«химическая революция. Химии история Химическая революция

Работы Лавуазье произвели в химии, пожалуй, такую же революцию, как два с половиной века до того открытия Коперника в астрономии. Вещества, которые раньше считались элементами, как показал Лавуазье, оказались соединениями, состоящими в свою очередь из сложных «элементов». Открытия и воззрения Лавуазье оказали громадное влияние не только на развитие химической теории, но и на всю систему химических знаний. Они так преобразовали саму основу химических знаний и языка, что следующие поколения химиков, по существу, не могли понять даже терминологию, которой пользовались до Лавуазье. На этом основании впоследствии стали считать, что о «подлинной» химии нельзя говорить до открытий Лавуазье. Преемственность химических исследований при этом была забыта. Только историки химии начали вновь воссоздавать действительно существовавшие закономерности развития химии. При этом было выяснено, что «химическая революция» Лавуазье была бы невозможна без существования до него определенного уровня химических знаний.

Развитие химических знаний Лавуазье увенчал созданием новой системы, в которую вошли важнейшие достижения химии прошлых веков. Эта система, правда, в значительно расширенном и исправленном виде, стала основой научной химии.

Прежде всего Лавуазье заменил устаревшие понятия элемента новыми. Достижения в области экспериментальной и практической химии ко времени Лавуазье позволили отказаться от гипотетических элементов Аристотеля и алхимиков. После работ Лавуазье элементом стали называть вещество, которое не могло быть далее разложено никакими химическими способами. Не следует предъявлять слишком строгие требования к этому определению. Ведь Лавуазье еще не мог знать, что при помощи специальных способов и методов в дальнейшем окажется возможным разделить «неразделимые» в то время вещества. Предложенное Лавуазье определение элемента было прогрессивным: оно давало химикам четкие критерии, но не накладывало жесткие рамки на использование различных методов изучения элементов. Для развития химии определение Лавуазье было чрезвычайно плодотворным. Оно стимулировало попытки разложения веществ всеми доступными средствами. Так было открыто большинство химических элементов в первой половине XIX в.

С изменением краеугольного понятия - химического элемента - новой химической системе потребовалась и новая терминология, в которой названия веществ были бы проще и понятнее. Кроме того, существовавшие ранее названия различных веществ, не отражая химической сущности их, были настолько сложны и трудны для восприятия, что быстро забывались. В 1787 г. Лавуазье объявил Академии наук в Париже о результатах работы возглавляемой им специальной комиссии по созданию новой химической номенклатуры. Члены комиссии - ведущие химики Франции - Гитон де Морво, Бертолле и Фуркруа дали новые названия химическим элементам и предложили составлять наименования сложных тел, учитывая названия элементов, входящих в их состав. Элементами с тех пор стали называть такие вещества, которые не могли быть разделены на части химическим анализом, например, металлы, фосфор, серу, кислород и водород. Соединениями считались все вещества, состоящие из двух и более элементов.

Названия элементов подбирались таким образом, чтобы они отражали и особенности реагирования данного вещества. Так, элемент, который Джон Пристли считал «дефлогистированным воздухом», Шееле - «огненным воздухом», а Лавуазье - «жизненным воздухом», стал называться по новой номенклатуре кислородом (охудёпе), так как этот газ при сгорании превращал многие вещества в «кислоты». «Горючий воздух» получил название водорода, поскольку при его горении в кислороде образовывалась вода. «Удушливый воздух», согласно решению комиссии, стал называться азотом («удушающее вещество»), потому что этот газ «душил» горение и дыхание.

Кислоты получили названия от тех элементов, из которых они были образованы. Поэтому одна из кислот, в состав которой входила сера, стала называться теперь не «купоросным маслом», а серной кислотой. Кислоты, содержащие фосфор, комиссия постановила называть фосфорными кислотами; кислоту, в состав которой входит углерод,- угольной кислотой.

Новая терминология была прогрессивной, потому что в названиях соединений отражался их состав. Это значительно облегчило систематизацию веществ с учетом данных новейших экспериментальных исследований.

Лавуазье совершил революционный переворот в химии. Но понять это смогли отнюдь не все химики XVIII в. Джон Пристли , Шееле и Кавендиш, которые сами внесли столь важный вклад в подготовку этого «революционного переворота», так и остались приверженцами теории флогистона. Они пытались объяснить сделанные ими открытия в свете устаревших теорий. Только Лавуазье удалось рассмотреть эти явления с абсолютно иных позиций. Некоторые химики, как, например, Грен, пытались связать две системы воедино. Однако уже спустя примерно два десятилетия кислородная теория Лавуазье стала общепринятой. В начале XIX в. трудно было найти химиков, которые бы использовали в своих работах «язык» и понятия теории флогистона.

Широкое использование положений новой теории, новых понятий и обозначающих их терминов облегчили объяснение и понимание химиками результатов экспериментальных исследований Венцеля и Рихтера (проведенных еще во времена господства теории флогистона).

