804) по­казал: «огненный воздух» необходим для жизни животных и его выделяют растения. В 1774 г. он смог получить этот газ, нагревая красный оксид рту­ти. Пристли также считал, что получил воздух, из которого удален флогистон.

(Эксперимент 1790 г.: заполнив водородом и воздухом герметичный стеклянный сосуд, Лавуазье поджигал газовую смесь при помощи электрической искры, получая в результате сгорания водорода воду.)

Кислород

Узнав об этих открытиях, Лавуазье объяснил горение как не выделение флогистона, а соединение вещества с недавно открытым газом. Медленное нагревание ртути на воздухе приво­дит к образованию ее красного оксида с соответствующим возрастанием ве­са. Присоединенный «воздух» из обра­зовавшегося вещества можно удалить, получив исходное количество ртути. Поскольку продукты сгорания таких веществ, как сера и фосфор, были кислотообразующими газами, Лавуазье назвал свой «воздух» кислородом («порождающим кислоту»), ошибочно полагая, что он должен быть главным компонентом всех кис­лот. Кислород входит в состав боль­шинства кислот, но их кислотность обусловлена не им, а присутствием ионов водорода. В 1783 г. Лавуазье обнаружил, что при соединении кис­лорода с водородом образуется вода. Основу успехов Лавуазье составля­ли точнейшие измерения количеств веществ, участвующих в химических реакциях. Поначалу его работы больше интересовали физиков, но вскоре он получил поддержку авто­ритетных химиков - таких, как Клод Бертолле (1748-1822). Исследуя свойства черного пороха, Лавуазье и Бертолле создали новую систему химической номенклатуры (1787). В «Начальном учебнике химии» (1789) Лавуазье представил свою те­орию в такой логически безупреч­ной форме, что вскоре ее признали химики всей Европы. В этой работе он привел список простых веществ, которые, по его мнению, нельзя бы­ло разложить никакими методами. Лавуазье отнес к ним водород, азот, кислород, серу, фосфор, углерод, кислотные остатки соляной, плави­ковой и борной кислот, а также сурьму, серебро, мышьяк, висмут, ко­бальт, медь, олово, железо, марганец, ртуть, молибден, никель, золото, платину, свинец, вольфрам и цинк. Из-за несовершенства методов исследования он включил в этот спи­сок и некоторые минералы: известь и оксиды бария, магния, алюминия, кремния (кремнезем), а также отнес к элементам свет и теплоту.

Один из экспериментов Лавуазье 1783-84 гг. Через раскаленную железную трубу пропускали водяной пар, при этом часть кислорода воды соединялась с железом и выделялся «горючий воздух» (водород))

Революция и казнь

Однако 1789 год был также и годом Великой французской революции, и Лавуазье, богатый откупщик налогов, попал под подозрение новых влас­тей. Неистовый Жан-Поль Марат усмотрел в его предложении обнести город стеной попытку... лишить парижан воздуха. В августе 1792 г. Лавуазье вынужден был отказаться от своей лаборатории, а в ноябре был выдан ордер на арест бывших членов «Компании откупов», и 8 мая 1794 г. они были преданы суду революцион­ного трибунала. Вместе с 27 другими обвиняемыми Лавуазье был пригово­рен к смерти, в тот же день гильоти­нирован на площади Революции (сегодня площадь Согласия) и погре­бен в общей могиле. На следующий день его коллега, математик Жозеф Лагранж (1736-1813), сказал: «Понадобилось одно мгновение, чтобы отрубить эту голо­ву, но, быть может, и столетия будет мало, чтобы создать подобную ей».

(Эксперимент Лавуазье по измерению про­дуктов дыхания человека (рисунок жены учено­го). Лавуазье пришел к выводу, что воздух состоит из кислорода и азота.)

См. также: звук и акустика