P Кислород впервые был открыт китайским ученым в 8 веке. Мао Хоа, открывший за 1000 лет до Антуана Лавуазье, что воздух содержит газ, поддерживающий горение и дыхание. Леонардо да Винчи говорил о сложном составе воздуха в пятнадцатом веке. Но англичанин Джозеф Пристли присмотрелся к воздуху повнимательнее.
Дж. Пристли (1733–1804)
Пристли родился в 1733 году недалеко от Лидса, Англия, в семье строгих кальвинистов и получил духовное образование. В 22 года он был отлучен от церкви, приговорен к вечному проклятию и стал настоятелем несогласных (религиозной секты) в Саффолке, получая 30 фунтов стерлингов в год. Пристли был вынужден начать преподавать, чтобы пополнить свои скудные средства. Этот знаток французского, итальянского, арабского, сирийского и даже халдейского языков преподавал в школе с семи утра до четырех пополудни, а затем давал частные уроки с четырех до семи. Кроме того, он составил английскую грамматику. Много лет спустя, преподавая языки в Уоррингтоне, Пристли прослушал несколько лекций по элементарной химии и какое-то время изучал анатомию, посещая курс лекций по этому предмету. В возрасте 34 лет Пристли жил в Лидсе и пытался содержать свою семью из своих скудных средств. Он не пользовался особой популярностью у местных жителей и, как и легендарный грек Демосфен, имел серьезный дефект речи. и все же этот разносторонний англичанин находил время между своими обязанностями и метафизическими размышлениями о более практические дела. Во время одной из своих случайных поездок в Лондон он встретил Бенджамина Франклина, который пробудил в нем интерес к электричеству. Пристли решил написать рассказ на эту тему, для чего ему нужно было ознакомиться с рядом статей и книг, которые Франклин обязался предоставить ему. Это было началом карьеры ученого. Пристли писал: «В ходе моей работы по истории электричества я был вынужден доказывать некоторые спорные факты, и это постепенно привело меня в более широкую область оригинальных опытов, на производство которых я не жалел средств, находящихся в моем распоряжении. .» .»
Б. Франклин (1706–1790)
Пристли должен часть своей славы общественной пивоварне рядом с его домом в Лидсе. На этом заводе, где всегда стоял сильный запах, он проводил все свободное время, экспериментируя с газом, который выделялся из огромных чанов в процессе пивоварения. Он поджег древесную стружку и поднес ее к пузырькам бесцветного газа, вырывающимся из бродящего пива. Это было странное занятие, и фабричные рабочие качали головами, когда видели, как он склонился над бродильными чанами посреди очень жаркого лета. Пристли был слишком занят исследованиями, чтобы заметить смех остальных. Его познания в химии были невелики, но хороши. наблюдатель. Он понял, что этот бесцветный газ обладает способностью тушить горящую щепу. Он предположил, что это был тот самый «твердый воздух» («твердый воздух» — двуокись углерода), что и Иосиф Блэк, сын шотландского виноторговца, получил его 15 лет назад, нагревая кожуру лайма. Может ли это быть правдой? Не имея возможности получить этот газ в достаточном количестве на пивоварне, Пристли научился получать его дома. Он пытался растворить этот газ в воде. Газ не отличался значительной растворимостью, но часть его смешивалась с водой. Таким образом, за 2-3 минуты Пристли приготовил, как он сам говорил, «чрезвычайно приятный стакан газированной воды, мало чем отличающийся от минеральной воды». Сейчас этот напиток называют газированной водой, очень слабокислым раствором углекислого газа в воде. Королевское общество было чрезвычайно заинтересовано, и его попросили повторить этот опыт перед членами Коллегии врачей. Пристли был в восторге от такой возможности, и, когда во время эксперимента через воду проходили пузырьки газа, он попросил кого-нибудь из присутствующих попробовать решение. Напиток был очень хорошо принят и рекомендован лордам Адмиралтейства как возможное лекарство от укачивания. Пристли получил Золотую медаль Общества за свое открытие, ставшее первым триумфом химика-любителя. Пристли был счастлив. Он проводил и другие химические эксперименты: пытался нагреть поваренную соль с серной кислотой и получил вещество, которое до него не могли получить другие исследователи, т.