Примерно в это же время была решена и другая важнейшая проблема химии: показано, каким образом и в каких количественных отношениях соединяются элементы друг с другом. Пруст открыл закон постоянства состава веществ: химические элементы соединяются друг с другом в определенных (постоянных) весовых отношениях. Тогда же Джон Дальтон открыл закон кратных отношений: весовые соотношения двух элементов, которые образуют различные соединения (как, например, С и О составляют СО или СО 2), имеют вид простых целых чисел 1:1, 1:2, 1:3 и т. д. Широко используя на практике выводы из этого закона, Дальтон в начале XIX в. построил новую атомистическую теорию (химическую атомистику), а Якоб Берцелиус немного позже определил относительные атомные веса [атомные массы] и предложил обозначения элементов и их соединений, почти полностью сохранившиеся до наших дней. Таким образом, были созданы важнейшие положения классической химии.

В итоге в начале XIX в. изменилось и место химии среди других областей знания и производственной деятельности. Химия стала вполне самостоятельной научной дисциплиной, которая играла все возрастающую роль в промышленной революции XIX‒XX в.

С тех пор, как человечество появилось на этой планете, оно вело относительно спокойный и стабильный образ жизни, потребляя одни и те же продукты, черпая воду из одних и тех же источников и вдыхая один и тот же воздух. До недавнего времени существовал хрупкий баланс между нами и остальной природой, а при всякого рода изменениях окружающей среды или климата, баланс сил выравнивался вновь благодаря безостановочному ходу эволюции.

Вследствие наличия умственных способностей и известной доли выносливости нашего организма, люди, как биологический вид, развили способность вмешиваться в природу и изменять окружающую среду. Создание инструментов, открытие огня, одомашнивание животных, окультуривание диких растений, образование первых поселений – всё это было первыми шагами на пути к прогрессу и цивилизации.

Это было важно для людей, но всё это было слабыми потугами, ибо человек не мог причинить сильный вред, поскольку малочисленная популяция людей целиком и полностью пока зависела от сил природы и дрожала при малейших её капризах. Со временем увеличение концентрации людей их вторжения стали не только более настойчивыми, но и более постоянными, характер этих вторжений стал ещё более направленным. Это привело к тому, что, в конце концов, во второй половине прошлого века способность людей ускорять процессы изменилась настолько, что «скорость нашего собственного развития» начала угрожать нам самим.

На ум приходит детище братьев Вачовски – «Матрица», где по иронии судьбы машины, созданные людьми, начали использовать самих же людей в качестве биологически выгодного топлива. Нынешняя реальность подталкивает к мыслям, так красочно изображённым в упомянутом блокбастере: люди уже давно изощряются в изобретении множества механизмов, машин и веществ, обосновывая это всё желанием «улучшить» собственную жизнь, то есть, стать цивилизованными.

На ум приходит фильм "Матрица"

Для большей наглядности обратимся к истории химических «изобретений» и, как уже было сказано, посмотрим на вторую половину прошлого века в цифрах. На графике наглядно представлен рост числа изобретений химических веществ во второй половине двадцатого века. Как видно, с 50-х годов прошлого века начался настоящий бум химической промышленности, и уже к 1975 году статистика зафиксировала 1.000.000 синтетических химических материалов. Дальнейшие «успехи» химиков различных стран характеризовались добавлением порядка 1000 новых химикалиев ежегодно. К концу прошлого тысячелетия у человечества «в ходу», т.е. в широком использовании, находилось более 60.000 химических веществ, полученных искусственным путём.

График, показывающий рост числа химикалиев по годам прошлого столетия

Самое большое число «изобретений» такого рода касается самых слабых звеньев цепи жизнеобеспечения человечества, а именно:

производства часто используемых материалов

* изоляторы

* покрытия

производства и потребления наиболее часто употребляемых продуктов

* пищевые добавки

* вещества, используемые в обработке и хранении

* вещества, используемые в лекарственных средствах

использования распространённых и доступных источников энергии и сред

* воздуха

Самые разнообразные химикаты стали частью нашей жизни

Это созданный нами круговорот химических веществ уже является частью нашей жизни; а мы, как любой биологический вид, должны использовать его, адаптироваться к нему или, что менее всего возможно, избежать его, чтобы выжить. Данную концепцию можно понять, если принять факт нашего собственного участия, да, именно участия, в этом непрерывном процессе – мы с одной стороны производители, а с другой стороны – продукт этого кругооборота. Поэтому то, любой поворот нашего собственного развития или наших знаний замыкается на нас самих.

Временами наши опыты шли нам на пользу, как это было с пенициллином, спасшим не один миллион жизней на войнах и в мирное время. А имеются и такие, о которых хотели бы забыть даже сами их открыватели – уместно вспомнить одно из самых мощных ОМП, газ “Зарин” (который был открыт по роковой случайности немецкими химиками, пытавшимися сделать пестициды более действенными, как раз накануне Второй Мировой Войны). Природа третьих открытий нам не понятна, равно как и наша собственная, так как они просто изменяют нас самих: не надо, наверное, приводить примеры влияния наркотических средств на человеческий организм. Хотя на заре аптекарского дела в Старом Свете, а затем и в прочих частях мира, они подавались как нужные людям лекарственные средства.

Казалось бы, если какое-то вещество было изобретено с мыслью о благе людей, то почему после этого «всплывают» некоторые факты, о существовании которых мы и не подозревали? На практике всё достаточно просто – опасность искусственных веществ заключается как раз в том, что нам ничего неведомо со сколь-нибудь достоверной точностью об их влиянии на то, с чем они соприкасаются, на всём протяжении их бесконтрольного существования.

