Загадка воды раскрыта

Джеймс УаттИзобретатель паровой машины Джеймс Уатт в письме к Дж. Блэку от 21 апреля 1783 года впервые высказал мысль о сложном составе воды: «Когда совершенно сухой горючий воздух и совершенно сухой дефлогистированный воздух сжигаются посредством электрической искры в закрытом стеклянном сосуде, то, по остывании сосуда, находят воду, приставшую к сосуду в количестве, равном или почти равном весу всего воздуха… Не вправе ли мы отсюда заключить, что вода состоит из дефлогистированного и горючего воздуха, или флогистона».

Как видим, даже механик Дж. Уатт попадает в цепкие объятия флогистона. Все чаще, когда вода рассматривалась в свете флогистонной теории, о ней говорили как о сложном веществе, состоящем из двух компонентов: «огненного», или «дефлогистированного», воздуха (кислорода) и флогистона, который отождествлялся с водородом.

Первым, кто совершил великий переворот в представлениях о воде, был выдающийся французский химик Антуан Лоран Лавуазье (1743—1794).Антуан ЛАвуазье

В своих нескольких работах ученый изложил процессы горения и дыхания на основе созданной им кислородной теории, отвергнув флогистон и показав, сколь значительна роль кислорода в природе химических соединений. По этому поводу Ф. Энгельс в предисловии ко второму тому «Капитала» отмечал: «Пристли и Шееле описали кислород, но они не знали, что оказалось у них в руках. Они «оставались в плену» флогистонных «категорий, которые они нашли у своих предшественников». Элемент, которому суждено было ниспровергнуть все флогистонные воззрения и революционизировать химию, пропадал в их руках совершенно бесплодно… И если даже Лавуазье и не дал описания кислорода, как он утверждал впоследствии, одновременно с другими и независимо от них, то все же по существу дела открыл кислород он, а не те двое, которые только описали его, даже не догадываясь о том", что именно они описывали».

Прежде чем перейти к рассмотрению опытов А. Лавуазье по синтезу и разложению воды, осветим некоторые эпизоды его жизни, которая трагически оборвалась в дни Французской революции.

Рано утром 26 августа 1743 года в Париже в семье адвоката родился мальчик — Антуан. Он рос любознательным, живым ребенком, проявляя редкие способности, которые прекрасно дополнялись терпением, упорством и умением добросовестно трудиться, за что бы он ни брался. Вопреки стремлению отца приобщить юношу к юриспруденции Антуан начал изучать естественные науки, прежде всего химию, физику, геологию. В 1766 году он получает золотую медаль Парижской академии за разработку проекта освещения улиц города, а спустя два года его удостаивают высокой чести — избирают адъюнктом Парижской Академии наук.

В 1772 году А. Лавуазье женится на Марии Анне Пьеретте Польз, ставшей его ближайшей помощницей при проведении различных экспериментальных работ. Незадолго до женитьбы он делает весьма неосторожный шаг в своей жизни — вступает в Компанию откупов, что привело к роковым последствиям. Должность «генерального откупщика» позволила ему значительно приумножить состояние. Откупщики взыскивали с народа разорительные налоги, получая за это определенные политические права и большие барыши. Народ не мог мириться с бесконечными поборами, превращавшими их жизнь в нищенское существование, и готов был расправиться с откупщиками при первом возможном случае.

Во времена Французской буржуазной революции в ноябре 1793 года был издан декрет об аресте откупщиков. Революционный трибунал приговорил всех членов организации откупщиков, куда входил А. Лавуазье, к гильотинированию. Это произошло 8 мая 1794 года.

Научная деятельность А. Лавуазье насыщена многими яркими событиями. Прежде всего он сумел доказать несостоятельность теории флогистона, Стремление в основе всех тел природы видеть два-три, максимум четыре элемента, отмечал А. Лавуазье,— явное заблуждение, почерпнутое из представлений древнегреческих философов. Методы анализа конца XVIII века, считал он, дают возможность в корне пересмотреть учение древних.

Разрушая многовековые аристотелевские традиции в оценке явлений природы и веществ, А. Лавуазье пристально изучает и задумывается над действительным составом воды.

Когда в октябре 1774года Дж. Пристли побывал в Париже и показал А. Лавуазье свои знаменитые опыты по получению «дефлогистированного воздуха», вероятно, именно тогда в представлениях французского ученого произошел глубокий перелом. Его проницательный ум сумел, очевидно, сопоставить процессы горения металлов и образования воды. Ведь в реакцию с металлами вступает одна пятая часть воздуха.

Однако, будучи человеком осторожным, Лавуазье по нимал, что для утверждения кислородной теории и раз облачения флогистона требуются серьезные эксперимеп тальные доказательства.

Развивая кислородную теорию, А. Лавуазье   значительно глубже, чем Дж. Пристли и К. Шееле, разобрал< в процессе окисления ртути с образованием оксида (HgO и последующим его разложением. В соответствии с это реакцией выделялся свободный кислород:

2HgO->2Hg+02.

