Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья посвящена раннему современному использованию этого термина. Для современной обработки химии газов см. Химия ионов газовой фазы .
Воздушный насос Роберта Бойля

В истории науки , Пневматическая химия представляет собой область научных исследований семнадцатого, восемнадцатого и начале девятнадцатого века. Важными целями этой работы было понимание физических свойств газов и их отношения к химическим реакциям и, в конечном итоге, к составу вещества . Возникновение теории флогистона и ее замена описанием кислорода как компонента атмосферы и фактора горения были рассмотрены в эпоху пневматической химии.

Воздух как реагент [ править ]

В восемнадцатом веке, когда область химии развивалась из алхимии , область естественной философии была создана вокруг идеи воздуха как реагента . До этого воздух в первую очередь считался статическим веществом, которое не вступало в реакцию и просто существовало. Однако, как настаивали Лавуазье и несколько других химиков-пневматиков, воздух действительно был динамичным и не только находился под влиянием сгоревшего материала, но также влиял на свойства различных веществ.

Первоначальной задачей пневматической химии были реакции горения, начиная со Стивена Хейлза . Эти реакции будут давать разные «воздушные потоки», как их назвали бы химики, и эти разные воздушные среды содержали более простые вещества. До Лавуазье эти арии считались отдельными сущностями с разными свойствами; Лавуазье был в значительной степени ответственен за изменение представления о воздухе как о том, что он состоит из этих различных газов, которые открыли его современники и более ранние химики. [1]

Это исследование газов было инициировано Хейлсом с изобретением пневматического желоба, прибора, способного собирать газ, выделяющийся в результате реакций, с воспроизводимыми результатами. Термин « газ» был придуман Дж. Б. ван Гельмонтом в начале семнадцатого века. Этот термин произошел от греческого слова «хаос» из-за его неспособности должным образом собирать вещества, выделяемые реакциями, поскольку он был первым натурфилософом, сделавшим попытку тщательно изучить третий тип материи. Однако только когда Лавуазье провел свое исследование в восемнадцатом веке, это слово повсеместно использовалось учеными в качестве замены слова « аир» . [2]

Ван Гельмонт (1579–1644) иногда считается основоположником пневматической химии, поскольку он был первым натурфилософом, заинтересовавшимся воздухом как реагентом. [3] Алессандро Вольта начал исследования химии воздуха в 1776 году и утверждал, что существуют различные типы горючего воздуха, основываясь на экспериментах с болотными газами. [4] Пневматические химики, которым приписывают открытие химических элементов, включают Джозефа Пристли , Генри Кавендиша , Джозефа Блэка , Дэниела Резерфорда и Карла Шееле . Среди других людей, исследовавших газы в этот период, были Роберт Бойл , Стивен Хейлз ,Уильям Браунриг , Антуан Лавуазье , Жозеф Луи Гей-Люссак и Джон Далтон . [5] [6] [7]

История [ править ]

Химическая революция [ править ]

Основная статья: Химическая революция

«В период между 1770 и 1785 годами химики по всей Европе начали улавливать, выделять и взвешивать различные газы». [8] : 40

Пневматический желоб является неотъемлемой частью работы с газами (или, как современные химики называют их, АИПС). Работа, проделанная Джозефом Блэком, Джозефом Пристли, Германом Бурхаве и Генри Кавендишем, в основном была связана с использованием инструмента, позволяющего им собирать воздух, выделяемый в результате различных химических реакций и анализов горения. Их работа привела к открытию многих типов воздуха, таких как дефлогистированный воздух (открытый Джозефом Пристли).

Более того, химия воздуха не ограничивалась анализами горения. В течение восемнадцатого века многие химики использовали открытие воздуха как новый путь для изучения старых проблем, одним из примеров которых была медицинская химия. Один конкретный англичанин, Джеймс Ватт, начал брать идею воздуха и использовать его в том, что называлось пневматической терапией , или использованием воздуха, чтобы сделать лаборатории более удобными для работы на свежем воздухе, а также помочь пациентам с различными заболеваниями с разной степенью тяжести. успеха. Большинство экспериментов на людях проводилось на самих химиках, так как они считали, что эксперименты на себе были необходимой частью или прогрессом в этой области.