Это можно показать на элементарном примере: нам давно уже известно, как нам кажется, всё о кислороде. Кислород является чрезвычайно критическим для нашего организма, однако чистый кислород способен нас убить. Поскольку в природе кислород не встречается нам без примесей, мы и не способны его потреблять в таком виде. Как видите, мы участвуем в цепочках жизни именно таким образом, как нас приучила Природа; и любое отклонение (а здесь мы попытались улучшить нужное нам вещество) оказывается фатальным. Вывод здесь один: в чём мы можем быть абсолютно уверены в отношении любого вещества, так это в незнании того, как долго его потенциально вредное действие может не проявлять себя.

Одним из неотъемлемых атрибутов революции, который мы также сегодня наблюдаем с нарастающей тревогой, является негласный запрет на свободу информации, касающийся изобретаемых продуктов, ингредиентов, составов и их маркировки. Хотя всё больше и больше стран вводят обязательные требования для представления информации о составе продуктов питания, медицинских препаратов, одежды и пр., по-прежнему практически невозможно в бытовых условиях определить из чего состоит, например, ваш стиральный порошок, краска, пластмассовое изделие, да что угодно! Самым вызывающим в этом отношении является сокрытие лиц, которые непосредственно причастны к установлению этого режима секретности.

Избыток ненужных химикалиев уже стал настолько очевидным, что ни у кого не вызывает восторг изобретение нового материала, полимера или заменителя. Главным подтверждением этому служит всё нарастающее стремление людей к экологически чистым продуктам. «Благими намерениями вымощена дорога в ад» вот так можно было бы сказать о том, пути, который необходимо пройти всем людям, чтобы предотвратить «победу химической революции».

Последние тенденции в научных достижениях свидетельствуют о большем сдвиге в сторону биологии, генетики и всего «зеленого». Скорее всего, что у людей «откроются глаза» на бесконечные возможности природы вне химии и ядерной энергии, и они придут к выводу, что если запас чего-то не является восстанавливаемым, то, наверное, нет смысла строить долгосрочные планы на этом конечном элементе.

Если вам понравился этот материал, то предлагаем вам подборку самых лучших материалов нашего сайта по мнению наших читателей. Подборку - ТОП материалов о новом человеке, новой экономике, взгляде на будущее и образовании вы можете найти там, где вам максимально удобно

Значение кислородной теории оказалось значительно большим, чем просто объяснение явлений горения и дыхания. Отказ от теории флогистона потребовал пересмотра всех основных принципов и понятий химии, изменения терминологии и номенклатуры веществ. Поэтому с создания кислородной теории начался переломный этап в развитии химии, названный "химической революцией".

В 1785-1787 гг. четыре выдающихся французских химика - Антуан Лоран Лавуазье, Клод Луи Бертолле, Луи Бернар Гитон де Морво и Антуан Франсуа де Фуркруа, - по поручению Парижской академии наук разработали новую систему химической номенклатуры. Логика новой номенклатуры предполагала построение названия вещества по названиям тех элементов, из которых вещество состоит. Основные принципы этой номенклатуры используются до настоящего времени.

В 1789 г. Лавуазье издал свой знаменитый учебник "Элементарный курс химии", целиком основанный на кислородной теории горения и новой химической номенклатуре. Появление этого курса собственно и ознаменовало, по мнению Лавуазье, химическую революцию (1789 - год начала Французской революции, одной из жертв которой станет в 1794 г. и Лавуазье). В "Элементарном курсе химии" Лавуазье привёл первый в истории новой химии список химических элементов (таблицу простых тел), разделённых на несколько типов

1. Простые вещества, относящиеся ко всем царствам природы, которые можно рассматривать как элементы:
ТЕПЛОРОД КИСЛОРОД
2. Простые неметаллические вещества, окисляющиеся и дающие кислоты:
	РАДИКАЛ МУРИЕВОЙ КИСЛОТЫ (Cl) РАДИКАЛ ПЛАВИКОВОЙ КИСЛОТЫ (F) РАДИКАЛ БУРОВОЙ КИСЛОТЫ (B)
3. Простые металлические вещества, окисляющиеся и дающие кислоты:
ВОЛЬФРАМ		МАРГАНЕЦ МОЛИБДЕН
4. Простые солеобразующие землистые вещества:
ГЛИНОЗЁМ	МАГНЕЗИЯ КРЕМНЕЗЁМ

нефлогистонный кислородный горение лавуазье

Рис.3.

Касательно земель Лавуазье на основании их абсолютной инертности к кислороду высказывал предположение о том, что земли представляют собой оксиды неизвестных элементов, впоследствии полностью подтвердившееся. Особую группу для земель в своей таблице элементов Лавуазье выделил, поскольку строго придерживался определения элемента, данного Бойлем: "Если мы… свяжем с названием элементов… представление о последнем пределе, достигаемым анализом, то все вещества, которые мы ещё не смогли никаким способом разложить, являются для нас элементами. …Мы не можем уверять, что считаемое нами сегодня простым является таковым в действительности". Данную концепцию элементов принято называть эмпирико-аналитической, поскольку Лавуазье избрал критерием определения элемента опыт и только опыт, категорически отвергая любые неэмпирические рассуждения об атомах и молекулах, само существование которых невозможно подтвердить опытным путём. Эту концепцию Лавуазье предельно ясно сформулировал в предисловии к своему учебнику: "Я не считал возможным уклониться от требований строгого закона - не заключать ничего сверх того, что даёт непосредственно опыт и не стараться спешными заключениями восполнять молчание фактов".