Во всем хаосе перемежающихся представлений об элементах и соединениях А. Лавуазье первым сумел рассмотреть роль кислорода. В статье «Соображения о флогистоне», относящейся к 1783 году, он смело утверждает: «Но если в химии все объясняется удовлетворительным образом без помощи флогистона, то одно это означает бесконечно большую вероятность того, что такое начало не существует и что оно представляет собой гипотетическую субстанцию, неосновательное предположение…».

Высказывание А. Лавуазье полно сарказма и иронии. «Это настоящий Протей (флогистон.— В. С), меняющий свой вид каждое   мгновение. Настало время,— пишет А. Лавуазье,— привести химию к тому, чтобы делать умозаключения более строгим способом, освободить факты, которыми ежедневно обогащается эта наука, от того, что к ним добавили толкования и предвзятые мнения, отделить то, что исходит от факта и наблюдения, от того, что исходит от систем и гипотез». Эти прекрасные слова и сейчас могли бы украсить любой научный труд.

К 1783 году А. Лавуазье решительно избавляется от флогистонного миража и твердо встает на позиции кислородной теории, на основе которой он и раскрывает состав воды. Опыты по изучению состава воды проведены им 24 июня 1783 года. А. Лавуазье и его коллега математик и физик П. Лаплас в присутствии группы французских ученых синтезировали воду из «горючего воздуха» и «дефлогистированного воздуха». При этом масса образовавшейся воды была равна массе водорода и кислорода, участвующих в реакции.

Вот так в один день стало ясно, что вода не простой элемент, а сложное вещество. Но какой долгий и трудный, измеряемый тысячелетиями путь вел к этой знаменательной дате, сколько огорчений, разочарований, ошибок и личных трагедий пережили естествоиспытатели, пока наконец-то аристотелевская вода раскрыла свою неэлементарную природу. И это сделано трудами многих поколений ученых, совершающих восхождение к вершине, покоренной, однако, гением А. Лавуазье. Изучая состав воды, он первым сумел не только получить 45 гран чистой воды (1 гран равен 62,2 мг), но и сделать из экспериментальных фактов правильные выводы, показав, что вода состоит из двух элементов — кислорода и водорода.

В работе «Статья о сродстве кислородного начала к различным веществам, с которыми оно способно соединяться» он отмечает, что кислородное начало, соединенное с тепловой материей, составляет жизненный воздух — то самое вещество, которое, соединяясь с горючим воздухом, образует воду.

Синтезировав воду, А. Лавуазье вскоре проводит опыт по ее разложению: пропуская водяной пар над раскаленным железом, он получает водород и оксид металла.

Новый способ получения водорода заинтересовал Парижскую Академию наук, поскольку работы эти совершенно неожиданно нашли практическое применение в воздухоплавании.

Братья Жозеф и Этьенн Монгольфье, наполнив горячим воздухом аэростат диаметром 11,5 м, 5 июня 1783 года осуществили первый беспилотный полет.

«Для усовершенствования аэростатических машин» Парижская Академия наук создала специальную комиссию, включив в ее состав и Лавуазье. Братья Монгольфье, продолжая свои опыты, 19 сентября в Версале запустили воздушный шар с животными, 21 ноября в Париже был осуществлен первый полет двух аэронавтов: Жана Франсуа Пилатра де Розье и Франсуа Лорана, маркиза Д'Арланда, продержавшихся в воздухе 20 мин и покрывших расстояние около 9 км.

Так воздухоплаватели начинали прокладывать новые пути-дороги, нередко рискуя жизнью, дерзали, творили и стремились оторваться от земли, подняться в заоблачную даль.

Первый запуск воздушного шара, наполненного водородом, осуществил французский ученый Жак Шарль. Используя исследования А. Лавуазье о подъемной силе газовых оболочек, Шарль и его коллега Робер 1 декабря 1783 года совершили полет на шаре улучшенной конструкции. Они преодолели расстояние почти в 40 км.

Это были знаменательные события, захватившие всю Францию. Зимой 1783/84 года А. Лавуазье и Ж. Менье пытались найти более дешевый способ получения водорода для наполнения аэростатов новых конструкций, и 21 апреля 1784 года они представили доклад Парижской Академии о возможности использования водорода, получаемого при разложении воды железом при большом нагревании.

Таким образом, вода стала причастной к первым полетам на воздушных шарах, открыв путь к практическому воздухоплаванию.

Продолжая опыты по синтезу и разложению воды, А. Лавуазье и Ж. Менье в феврале 1785 года пришли к выводу, что вода содержит 85 % кислорода и 15 % водорода (по современным данным, 88,81 % кислорода и 11,19 % водорода).

Итак, природа воды раскрыта. В середине 80-х годов XVIII века было окончательно установлено, что вода образуется двумя газообразными веществами — кислородом и водородом. Это выдающееся открытие сыграло исключительно важную роль   в познании   окружающей природы. Ведь все живое планеты содержит от 65 до 99 % воды.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *