Валентин Рич - Виток спирали

• Название: Виток спирали
• Автор: Валентин Рич
• Издательство: Детская литература
• Жанр: Химия
• Год: 1974

Рассказы о химических элементах, об истории их открытия и свойствах, о создании периодической системы.

На страницах этой книги вы встретитесь с великими мыслителями древности, знаменитыми мудрецами средневековья, пытливыми естествоиспытателями XVII и XVIII веков, основоположниками современной науки. Демокрит и Аристотель, Роджер Бэкон и Джабир ибн-Хайян, Бойль и Ломоносов, Лавуазье и Дальтон, Менделеев и Рамзай, Мария Кюри и Резерфорду Бор и Ферми, Петржак, Флеров, Сегре и многие другие ученые на ваших глазах будут разгадывать труднейшие загадки природы. И вы сможете приобщиться к самому высокому виду приключений — к приключениям человеческой мысли, постигающей мир.

Для среднего и старшего возраста.

---

А в атомы он верил. Атомы жидких тел представлялись ему находящимися в беспрестанном движении, атомы твердых тел — неподвижными. Промежутки же между атомами, по мнению Бойля, были заполнены тонкой материей.

Но что, если никакой тонкой материи нет? — размышлял Ломоносов. — А есть лишь атомы и пустота? И атомы эти — не только жидких, но и твердых тел — могут двигаться?

Тогда и трение, и частые, сильные удары молота — все это подстегивает атомы, они движутся внутри тел все быстрее и быстрее, а мы ощущаем это ускорение движения атомов как нагревание вещества, из них составленного, а замедление — как охлаждение.

А когда мы наблюдаем, как нагретое тело передает тепло холодному, то на самом деле в это время частицы одного вещества передают частицам другого вещества свое движение.

При чем же тут, теплород?

ОПРОВЕРЖЕНИЕ ОПЫТОМ

В XVI или даже в XVII веке, опровергая теплород, можно было ограничиться одними рассуждениями. Но в XVIII веке рассуждения полагалось подкреплять опытами. Тем более, что гипотеза о теплороде имела свои опытные подтверждения, в том числе широкоизвестным экспериментом знаменитого Роберта Бойля.

В 1673 году Бойль поставил такой опыт: в запаянной реторте стал нагревать кусок свинца. Через два часа часть свинца превратилась в красную землю. Бойль отломил запаянный кончик реторты и услышал, как в нее с шумом ворвался воздух. Взвесив вещество, находящееся в реторте, он обнаружил, что превратившийся в землю свинец потяжелел на 8 гранов. Эту прибыль в весе он приписал теплороду, мельчайшие частицы которого сумели проникнуть через стекло в запаянную реторту.

В отличие от Бойля, Ломоносов взвешивал реторты со свинцом до и после прокаливания заплавленными и никакого прибавления в весе ни на единый гран ни в одном случае не обнаружил, хотя часть свинца в реторте и превращалась в красный порошок.

Вес порошка вместе с оставшимся в прежнем виде свинцом действительно увеличивался по сравнению с первоначальным, до обжига. Но недаром ведь писал Бойль о шуме, с которым врывался в реторту воздух, как только обламывали ее запаянный конец. Это значило, что количество воздуха в реторте во время прокаливания уменьшилось. Куда же ушел воздух? Весы неумолимо и бесстрастно свидетельствовали — в красный порошок.

И в 1756 году в отчете адъюнкта Санкт-Петербургской императорской академии наук Михайлы Ломоносова появилась запись:

"Между разными химическими опытами, коих журнал на 13 листах, деланы опыты в заплавленных накрепко сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жару. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере".

Теплорода, а вместе с ним и флогистона — тонких материй огня — не стало. Остались только частицы свинца и частицы воздуха.

Но не следует думать, что сразу же после опытов Ломоносова от флогистона отказались все химики мира. Этого не случилось.

И не только потому, что отчеты Российской академии наук читали далеко не во всем мире.

Главное было в другом. Уже Шталь понимал, что опыт Бойля противоречит теории флогистона — ведь у Бойля вес земли был больше веса свинца, значит, что-то пришло, а не ушло! Но и Шталь, и другие ученые отмахивались от этого опыта, как и от некоторых других, противоречащих флогистонной теории. Отмахивались потому, что эта теория прекрасно объясняла сотни и тысячи прочих опытов и процессов.

А один из ярых сторонников теории Шталя сумел объяснить даже прибавку в весе, полученную Бойлем. Он объявил, что флогистон имеет… отрицательный вес! Таким образом, замечательный опыт Бойля, который мог бы послужить доказательством наших сегодняшних представлений о химических взаимодействиях веществ, дважды послужил доказательством существования несуществующего: первый раз — теплорода, второй раз — флогистона…

Так или иначе, но еще по крайней мере пол века флогистон безраздельно царил в химии.

Глава третья, в которой Блэк, погнавшись за флогистоном, ловит углекислый газ, Кавендиш, погнавшись за водородом, ловит флогистон, а Пристли, изгнав флогистон из воздуха, ловит кислород

ОШИБКА ДЖОЗЕФА БЛЭКА

В то же примерно время, когда адъюнкт Михайло Ломоносов в Петербурге делал в накрепко заплавленных сосудах свои опыты, доказавшие, что в природе не существует никакого флогистона, профессор Джозеф Блэк в шотландском городе Глазго делал другие опыты, которые должны были доказать существование флогистона, и не только доказать, а и поймать его в чистом виде.

Вообще говоря, можно было предпринять попытку выделить флогистон из угля, или из серы, или даже из железа. Но у Блэка были серьезные причины попытаться выделить его из магнезии — белого порошка, похожего на соду.

Дело в том, что как раз в это время некая миссис Стефенс согласилась за 5000 фунтов стерлингов раскрыть секрет найденного ею лекарства от камней в почках. В напечатанном в "Лондонской газете" описании этого лекарства было сказано, что оно состоит из порошка, отвара и пилюль. И что порошок, в свою очередь, состоит из яичной скорлупы и улиток, прокаленных в течение восьми часов; а чтобы получить отвар, нужно варить зеленую ромашку, укроп, петрушку и репейник с мылом и медом; а пилюли надлежит делать из прокаленных улиток, обугленных семян сурепки, репейника, шиповника, овса и также из мыла и меда…

Знакомые Блэку врачи не очень поверили в такую пропись. Но вместе с тем лекарство миссис Стефенс было гораздо менее едким, чем рекомендуемые тогдашними медиками, и этим привлекало больных. Применявшиеся тогда в медицине средства против камней в почках получали из мягких щелочей — соды и поташа, которые варили с гашеной известью. А известь получали из едкой извести, которую изготовляли обжигом известняка.

Согласно флогистонной теории, известняк, как и земля, был простым веществом. При обжиге известняка флогистон переходил в него из огня, поэтому жженая известь и становилась едкой. А во время варки едкой извести с содой или поташем флогистон из извести переходил в мягкие щелочи и делал их тоже едкими.

Во время одного из таких переходов Блэк и рассчитывал выделить флогистон. Но поскольку щелочи, изготовленные из поташа и соды, были слишком едкими, а врачи просили Блэка найти что-нибудь помягче, он решил заняться щелочью, изготовленной из магнезии.

Обыкновенные мягкие щелочи — сода и поташ — отличались тем, что при добавлении к ним купоросного масла пли соляного спирта (серной или соляной кислоты) начиналось бурное вскипание. Блэк бросил щепотку мягкой магнезии в стакан с кислотой и увидел, что порошок быстро растворяется с бурным выделением воздуха. Значит, в порошке флогистона не было — именно так, с бурным выделением воздуха, растворялись в кислотах все мягкие, дефлогистированные щелочи.

Теперь надо было ввести в мягкую магнезию флогистон. Блэк отвесил порцию порошка, ссыпал в тигель, поставил его на сильный огонь.

Когда обжиг закончился и жженая магнезия остыла, Блэк аккуратно, стараясь не потерять ни пылинки, взвесил ее. Порция уменьшилась на восемь гран. Куда они делись?

Он раздумывал несколько дней. А потом ссыпал жженую магнезию в кислоту (никакого вскипания при этом, естественно, не произошло) и принялся добавлять туда соды до тех пор, пока белые хлопья мягкой магнезии не перестали выпадать. Затем отфильтровал их и высушил. Теперь весы должны были показать — правильна ли догадка?

Пинцетом, одну за другой, положил он на чашечку маленькие разновески. Так он и думал: мягкой магнезии ровно на восемь гран больше. Вот она, пропажа!

Откуда пришли эти восемь гран? Ясно откуда — из соды. Восемь гран из соды — это воздух, который ушел из мягкой магнезии, когда она кипела в кислоте, воздух, о котором говорил еще знаменитый алхимик Ян Баптист ван Гельмонт. Он получал его при обжиге мела и при брожении вина. Он назвал его газом — то ли по названию прозрачной шелковой ткани из арабского города Газы, то ли от греческого слова "хаос". Второе вероятнее, так как ван Гельмонт писал, что газы — это вещества, "которые не могут быть ни сохранены в сосудах, ни превращены в видимое тело".

Блэк дал газу свое название — "фиксируемый воздух", то есть воздух, который могут удерживать щелочи.

После опытов Блэка с белой магнезией стало ясно: мягкие щелочи отнюдь не элементарны. Они сложнее, чем едкие щелочи, поскольку состоят из едких щелочей плюс фиксированный воздух. А флогистон тут ни при чем. При обжиге известняка или магнезии в них ничто не входит из огня, наоборот — огонь изгоняет фиксируемый воздух, смягчающий известь и магнезию.

Таким образом, в то же примерно время, когда Ломоносов доказал, что обжиг металлов есть соединение металлов с частицами воздуха, Блэк доказал, что обжиг мягких щелочей — ото их разложение на едкие щелочи и фиксированный воздух. И Ломоносов, и Блэк с помощью весов прекрасно объяснили эти реакции, не прибегая к тонким материям.