Созданная Лавуазье рациональная классификация химических соединений основывалась, во-первых, на различии в элементном составе соединений и, во-вторых, на характере их свойств (кислоты, основания, соли, солеобразующие вещества, органические вещества). При этом, как и Бойль, Лавуазье считает, что свойства вещества определяются его составом. Зависимость свойств вещества от состава, описанная Лавуазье, представляет собой закономерность, отражающую взаимосвязь между качественными и количественными характеристиками вещества.

Важнейшим результатом исследований Лавуазье явилось формулирование им закона сохранения массы. Проанализировав результаты собственных исследований количественного состава веществ и соотношения масс реагентов и продуктов реакции, а также результаты подобных исследований других учёных, Лавуазье показал, что во всех случаях масса веществ в ходе химических реакций не изменяется: "Можно принять в качестве принципа, что во всякой операции количество материи одинаково до и после опыта, что качество и количество начал остаются теми же самыми". Следует отметить, что Лавуазье вывел закон сохранения массы опять-таки исключительно из экспериментальных данных, не используя каких-либо теоретических предпосылок, не основанных на опыте.

Химическая революция завершила период становления химии; она ознаменовала собой полную рационализацию химии, окончательный отказ от устаревших натурфилософских и алхимических представлений о природе вещества и его свойств. После химической революции химия вступила в период количественных законов, в котором была создана и развита новая концепция химического элемента - атомно-теоретическая.

Процесс превращения химии в науку завершился открытиями А. Л. Лавуазье. С создания им кислородной теории горения (1777 год) начался переломный этап в развитии химии, названный «химической революцией». Отказ от теории флогистона потребовал пересмотра всех основных принципов и понятий химии, изменения терминологии и номенклатуры веществ. В 1789 году Лавуазье издал свой знаменитый учебник «Элементарный курс химии», целиком основанный на кислородной теории горения и новой химической номенклатуре. Он привёл первый в истории новой химии список химических элементов (таблицу простых тел).

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Натурфилософский (греческий) период
Этот период так же принято называть предалхимическим, так как знания полученный в этот период легли в основу алхимического учения. В предалхимическим периоде теоретический и практич

Алхимический период
Алхимический период - это время поисков философского камня, считавшегося необходимым для осуществления трансмутации металлов. Алхимическая теория, основанная на античных представлен

Техническая химия и ятрохимия
Техническая химия Начиная с эпохи Возрождения, в связи c развитием производства всё большее значение в алхимии стало приобретать производственное и вообще п

Период становления химии как науки
Вторая половина XVII века ознаменовалась первой научной революцией, результатом которой стало новое естествознание, целиком основанное на экспериментальных данных. Создание гелиоцен

Период количественных законов
Главным итогом развития химии в период количественных законов стало её превращение в точную науку, основанную не только на наблюдении, но и на измерении. За открытым Лавуазье законо

Символы атомов Дальтона
Основываясь на законе кратных отношений и законе постоянства состава, объяснить которые, не прибегая к п

Химия во второй половине XIX в
Для данного периода характерно стремительное развитие науки: были созданы периодическая система элементов, теория химического строения молекул, стереохимия, химическая термодинамика

Атомная эпоха
Открытие электрона Э. Вихертом и Дж. Дж. Томсоном (1897 год) и радиоактивности А. Беккерелем (1896 год) стали доказательством делимости атома, возможность которой стала обсуждаться

Метод Лавуазье Кислородная теория горения Переосмысление понятия элемент Глобальные изменения во взглядах на химические явления, которые стали результатом работ французского ученого А.Л. Лавуазье, традиционно называют химической революцией. 1. Замена теории флогистона кислородной концепцией горения; 2. Пересмотр принятой системы составов химических веществ; 3. Переосмысление концепции химического элемента; 4. Формирование представлений о зависимости свойств веществ от их качественного и количественного состава. В основу своих исследований А. Лавуазье положил физико-химический подход, который отличался последовательным применением экспериментальных методов и теоретических представлений физики того времени. Центральную роль среди теоретических воззрений физики в то время играло учение И. Ньютона о силе тяготения. Мера этого тяготения – вес тела, согласно положению И. Ньютона о пропорциональности веса массе, может быть определён физическими методами (взвешиванием). Следствием этих взглядов стало восприятие веса как наиболее существенного свойства материальных частиц. Антуан Лоран Лавуазье 1743-1794 А. Лавуазье начал систематически использовать точное взвешивание для определения количеств веществ в химических реакциях. В отличие от многих свих предшественников, А. Лавуазье взвешивал все участвующие в химическом процессе вещества (в том числе и газообразные), основываясь на общем положении о сохранении суммарного веса взаимодействующих веществ. То есть, его количественный метод базировался на аксиоме сохранения материи – фундаментальном положении классического естествознания, которое высказывалось ещё в древности. А. Лавуазье определял не только вес, но и другие физические характеристики исходных веществ и продуктов реакции (плотность, температуру и т.п.). Измерение количественных параметров в перспективе давало возможность выяснить детальный механизм химических превращений, уже изученных с качественной стороны. Взвешенное количество ртути он поместил в реторту, длинная прогнутая шейка которой сообщалась с колоколом, опрокинутым над жидкой ртутью. Перед опытом был измерен не только объем воздуха над ртутью в реторте и колоколе, но и определен вес всего аппарата. Реторта затем нагревалась в течение 12 дней почти до температуры кипения ртути. Постепенно поверхность ртути в реторте покрывалась чешуйками красного цвета. Когда количество этих чешуек (оксида ртути) перестало увеличиваться, опыт был прекращен. После охлаждения прибора был произведен точный учет количества образовавшихся продуктов. При этом было обнаружено, что: общий вес всего прибора не изменился, объем воздуха сократился, вес взятого воздуха уменьшился как раз настолько, насколько увеличился вес ртути (благодаря образованию оксида). Получение кислорода из оксида ртути (реторта a) методом Пристли. В шарообразном сосуде b скапливается ртуть, а кислород по газоотводной трубке c переходит в цилиндр d, где собирается над жидкой ртутью. Для полноты картины следовало только собрать образовавшийся оксид ртути, разложить его в соответствии с методом Пристли, и измерить количество полученного кислорода. Как и следовало ожидать, воспроизведение подобного опыта дало Лавуазье то самое (в пределах возможной ошибки) количество кислорода, которое было поглощено из воздуха ртутью. Тарелочку с фосфором А. Лавуазье положил на плавающую в воде пробковую подставку, раскаленной проволокой поджег фосфор и быстро накрыл его стеклянным колоколом. Густой белый дым заполнил пространство внутри. Вскоре фосфор погас, а вода стала подниматься и заполнять колокол. Через некоторое время подъем воды прекратился. - Кажется, я взял мало фосфора. Весь воздух не смог с ним соединиться. Надо повторить опыт. Но второй опыт с удвоенным количеством фосфора дал аналогичный результат: вода поднялась до того же уровня. Даже проведенный в десятый раз опыт показал прежний результат. - Фосфор соединяется лишь с одной пятой частью воздуха. Неужели воздух - сложная смесь? Лавуазье изучил и горение серы. При горении она тоже соединялась лишь с одной пятой частью воздуха. После этого ученый стал исследовать обжигание металлов. При Приборы, применявшиеся Лавуазье продолжительном прокаливании металлы превращались в металлическую золу, но смешанная с углем и прогретая при высокой температуре зола снова превращалась в металл. В результате этого процесса, однако, выделялся газ, который химики называли «связывающимся воздухом» (углекислый газ). Лавуазье хорошо понимал, что горение связано с газами, но все еще не мог сделать окончательный вывод. Так возникла необходимость изучать газы. Что представляет собой «связывающийся воздух»? Содержится ли он в известняке? Как он получается, когда известняк нагревают и превращают в негашеную известь? Металлическая ртуть и оксид ртути (II) Металлическая медь и оксид меди (II) Всегда ли при горении поглощается воздух? Если это так, какое вещество в таком случае более сложное - металл или металлическая зола? А. Лавуазье было ясно, что воздух состоит из двух частей - одна из них поддерживает горение (она соединяется с металлами при прокаливании), другая - не поддерживает горения и в ней погибают живые организмы. При сгорании тела поглощают эту активную часть воздуха, названную им «хорошим воздухом». Это объясняет и тот факт, что полученный продукт тяжелее исходного. Ученый пришел к выводу о том, что горение представляет собой процесс не разложения, а соединения с частью воздуха. Причем эта часть воздуха играет не механическую функцию растворителя флогистона, а участвует в химизме процесса горения, давая начало новым соединениям. Наблюдение за разложением оксида ртути в реторте В начале 1775 года А. Лавуазье стал директором Управления порохов и селитр. В связи с этим, он занялся исследованием материалов, применяемых для изготовления пороха. Лавуазье доказал, что селитра и азотная кислота содержат «хороший воздух»; сера и фосфор при сгорании соединяются с этим видом воздуха, а полученные вещества обладают свойствами кислот. - Быть может, все кислоты содержат этот газ? - не раз задавался он вопросом. Лавуазье назвал новый газ кислородом. Основные положения кислородной теории горения были сформулированы в 1777 году. 1. Согласно этой теории, горение может происходить только в присутствии кислорода, при этом происходит выделение света и огня. 2. Вес сгоревшего вещества увеличивается точно на количество поглощенного воздуха. 3. При горении металлов в результате соединения с кислородом образуются металлические извести. 4. При обжиге неметаллических веществ – кислоты (так назывались в тот период ангидриды кислот). А. Лавуазье продемонстрировал, что углекислый газ образуется при горении угля, а также выделяется при сжигании многих природных (органических) тел. Это дало А. Лавуазье возможность предложить удобный метод определения качественного и количественного состава органических веществ. Определение состава углекислого газа дало А. Лавуазье наметить правильное понимание химизма дыхания (поглощение кислорода и выделение углекислого газа), близкая аналогия которого с процессами горения была уже отмечена неоднократно (работы Дж. Мэйоу, Г. Бургаве, Дж. Пристли и др.) Химический прибор для опытов с газами. Из книги А. Л. Лавуазье «Основы антифлогистонной химии». Издание 1792 г. Красный железняк (гематит) Fe2Оз Изучение способов образования и свойств углекислого газа позволило А. Лавуазье расширить кислородную теорию горения и дать объяснение многим химическим процессам с точки зрения окисления-восстановления веществ. То есть от изучения процессов горения ученый перешел к исследованию реакций окисления вообще. Например, А. Лавуазье изучал реакции: 2Fe2O3 + 3C = 3CO2 + 4Fe 2Fe + 3H2O = Fe2O3 + 3H2 уголь И все же на один вопрос он не находил ответа; это касалось горения «воспламеняемого воздуха», который получался при растворении металлов в кислоте и легко сгорал. Согласно новой теории, продукты должны быть более тяжелыми, по Лавуазье не удавалось уловить их полностью, и всегда вес получался меньше. Здесь существовала и другая трудность. Согласно теории кислот, «воспламеняемый воздух» (водород) после соединения с кислородом должен был: образовывать кислоту, а получить ее не удавалось. Лавуазье решил обсудить эту сложную проблему с прибывшим из Англии физиком и химиком Чарлзом Блэгденом, которому он подробно рассказал о своих неудачных опытах. - Мой друг Генри Кавендиш доказал, что если смешать, обычный воздух с «воспламеняемым воздухом» в замкнутом, сосуде и поджечь смесь, то на стенках сосуда образуются мелкие капли - продукт сгорания «воспламеняемого воздуха». Кавендиш установил, что это капли воды. - Поразительное открытие. Значит, и вода - не элемент, а сложное вещество. Мне бы хотелось тут же повторить эти опыты и самому во всем убедиться. Прибор Г. Кавендиша для получения и собирания водорода Эксперимент по синтезу воды из горючего воздуха и кислорода А. Лавуазье провел после аналогичных опытов Г. Кавендиша и Дж. Уатта (одновременно с А. Лавуазье подобные опыты провел Г. Монж), но в отличие от этих ученых, А. Лавуазье интерпретировал этот синтез с позиций кислородной теории, показав, что «горючий воздух» (которому он предложил дать название «водород») и кислород являются элементами, а вода – их соединением. (во время проведения эксперимента по определению состава воды путем поджигания смеси водорода и кислорода электрической искрой) В результате проведенных экспериментов, А. Лавуазье причел к выводу о том, что закон сохранения веса веществ является всеобщим законом. Теория окисления также имеет общий характер, и нет никаких исключений. Вода, кислоты, оксиды металлов – сложные вещества, а металлы, сера и фосфор – простые. Это полностью перевернуло взгляды на всю систему составов химических соединений. Флогистона не существует, а воздух представляет собой смесь газов. Эти мысли А. Лавуазье высказал перед академиками, которым демонстрировал свои опыты. Однако большинство из них не желало признавать работ Лавуазье, его обвиняли в том, что он заимствовал свои идеи из исследований Пристли и Кавендиша. Академики не раз заявляли, что им известны подобные опыты по разложению воды, имея в виду Гаспара Монжа. Приоритет Лавуазье не признавался. Вместо того чтобы объединить свои усилия в исследованиях, ученые спорили о том, кто открыл данное явление. Не найдя поддержки в ученом мире, Лавуазье все же продолжал свои работы. Теперь он сотрудничал с известным физиком и математиком Пьером Симоном Лапласом. Им удалось сконструировать специальный аппарат, с помощью которого можно было измерять тепло, выделенное в результате сгорания веществ. Это был так называемый ледяной калориметр. Исследователи провели также подробное изучение тепла, которое выделяют живые организмы. Измерив количество выдыхаемого углекислого газа и выделенное организмом тепло, они доказали, что пища «сгорает» в организме особым способом. Тепло, выделяемое в результате этого сгорания, служит для поддержания нормальной температуры тела. Ледяной калориметр Лавуазье - Лапласа позволил ещё в XVIII веке измерить теплоёмкости многих твёрдых тел и жидкостей, а также теплоты сгорания разных топлив и теплоты, выделяемые живыми организмами. Например, теплота, отдаваемая животным (или другим объектом) во внутренней камере, расходовалась на плавление льда во внутренней «ледяной рубашке». Внешняя служила для того, чтобы поддерживать температуру внутренней части постоянной. Выделенную теплоту измеряли, взвешивая талую воду, стекавшую в сосуд. Лаплас убедился в правоте взглядов Лавуазье и первым принял его теорию. В 1785 году в поддержку теории Лавуазье выступил и ставший в то время очень известным Клод Луи Бертолле. Несколько позже Лавуазье поддержали и самые видные тогда химики Антуан Фуркруа и Гитон де Морво. Лаплас Пьер-Симон 1749 -1827 французский математик, механик, физик и астроном Фуркруа Антуан-Франсуа (1755-1809) французский химик и политический деятель В методологическом плане важным результатом переворота в химии, произведенного работами А.Л. Лавуазье, было изменение содержания понятия «химический элемент». Элементы стали рассматриваться не как предсуществующие в объекте продукты его разложения, а как последний предел, до которого вещества могут быть разложены в принципе. Элементы стали мыслиться как материальные, определяемые аналитическим путем фрагменты состава, неразложимые на качественно новые образования и сохраняющиеся в процессе любых химических превращений сложных тел, которые они составляют. Благодаря использованию весового метода анализа, в работах А. Лавуазье были сформированы представления об ограниченном множестве элементов и их качественной разнородности. Отсюда вытекал подход к объяснению многообразия химических веществ, как следствия разнообразного качественного и количественного элементного состава. При этом полагалось, что каждое качественно определённое вещество имеет всегда точно определённый и свойственный только ему количественный состав. Соединения с переменным составом (бертоллиды) и явление изомерии в тот период не были известны. Прибор А. Лавуазье для элементного анализа органических веществ В XVIII веке ученые химики проявляли интерес к проблеме кислотности не меньший, чем к проблеме горения, поскольку обе эти проблемы соответствовали двум основным направлениям аналитических исследований того времени (разложения «сухим путем» – с помощью огня, и «мокрым путем» – с помощью кислот). До публикации работ А. Лавуазье считалось, что все кислоты содержат в своём составе некую единую первичную кислоту, придающую всему соединению качество кислотности. А. Лавуазье на основании опытов по разложению серной, фосфорной и азотной кислот (в современных представлениях – SO3, P2O5, N2O5) связал свойство кислотности с наличием в этих соединениях кислорода (отсюда и название кислорода – oxigenium – рождающий кислоту, кислый принцип). Кислоты, по мнению, А. Лавуазье отличаются друг от друга, связанным с кислородом, кислотным радикалом. Кислород считался необходимым элементом кислот, и, некоторое время, даже муриевая (соляная) кислота представлялась как соединение муриевого радикала с кислородом, а хлор считался окислом муриевой кислоты. Гитон Де Морво Луи Бернар (1737- 1816) Французский химик и политический деятель Гитон де Морво впервые встретился с Лавуазье вовсе не по поводу теории горения: - Не знаю, насколько вас это интересует, но в названиях химических соединений - полнейший хаос. - Я вполне согласен с вами. - В данный момент готовится к печати химический раздел -«Методической энциклопедии». И так как, используя существующие до сих пор названия, невозможно дать исчерпывающие ответы на все вопросы, я приступил к составлению новой номенклатуры химических соединений. Конечно, я нуждаюсь в помощи ведущих химиков. - На основании теории горения и роли кислорода в этом процессе я могу сделать некоторые предположения. Возьмем металлическую золу - соединение металла с кислородом. Назовем соединение элементов с кислородом окислами. Тогда цинковая зола будет окисью цинка, железная зола - окисью железа и так далее. А что такое «связывающийся воздух»? Я уже доказал, что это соединение углерода с кислородом. Следовательно, его надо было бы назвать окисью углерода. В 1787 году Гитон де Морво опубликовал «Метод химической номенклатуры», в создании которого приняли участие Лавуазье, Фуркруа и Бертолле. Таблица простых тел Лавуазье А.Л. Лавуазье Преобразование химического языка явилось следствием глобальных изменений в химии и имело целью дать каждому веществу такое название, которое характеризовало бы его состав и химические свойства (до этого момента одно вещество могло иметь много названий, которые часто давались случайно). В новой номенклатуре каждое вещество рассматривалось с точки зрения его общих (например, кислота) и конкретных свойств (например, серная, азотная, фосфорная кислота). Конкретные свойства определялись на основе данных об элементном составе. Номенклатура существенно облегчала обмен химической информацией, её основные принципы в общем виде сохранились до сих пор. Лавуазье работал в то время над одним из своих самых великих творений - учебником химии, необходимость составления которого давно назрела. Нужно было по-новому объяснить явления в природе, ясно изложить основы современных теорий. Новые достижения химии не были отражены в старых учебниках Кристофля Глазера и Николя Лемери. К концу 1788 года учебник был готов. Большая заслуга в подготовке рукописи принадлежала госпоже Лавуазье, художественно оформившей третью часть учебника. Титульный лист учебника А. Лавуазье Первая часть учебника А. Лавуазье содержала изложение кислородной теории горения, описание экспериментов по образованию и разложению газов, сгоранию простых веществ, образованию кислот, описанию состава атмосферы и воды, новую номенклатуру. Во второй части была приведена «Таблица простых тел», которая представляла собой практически первую классификацию химических элементов (всего было представлено 33 элемента). Таблица содержала как реальные элементы, так и некоторые соединения (например, оксиды щелочных металлов), которые в тот период не могли быть разложены (но, как отмечал А. Лавуазье, могут быть разложены впоследствии). В таблице в качестве элементов фигурируют два начала – теплород и светород, которые не имеют веса, но их появление постоянно связано с химическими процессами. Отнесение тепла и света к элементам явилось следствием распространения в физике того времени теории теплорода. В этой теории теплота рассматривалась как род атмосферы, которая окружает частицы всех тел и является причиной отталкивания частиц