Авторы [ править ]

Джеймс Ватт [ править ]

Исследования Джеймса Ватта в области химии пневматики включали использование легковоспламеняющегося (H 2 ) и дефлогистированного (O 2 ) воздуха для создания воды. В 1783 году Джеймс Ватт показал, что вода состоит из легковоспламеняющихся и дефлогистированных газов и что масса газов до сгорания в точности равна массе воды после сгорания. [9] До этого момента вода рассматривалась как фундаментальный элемент, а не как соединение. Джеймс Ватт также стремился изучить использование различных видов воздуха в медицинских целях в качестве «пневматической терапии», сотрудничая с доктором Томасом Беддоусом для лечения его дочери Джесси Ватт с помощью фиксированного воздуха. [10]

Джозеф Блэк [ править ]

Джозеф Блэк был химиком, который проявил интерес к области пневматики после обучения у Уильяма Каллена . Сначала он был заинтересован в теме магнезии альба, или карбоната магния , и известняка, или карбоната кальция , и написал диссертацию под названием «De Humore acido a cibis orto, et magnesia alba» о свойствах обоих. [11] Его эксперименты с карбонатом магния привели его к открытию, что неподвижный воздух или углекислый газ, выделялся во время реакций с различными химическими веществами, включая дыхание. Несмотря на то, что он никогда не использовал пневматический желоб или другие приборы, изобретенные для сбора и анализа воздуха, его выводы привели к дополнительным исследованиям неподвижного воздуха вместо обычного воздуха, при этом желоб фактически использовался. [2]

Переехав преподавать в Глазго, Блэк обратил свои интересы к теме тепла. В ходе своих экспериментов со льдом и водой он сделал несколько открытий о скрытой теплоте плавления и скрытой теплоте замерзающей воды, а также активно работал с определенными температурами ряда жидкостей. [12]

Джозеф Пристли [ править ]

Джозеф Пристли в своей книге «Наблюдения за разными видами воздуха» был одним из первых, кто описал воздух как состоящий из разных состояний материи, а не как один элемент. [13] Пристли подробно остановился на понятиях неподвижного воздуха (CO 2 ), ядовитого воздуха и легковоспламеняющегося воздуха, включив в них «легковоспламеняющийся азотистый воздух», « воздух с медной кислотой », « щелочной воздух » и « дефлогистированный воздух ». [13] Пристли также описал процесс дыхания с точки зрения теории флогистона . [13] Пристли также разработал процесс лечения цинги.и другие недуги с использованием фиксированного воздуха в его Указаниях по пропитке воды фиксированным воздухом. Работа Пристли по пневматической химии оказала влияние на его естественное мировоззрение. Его вера в «воздушную экономию» проистекала из его веры в «дефлогистированный воздух» как в самый чистый тип воздуха, и что флогистон и горение лежат в основе природы. [14] Джозеф Пристли в основном проводил исследования с помощью пневматического желоба, но он отвечал за сбор нескольких новых водорастворимых эфиров. Это было достигнуто в первую очередь за счет того, что он заменил воду ртутью и установил полку под головкой для повышения устойчивости, воспользовавшись идеей, предложенной Кавендишем, и популяризировал ртутный пневматический желоб. [2]

Герман Бурхааве [ править ]

Хотя Бургаве (учитель, исследователь и ученый) не получил признания за прямые исследования в области пневматической химии, он опубликовал Elementa Chimiae в 1727 году. Этот трактат включал поддержку работы Хейлза, а также развивал идею воздуха. Несмотря на то, что он не опубликовал свое собственное исследование, этот раздел, посвященный эфирам в Elementa Chimie, цитировался многими другими современниками и содержал большую часть современных знаний о свойствах эфиров. [15] Бурхааве также приписывают внесение изменений в мир химической термометрии благодаря его работе с Даниэлем Фаренгейтом, также обсуждаемой в Elementa Chimiae. [16]

Генри Кавендиш [ править ]

Генри Кавендиш , несмотря на то, что он не был первым, кто заменил воду в желобе ртутью , был одним из первых, кто заметил, что неподвижный воздух не растворяется по сравнению с ртутью, и поэтому его можно собирать более эффективно с помощью адаптированного инструмента. Он также охарактеризовал неподвижный воздух (CO 2 ) и легковоспламеняющийся воздух (H 2 ). Воспламеняющийся воздух был одним из первых газов, выделенных и обнаруженных с помощью пневматического желоба. Однако он не реализовал свою идею до предела и поэтому не использовал ртутный пневматический желоб в полной мере. [2] Кавендишу приписывают почти правильный анализ содержания газов в атмосфере. [17] Кавендиш также показал, что легковоспламеняющийся воздуха атмосферный воздух можно было объединить и нагреть для производства воды в 1784 году [17].

Стивен Хейлз [ править ]

В восемнадцатом веке, с появлением анализа горения в химии, Стивен Хейлз изобрел пневматический желоб для сбора газов из образцов вещества, которые он использовал; будучи не заинтересованным в свойствах собираемых им газов, он хотел выяснить, сколько газа выделяется из материалов, которые он сжигал или позволял бродить. Хейлзу удалось предотвратить потерю «эластичности» воздуха, то есть предотвратить потерю его объема, пропуская газ через воду и, следовательно, растворяя растворимые газы.

После изобретения пневматического желоба Стивен Хейлз продолжил свои исследования различных газов и провел множество ньютоновских анализов различных их свойств. Он опубликовал свою книгу « Овощные статики» в 1727 году, которая оказала глубокое влияние на область пневматической химии, о чем многие исследователи цитировали в своих научных статьях. В « Vegetable Staticks» Хейлз не только представил свою кормушку , но и опубликовал результаты, полученные им из собранного воздуха, такие как эластичность и состав воздуха, а также их способность смешиваться с другими. [18]

Инструменты [ править ]

Пневматический желоб [ править ]

Стивен Хейлз, которого называют создателем пневматической химии, создал пневматический желоб в 1727 году. [19] Этот инструмент широко использовался многими химиками для исследования свойств различных видов воздуха, таких как так называемый легковоспламеняющийся воздух (то, что сегодня называют водородом). . Лавуазье использовал это в дополнение к своему газометру для сбора и анализа газов, что помогло ему составить список простых веществ.

Пневматический желоб, изобретенный Хейлсом в 1700-х годах. Это была первоначальная модель, использовавшаяся для сбора воздуха путем сжигания.

Пневматический желоб, хотя и являвшийся неотъемлемой частью на протяжении восемнадцатого века, несколько раз модифицировался для более эффективного сбора газов или просто для сбора большего количества газа. Например, Кавендиш отметил, что количество фиксированного воздуха, выделяемого в результате реакции, не полностью присутствует над водой; это означало, что фиксированная вода поглощала часть этого воздуха и не могла быть использована количественно для сбора этого конкретного воздуха. Поэтому он заменил воду в желобе ртутью, в которой не растворилась большая часть воздуха. Таким образом он смог не только собрать весь воздух, выделяемый в результате реакции, но и определить растворимость воздуха в воде, положив начало новой области исследований для химиков-пневматиков. Хотя это была основная адаптация желоба в восемнадцатом веке,до и после этой замены воды ртутью было внесено несколько незначительных изменений, таких как добавление полки, чтобы опереться на нее во время сбора газа. Эта полка также позволит использовать менее обычные головы, такие как мочевой пузырь Браунригга.[2]

Практическим применением пневматического желоба стал эвдиометр , который использовал Ян Ингенхауз, чтобы показать, что растения производят дефлогистированный воздух под воздействием солнечного света, и этот процесс теперь называется фотосинтезом . [8]

Газометр [ править ]

Во время своей химической революции Лавуазье создал новый прибор для точного измерения газов. Он назвал этот инструмент газометром. У него было две разные версии; тот, который он использовал в демонстрациях Академии и публике, который представлял собой большую дорогостоящую версию, предназначенную для того, чтобы заставить людей поверить в высокую точность, и меньшую, более лабораторную практическую версию с такой же точностью. Эта более практичная версия была дешевле в изготовлении, что позволило большему количеству химиков использовать прибор Лавуазье. [13]

См. Также [ править ]

  • Полка для улья
  • Пневматическое учреждение

Примечания и ссылки [ править ]

  1. ^ Levere, Тревор (2001). Преобразование материи . Мэриленд: Издательство Университета Джона Хопкинса. С. 62–64. ISBN 978-0-8018-6610-4.
  2. ^ a b c d e Параскандола, Джон; Идэ, Аарон Дж. (1969-01-01). «История пневматического желоба». Исида . 60 (3): 351–361. DOI : 10.1086 / 350503 . JSTOR 229488 . 
  3. ^ Holmyard, Эрик Джон (1931). Создатели химии . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. п. 121.
  4. ^ Tomory, Лел (май 2009). «Истоки газовой технологии в пневматической химии восемнадцатого века». Анналы науки . Группа Тейлор и Фрэнсис. 66 (4): 473–496. doi : 10.1080 / 00033790903047717 - через Scopus.
  5. ^ Партингтон, JP (1951). Краткая история химии (2-е изд.). Макмиллан и компания. С. 65–151.
  6. ^ Ihde, Аарон Дж. (1984). Развитие современной химии . Дувр. С. 32–54. (первоначально опубликовано в 1964 г.)
  7. ^ Хадсон, Джон (1992). История химии . Чепмен и Холл. С. 47–60.
  8. ^ a b Geerdt Magiels (2009) От солнечного света к пониманию. Ян Инген Хоуш, открытие фотосинтеза и науки в свете экологии , Глава 5: Важнейший инструмент: подъем и падение эвдиометра, страницы = 199-231, VUB Press ISBN 978-90-5487-645-8 
  9. ^ Карнеги, Эндрю (1905). Джеймс Ватт . Нью-Йорк: Даблдей, Пейдж и компания. С. 170–173.
  10. ^ Стэнсфилд, Дороти (1986). «Доктор Томас Беддоус и Джеймс Уоттс: подготовительная работа 1794-96 гг. Для Бристольского института пневматики» . История болезни . 30 : 283. DOI : 10,1017 / s0025727300045713 .
  11. ^ Запад, Джон (15 июня 2014 г.). «Джозеф Блэк, углекислый газ, скрытое тепло и начало открытия дыхательных газов». Американский журнал физиологии . 306 (12): L1057 – L1063. DOI : 10,1152 / ajplung.00020.2014 . PMID 24682452 . 
  12. ^ Dominiczak, Marek (ноябрь 2011). «Уильям Каллен и Джозеф Блэк: химия, медицина и шотландское просвещение». Клиническая химия . 57 . ProQuest 1020570288 . 
  13. ^ a b c d Макэвой, Джон (март 2015 г.). «Газы, Бог и равновесие в природе: комментарий к Пристли (1772 г.)« Наблюдения за разными видами воздуха » » . Философские труды Королевского общества . 373 (2039): 20140229. Bibcode : 2015RSPTA.37340229M . DOI : 10,1098 / rsta.2014.0229 . PMC 4360083 . PMID 25750146 .  
  14. ^ Боулер, Питер (2005). Создание современной науки: исторический обзор . Чикагский университет: Издательство Чикагского университета. С. 61–64. ISBN 978-0-226-06861-9.
  15. ^ Киркер, Милтон (1955). «Герман Бурхааве и развитие пневматической химии». Исида . 46 (1): 36–49. DOI : 10.1086 / 348382 . JSTOR 226823 . PMID 14353582 .  
  16. ^ Пауэрс, Джон С. (1 января 2014 г.). «Измерение огня: Герман Бурхааве и введение термометрии в химию». Осирис . 29 (1): 158–177. DOI : 10.1086 / 678102 . JSTOR 10.1086 / 678102 . PMID 26103753 .  
  17. ^ a b Юнгникель, Криста ; МакКорммах, Рассел (1996). Кавендиш . Филадельфия, Пенсильвания: Американское философское общество. п. 261. ISBN. 978-0-87169-220-7.
  18. ^ Киркер, Милтон (1955). «Герман Бурхааве и развитие пневматической химии». Исида . 46 (143): 36–49. DOI : 10.1086 / 348382 . PMID 14353582 . 
  19. ^ Levere, Тревор (2001). Преобразование материи . Мэриленд: Издательство Университета Джона Хопкинса. С. 52–55. ISBN 978-0-8018-6610-4.