к. Пристли начал собирать полученный газ на жидкой ртути, а не на воде, как это делали его предшественники. Бесцветный газ, который он получил, имел сильный раздражающий запах. Пристли пытался растворить его в воде. Сотни объемов этого газа легко растворялись: он жадно поглощался по воде. Неудивительно, что этот газ не был выпущен раньше: он растворялся в той воде, в которой его хотели собрать. Раствор этого газа в воде представляет собой соляную кислоту или соляную кислоту. В настоящее время он широко используется и используется для очистки металлов и в производстве клея и желатина. Этот новый вклад в химию был создан простым любителем. Религиозное сообщество Джозефа Пристли не понимало его интереса к бутылкам и стаканам. Казалось, это служит двум идеям. При этом начала закрадываться некоторая неудовлетворенность, но Пристли был слишком увлечен своей наукой, чтобы обращать на нее хоть какое-то внимание. Теперь он был занят подогревом воды аммиаком и сбором другого бесцветного газа на ртути. Этот газ также имел характерный раздражающий запах. Пары аммиака наполнили комнату Пристли, когда он склонился над открытой плитой и помешал угли, чтобы они лучше горели. Пристли обогатил науку первым точным исследованием метода получения и свойств чистого аммиака, газа, который сейчас так успешно используется в холодильной технике. Не говоря уже о том, что от этих паров у него сильно слезились глаза и что он почти ослеп и жильцы дома были вынуждены выйти на улицу, чтобы не задохнуться. Эти переживания принесли ему большую радость. Во время одного из своих экспериментов Пристли привел в контакт эти два сухих, бесцветных, вонючих газа, хлористый водород и аммиак. Результат его удивил. Газы внезапно исчезли, а на их месте образовалось красивое белое облако, которое постепенно превратилось в мелкий белый порошок. Произошло значительное химическое изменение. Эти двое едкие газы объединились, чтобы сформировать белый порошок без запаха, хлорид аммония, который теперь используется в качестве электролита в батареях с сухими элементами. За несколько лет Пристли сделал несколько замечательных открытий. Он все больше и больше времени проводил в своей лаборатории. В конце концов химия взяла его в плен. Научный мир стал узнавать все больше и больше о его работах.
Лаборатория Дж. Пристли
Вскоре он получил предлагают сопровождать английского мореплавателя капитана Джеймса Кука во втором плавании в Южные моря. У Пристли было искушение принять это предложение, но, к счастью, на его пути возникли препятствия. Он остался дома и продолжал работать над постановкой большого опыта, принесшего ему большую известность. Эксперименты Пристли с различными газами, или «воздухами», как он их называл, сделали его очень искусным в их приготовлении и сборе. До него различные газы изучали, собирая их в торические пузыри. Это был очень несовершенный метод, и пузырьки были непрозрачными. Пристли представил и разработал простой метод сбора газов. Он наполнил колбу ртутью и поставил ее так, чтобы горлышко сосуда было ниже уровня ртути. Выделившийся газ вытеснил ртуть из бутылки в емкость и заключил ее в прочный прозрачный цилиндр. Работая с газами, нерастворимыми в воде, Пристли наполнил бутыль и сосуд водой, которая была легче и дешевле ртути, как это делалось до него. Внедрение этого метода означало значительное прогресс в методе изучения газов. Пристли нагревал различные твердые вещества на огне в камине. Затем он сосредоточился на использовании солнечной энергии. Сосредоточив солнечные лучи через линзу, он обнаружил, что может получить достаточно тепла, чтобы зажечь дерево и другие твердые тела. Наконец, он достал очень большую линзу диаметром 30,5 см, и она сумела нагреть многие природные и искусственные вещества до высокой температуры. Эти твердые вещества он поместил под стеклянный колпак, устроенный так, что образующийся в нем газ, улетучившись наружу, попадал в колбу, поставленную на ртуть. Снаружи бленды размещалась зажигательная линза и солнечная энергия фокусировалась на исследуемом веществе. С помощью этого прибора Пристли решил в воскресенье, 1 августа 1774 года, изолировать воздух от вещества, представляющего собой красный порошок, известный алхимику Геберу и полученный нагреванием ртути в воздухе. «На самом деле я обнаружил, — писал он в своем отчете, — что воздух вскоре начал просачиваться». Но даже это не было чем-то необычным. Другие ученые также получали газы путем нагревания твердых тел. Затем, тремя годами ранее, Карл Шееле, известный шведский фармацевт, собрал газ, который он назвал «эмпиральным воздухом». Роберт Бойль нагрел точно такой же красный порошок 100 лет назад и получил обычную ртуть. Стефан Гейлс также выделил газ из селитры, но не догадался о его связи с воздухом. Алхимик Экк провел этот эксперимент три века назад в Германии. Но все же ничто не потрясло научный мир в то время, т.к. ни одно из свойств полученного газа не было обнаружено.