друг от друга. Явление поглощения теплоты в химических реакциях, а также при переходе веществ из твёрдого в жидкое и из жидкого в газообразное состояние Лавуазье был склонен объяснять как результат соединения теплорода с веществом. Он считал, что твердое, жидкое и газообразное состояние вещества зависит от количества заключенного в нём тепла, в отличие от более ранних представлений об абсолютно несгущаемых в жидкости газах, «неиспаряемых» жидкостях, постоянных твердых телах. Лавуазье писал, что в твердом состоянии силы притяжения между частицами, составляющими тела, превосходят силы отталкивания, в жидком – они выравниваются, а в газообразном – под воздействием теплорода силы отталкивания преобладают над силами притяжения. Представление о способности всех материальных макросубстанций существовать в различных агрегатных состояниях стало ещё одним важным аспектом химической революции. Экспериментальное обоснование закона сохранения элементов в химических реакциях и закона сохранения массы веществ позволило А.Лавуазье ввести составление химических уравнений, т.е. материальных балансов химических превращений. А. Лавуазье писал: «Необходимо предполагать существование равенства или уравнения между началами (элементами) исследуемых тел и получаемыми из последних посредством анализа». Реакции бумаги (а) и меди (б) с кислородом Нельзя не отметить, что задолго до работ А. Лавуазье оригинальные взгляды на строение вещества высказал русский Михаил Васильевич Ломоносов 1711-1765 ученый М.В. Ломоносов. В книге «Элементы математической химии» он писал, что все тела состоят из корпускул, которые в свою очередь содержат известное число элементов. Корпускулы однородны, если они состоят из одинакового числа одних и тех же элементов, связанных между собой одним и тем же способом. Корпускулы разнородны, если их элементы неодинаковы и связаны между собой различным способом или в различном числе. От этого зависит и бесконечное разнообразие тел. Тела бывают простыми, когда они составлены из однородных корпускул, и смешанными, если состоят из нескольких разнородных корпускул. Свойства тел не случайны, они зависят от свойств составляющих их корпускул. Рассмотрим первое - тепло. Что представляет оно собой? Невесомая жидкость, которая может переливаться из одного тела в другое? Нет. Еще Галилей считал, что корпускулы находятся в движении. По-моему, это первое и основное свойство корпускул. Но движение создает тепло. Каждый знает, что при вращении колеса его ось нагревается. Корпускулы тела движутся, вращаются вокруг собственной оси, трутся между собой и создают тепло... В письме Эйлеру Михаил Васильевич изложил свои взгляды на превращения в природе: «Все встречающиеся в природе изменения происходят так, что если к чему-либо нечто прибавилось, то это отнимается у чего-то другого. Так, сколько материи прибавляется к какому-либо телу, столько же теряется у другого, сколько часов я затрачиваю на сон, столько же отнимаю у бодрствования, и т. д. Так как это всеобщий закон природы, то он распространяется и на правила движения: тело, которое своим толчком возбуждает другое к движению, столько же теряет от своего движения, сколько сообщает другому, им двинутому...» - мысли, которых никто до Ломоносова не высказывал. Почему Бойль открывал сосуды после нагревания? В таком, случае могло чтото улетучиться из сосудов и мог измениться, их вес. Надо повторить опыты, но все наблюдения и измерения вести в закрытом сосуде. В нем же есть воздух. Ломоносов подготовил специальный сосуд, насыпал в него свинцовые опилки, затем мехами раздул огонь и нагревал горло сосуда до тех пор, пока стекло не размягчилось. С помощью зажима он запаял стекло и тут же поместил сосуд на огонь. Теперь он был полностью уверен в том, что в сосуд, ничего не попадет и ничего из него не улетучится. Мехи раздулись в последний раз, и вот уже синие язычки пламени исчезли в раскаленной горке угля. Ломоносов осторожно поставил сосуд, на стол и принялся готовить следующий. Опыт надо было повторить много раз, прокаливая не только свинец, но и другие металлы: железо, медь… Ломоносов взвесил остывшие сосуды, установил их на угли, в большой печи и стал раздувать огонь. Сначала мехи работали медленно, но постепенно струя воздуха усиливалась, а с ней появились синеватые язычки пламени. Стенки сосуда покраснели, и свинцовые опилки расплавились. Сверкающие серебристо-белые капли быстро покрылись серовато-желтым налетом. Красные опилки меди превратились в черно-коричневый порошок. Железные опилки почернели. Интересно, вошел ли «теплород» в сосуды? Соединился ли он с металлами? Если да, то вес сосуда должен увеличиться. Но весы показали, что вес всех сосудов оставался неизменным! Визит Екатерины II в лабораторию Ломоносова А что же с золой металлов? Надо сравнить ее вес с весом металла. На следующий день исследователь повторил опыты. Он взвесил металлические опилки до запаивания сосуда. После прокаливания он снова взвесил сосуды, потом открыл их и взвесил полученную металлическую золу. Зола была тяжелее ранее взятого металла! - Эти опыты опровергают мнение Роберта Бойля. Металлы не соединяются с «теплородом»: ведь вес сосуда не изменяется. Это бесспорно. И все же зола тяжелее. - Ломоносов снова задумался. Однако в сосуде было некоторое количество воздуха... Быть может, металлы соединяются с корпускулами воздуха? Раз металлическая зола в сосуде стала тяжелее, значит, воздух, находившийся в сосуде, уменьшился в весе на столько же. Без поступления внешнего воздуха вес металла останется неизменным! Живший в эпоху, когда химия только зарождалась как наука, Ломоносов смог наперекор неверным представлениям флогистонной теории дойти до таких обобщений, которые и сегодня лежат в основе физической и химической науки. Он первый сформулировал закон сохранения вещества и энергии, первый указал путь, по которому пошли многие ученые.