Приборы Дж. Пристли , с помощью которых был открыт кислород
В лаборатории Пристли горела свеча. Мне было интересно, какой эффект будет иметь газ, если его зажечь от пламени свечи. Из простого любопытства он поместил свечу в баллон с этим газом. Пламя не погасло, наоборот, свеча запылала необычайной яркостью. Он ужасно интересовался, но не мог найти объяснения этому явлению. Он положил кусок раскаленного угля в другой баллон с этим газом и увидел, что уголь искрится и потрескивает, как лист горящей бумаги, смоченный раствором соленой воды. Уголь вскоре прогорел до конца. Пристли был удивлен. Затем он вставил в бутылку раскаленную железную проволоку. Металл раскалялся до белого каления и светился, словно «одержимый духами». Эмоциям Пристли не было предела. Это случайное вставление зажженной свечи в газовый баллон произвело своего рода революцию в химии. Вот как Пристли описал памятный случай много лет спустя: «Сейчас я не могу вспомнить, что я имел в виду под экспериментом, но я понятия не имел, что должно было произойти. Если бы передо мной не стояла зажженная свеча, я, вероятно, никогда бы не провел этот тест, и не была бы проведена вся цепочка моих последующих опытов с этим типом воздуха. Это гораздо больше зависит от случая, чем от заранее определенного плана или предполагаемой теории. В то время Пристли понятия не имел об истинной природе этого газа. Он считал, что этот газ был не простым веществом, известным нам теперь как кислород, а каким-то необычным соединением. Но он продолжал изучать эту загадочную активный газ, выделяющийся из красной ртутной пыли. Тапал, ограниченный в средствах, с небольшим знанием химии и без ясной цели, продолжал исследовать свойства этого газа. Некоторое время назад он также случайно выделил из селитры газ, но не исследовал его свойств. Настоящий ученый сразу бы определил природу выделившегося газа, но Пристли этого не сделал. В то время воздух, которым мы дышали, считался чистым, простым, элементарным веществом, подобным золоту или ртути. Сам Пристли ранее предполагал, что вулканы создают атмосферу, доставляя воздух на Землю, сначала воспламеняясь, затем теряя способность гореть из-за промывания водой и, наконец, очищаясь из-за роста растений. Он пришел к выводу, что растительный мир является величайшей восстановительной силой в природе, т.к. он заметил, что если поместить растения в закрытые контейнеры, в которых раньше дышали животные или где горела свеча, воздух снова станет пригодным для дыхания. Но почти в то же время Даниэль Резерфорд, врач, заведовавший кафедрой ботаники в Эдинбургском университете, обнаружил, что в воздухе есть два разных вещества. Он поглощал небольшое количество углекислого газа из воздуха с помощью известковой воды, которая в процессе становилась мутной, как молоко. Затем он заставлял маленькое животное дышать ограниченным объемом воздуха, и после поглощения углекислого газа около четырех пятых исследуемого объема воздуха оставалось в виде инертного газа. Этот неактивный воздушный газ уже был назван химиком Жаном Шапталем «азот» — «рождение селитры». Пристли он нагревал свинец в воздухе до очень высокой температуры и наблюдал, как он постепенно краснеет. Этот красный порошок обрабатывался точно так же, как и красный порошок ртути. Пристли начал танцевать от радости, потому что. снова выпустить кислород. Он получил подтверждение своей гипотезы о том, что кислород, получаемый как из порошка красной ртути, так и из сурика, первоначально поступал из атмосферы. «Возможно, именно этот воздух является причиной способности атмосферы поддерживать жизнь, — подумал Пристли, — я должен проверить, насколько здоров этот воздух». V В марте 1775 года Пристли провел экстраординарный эксперимент в большом замке лорда Шелбурна близ Кална, накануне вечером он установил мышеловки в виде маленькие железные клетки, из которых мышей легко доставали живыми, но что ему было делать? с мышами? Они должны были помочь ему раскрыть тайну. Он взял два одинаковых стеклянных сосуда, наполнил один из них кислородом, а другой воздухом. обычные и поставить их на воду. На следующее утро он вынул одну из пойманных им мышей из мышеловки и быстро перенес ее в контейнер с нормальным воздухом, опрокинутый над водой, и поместил мышь на высокую платформу внутри контейнера над поверхностью воды. вода. . (это животное не должно было утонуть). Затем он поместил вторую живую мышь в другой контейнер, наполненный кислородом, с такими же предосторожностями. Пристли сидел в кресле, наблюдая за своим странным опытом, и развлекался игрой на флейте. Он понятия не имел, как долго ему придется ждать. Он внезапно перестал играть. Мышь, помещенная в контейнер с на пленэре она начала проявлять признаки дискомфорта и усталости. Пристли отложил флейту и посмотрел на часы. Через 15 минут мышь потеряла сознание. Пристли схватил ее за хвост и быстро, но осторожно вытащил из «тюрьмы». Поздно — мышка умерла. Он посмотрел на мышь в другом контейнере с кислородом. Что случилось с этим маленьким заключенным? Не о чем беспокоиться. Она продолжала двигаться быстро. Прошло еще 10 минут, Пристли все еще наблюдал за животным. Мышь начала проявлять явные признаки усталости. Его движения замедлились, он впал в ступор. Пристли поспешно освободил ее и вынес из корабля, по-видимому, мертвой. Ему было очень холодно, но его сердце все еще билось. Пристли был счастлив. Он побежал к огню, чтобы согреть мышонка, и смотрел, как он медленно оживает. Через 5 минут она была так же активна, как и раньше. Он не мог поверить в то, что увидел. В течение получаса это животное находилось на кислороде и выжило, в то время как первая мышь, помещенная на обычный воздух, умерла в два раза быстрее! В чем причина этого явления? Возможно ли, что его кислород чище обычного воздуха, или обычный воздух содержит какое-то вещество, убивающее жизнь? Или это просто совпадение? Всю ночь Пристли думал о мышах и их кислороде. Он начал подозревать, что его кислород не хуже обычного воздуха. Однако он не мог с уверенностью сказать, что кислород лучше, исходя только из того, что мышь может прожить четверть часа в определенном объеме воздуха, т.к. не исключено, что в нем еще полчаса могла бы жить другая мышь. А на следующее утро он обнаружил, что Пристли повторяет эксперимент на мышах, чтобы разгадать тайну воздуха. Пристли накануне взял стеклянную банку, в которой мышь прожила 30 минут. При этом в сосуде еще оставался кислород. Он собирался использовать этот воздух во второй раз, хотя он уже был заражен мышиным дыханием. Пристли думал поместить в этот контейнер одновременно двух-трех мышей, но отказался от этой идеи: был случай, когда одна мышь порвала другую, хотя еды хватило на двоих. Поэтому он взял мышь и поместил ее на парящую платформу. Пристли пристально наблюдал за ней в течение 30 минут, в течение которых она чувствовала себя полностью вменяемой. Однако постепенно мышь впадала в сонливое состояние, и «оттого, что я не обратил внимания на то, чтобы поставить контейнер в теплое место, мышь замерла». Во всяком случае, мышь прожила втрое больше, чем она могла бы, по всей вероятности, выжить в таком же количестве нормального воздуха, и поэтому я не считал нужным, писал Пристли, продолжать опыты на мышах. Теперь Пристли был убежден в пользе кислорода для здоровья. Эксперименты на мышах, безусловно, показали это. Он мог бы завершить свои эксперименты здесь, но у Пристли было любопытство истинных натуралистов. Он решил поставить себя на место мыши и попробовать этот газообразный ресурс, поддерживающий жизнь. Вдыхание неизвестных газов опасно. Но за 100 лет до него было замечено, что некий газ («нитратный дух воздуха», получаемый из селитры) при вдыхании в легкие окрашивал артериальную кровь в красный цвет. Пристли задался вопросом, будет ли его кислород иметь такой же эффект. Через стекло он вдохнул через трубку свежеприготовленного кислорода и с удивлением заметил, что дыхание мало чем отличалось от дыхания обычным воздухом, но прибавил еще: «. некоторое время спустя мне казалось, что я дышу чрезвычайно свободно и легко. Кто знает, может быть, этот чистый воздух со временем станет модным предметом роскоши. До сих пор только я и моя мышь пользовались привилегией дышать. Пристли предвидел возможность многих практических применений этого высокоактивного газа — «он может быть очень полезен при некоторых серьезных заболеваниях легких, когда (как он объяснил в принятой им терминологии флогистона. — П.К. ) обычный воздух не может быстро удалить гнилое Сегодня кислород применяют при пневмонии, сужении дыхательных путей, когда легкие настолько малы, что больной не получает достаточного количества кислорода из воздуха очень редко, носит с собой баллоны с чистым кислородом Пристли мечтал об этих современных практических применениях кислорода более двухсот лет назад. Он также предвидел опасности, связанные с постоянным вдыханием кислорода вместо обычного воздуха. «Как свеча в этом воздухе горит гораздо быстрее, чем в обычном воздухе, мы можем жить слишком быстро. В любом случае моралист может возразить, что мы не заслуживаем лучшего воздуха, чем тот, которым нас снабдила природа. Пристли продолжал проверять, насколько он хорош. газ, который он открыл. Он обнаружил, что этот газ «в пять или сто раз лучше обычного воздуха». Его творческий ум часто был практичным, и Пристли снова начал искать способы использования кислорода. Он увидел, что, добавляя к огню кислород вместо обычного воздуха, жар пламени можно увеличить до высокой степени. Пристли попробовал это в присутствии своего друга Магеллана, наполнив пузырь кислородом и выдув его через стеклянную трубку на горящую деревяшку. Слабое пламя тут же переросло в сильное пламя. (Это было началом современной газокислородной сварки.) Пристли даже предположил, что было бы полезно подавать кислород из большого резервуара к паре надувных мехов, но он не стал расширять эту идею, предоставив Роберту Хэйру из Филадельфии заняться этим. изобрести кислородно-водородную горелку. Результаты экспериментов понравились Пристли. Несколько недель спустя лорд Шелберн отправился в путешествие на континент. Пристли сопровождал Лорда. Во время его пребывания в Париже Магаль Лейн, потомок путешественника, познакомил его со всеми ведущими французскими химиками. В лаборатории Лавуазье в присутствии нескольких ученых Пристли объявил о результатах некоторых из своих самых интересных экспериментов. Лавуазье почтил его своим вниманием. И за совместным ужином Пристли не скрывал того, что ему удалось открыть в последние годы занятий наукой, «не имея представления в тот момент, куда приведут эти чудесные переживания. Лавуазье прислушивался к каждому слову доброго английского. Когда Пристли оставил его, чтобы встретиться с министром, Лавуазье он удалился в свою лабораторию, включил плиту и повторил эксперименты Пристли.
А. Л. Лавуазье (1743–1794)
Пристли вернулся в Англию, не узнав что стало бы с его встречей с Лавуазье. Он уже знал, что воздух не был простой элементарной субстанцией. Загадка воздуха должна была быть решена, когда родился Пристли. В Китае много веков назад уже писали об «инь», активном компоненте воздуха, который соединяется с серой и некоторыми металлами. Леонардо да Винчи, этот великий гений, уже в пятнадцатом веке был убежден, что в воздухе есть два вещества. Другие ученые также смутно догадывались об истинной природе воздуха. Однако Пристли был первым, кто химически выделил невидимый кислород из воздуха и первым решил загадку атмосферы, открыв этот самый распространенный элемент на Земле.
