Един есенен ден на 1772 г. парижани, които се разхождат близо до Лувъра, в градината на инфантата, по протежение на брега на Сена, могат да видят странна конструкция, наподобяваща плоска количка под формата на дървена платформа на шест колела. Върху него е монтирано огромно стъкло. Двете най-големи лещи, които имаха радиус от осем фута, бяха закрепени заедно, за да образуват лупа, която събираше слънчевите лъчи и ги насочваше към втора, по-малка леща и след това към повърхността на масата. На платформата стояха учените с перуки и черни очила, ангажирани с експеримента, а техните помощници се спускаха като моряци на палубата, настройвайки цялата тази сложна конструкция спрямо слънцето, непрекъснато държайки носещото се по небето светило „на прицела“.
Сред хората, които се възползваха от тази инсталация - "ускорителя на частици" от 18 век - беше Антоан Лоран Лавоазие. Тогава той се заинтересува какво се случва, когато един диамант се изгори.
Отдавна се знае, че диамантите горят и местните бижутери поискаха от Френската академия на науките да проучи дали има някакъв риск в това. Самият Лавоазие се интересуваше от малко по-различен въпрос: химическата същност на горенето. Красотата на „огненото стъкло“ беше, че фокусирайки слънчевите лъчи в точка вътре в контейнера, то нагряваше всичко, което можеше да бъде поставено в тази точка. Димът от съда може да бъде насочен през тръба в съд, съдържащ вода, съдържащите се в него частици могат да бъдат утаени, след което водата може да се изпари и остатъкът да се анализира.
За съжаление експериментът беше неуспешен: интензивното нагряване доведе до непрекъснато спукване на стъклото. Лавоазие обаче не се отчайва – той има други идеи. Той предложи програма на Академията на науките за изследване на „въздуха, съдържащ се в материята“ и как той, този въздух, е свързан с процесите на горене.
Нютон успя да насочи развитието на физиката по правилния път, но в химията по това време нещата бяха много зле - тя все още беше в плен на алхимията. „Хена, разтворена в добре обеднен спирт на селитра, ще даде безцветен разтвор“, пише Нютон. „Но ако го поставите в добро масло от витриол и го разклатите, докато се разтвори, сместа първо ще стане жълта, а след това тъмночервена.“ Страниците на тази „готварска книга“ не казват нищо за измервания или количества. „Ако духът на сол се постави в прясна урина, тогава и двата разтвора ще се смесят лесно и спокойно“, отбеляза той, „но ако същият разтвор се накапе върху изпарената урина, тогава ще последват съскане и кипене и летливите и киселинни соли ще коагулират в третата след известно време.” вещество, наподобяващо амоняк по природа. И ако разредите отвара от теменужки, като я разтворите в малко количество прясна урина, тогава няколко капки ферментирала урина ще придобият ярко зелен цвят.
Много далеч от съвременната наука. Има много неща в алхимията, дори в собствените писания на Нютон, които приличат на магия. В един от дневниците си той съвестно копира няколко абзаца от книгата на алхимика Джордж Старки, който нарича себе си Филалет.
Пасажът започва: „В (Сатурн) е скрита безсмъртната душа.“ Сатурн обикновено означаваше олово, тъй като всеки елемент беше свързан с планета. Но в този случай те имаха предвид сребрист метал, известен като антимон. „Безсмъртен дух“ е газ, който рудата отделя при нагряване до екстремни температури. „Марс е свързан със Сатурн чрез връзки на любов (това означава, че желязото е добавено към антимона), което само по себе си поглъща голяма сила, чийто дух разделя тялото на Сатурн и от двете заедно тече чудесна ярка вода, в която Слънцето залязва , освобождавайки светлината си.” . Слънцето е злато, което в този случай е потопено в живак, често наричан амалгама. „Венера, най-ярката звезда, е в прегръдките на [Марс].“ Венера беше името, дадено на медта, която беше добавена към сместа на този етап. Тази металургична рецепта най-вероятно е описание на ранните етапи на получаване на „философския камък“, към който се стремяха всички алхимици, тъй като се смяташе, че с негова помощ е възможно да се превърнат основните елементи в злато.
Лавоазие и неговите съвременници са успели да надхвърлят тези мистични заклинания, но химиците дори по това време все още са вярвали в алхимичните идеи, че поведението на веществата се определя от три принципа: живак (който се втечнява), сол (която сгъстява) и сяра (която прави веществото запалимо). „Сярният дух“, наричан още terra pingua („мазна“ или „мазна“ земя), занимаваше умовете на мнозина. В началото на 18 век немският химик Георг Ернст Щал започва да го нарича флогистон (от гръцки phlog - свързан с огъня).
Смятало се е, че предметите горят, защото съдържат много флогистон. Тъй като предметите се поглъщат от огън, те отделят това запалимо вещество във въздуха. Ако запалите парче дърво, то ще спре да гори, оставяйки след себе си само купчина пепел, само когато изразходи целия си флогистон. Следователно се смяташе, че дървото се състои от пепел и флогистон. По същия начин, след калциниране, т.е. Когато е изложен на екстремна топлина, металът остава с бяло, крехко вещество, известно като котлен камък. Следователно металът се състои от флогистон и мащаб. Процесът на ръждясване е бавен процес на горене, като дишане, т.е. реакции, които възникват при изпускане на флогистон във въздуха.
Разгледан е и обратният процес. Смятало се, че мащабът прилича на руда, добита от земята, която след това е била рафинирана, подложена на редукция или „регенерация“ чрез нагряване до дървени въглища. Въгленът отделя флогистон, който в комбинация с нагара възстановява лъскавия метал.
Само по себе си използването на хипотетично вещество, което не може да бъде измерено, но може да се предположи, не съдържа нищо лошо. Днес космолозите оперират и с концепцията за „тъмна материя“, която трябва да съществува, за да не се разлитат галактиките, когато се въртят под въздействието на центробежна сила, и че антигравитационната „тъмна енергия“ стои зад разширяването на Вселената.
С помощта на флогистона учените биха могли логично да обяснят горенето, калцинирането, редуцирането и дори дишането. Химията внезапно придоби смисъл.
Това обаче не решава всички проблеми: остатъчната след калцинирането нагар тежи повече от оригиналния метал. Как може да се случи, че след като флогистонът напусне веществото, то става по-тежко? Подобно на „тъмната енергия“ четвърт хилядолетие по-късно, флогистонът, по думите на френския философ Кондорсе, „се задвижва от сили, противоположни по посока на гравитацията“. За да направи тази идея по-поетична, един химик заяви, че флогистонът „дава крила на молекулите на земята“.
Лавоазие, подобно на учените от онова време, беше убеден, че флогистонът е един от основните компоненти на материята. Но по времето, когато започва да експериментира с диаманти, той започва да се чуди: може ли нещо да тежи по-малко от нула?
Майка му умира, когато той е още момче, оставяйки му наследство, което е достатъчно, за да влезе в доходоносно предприятие, наречено "Main Farming". Френското правителство сключи споразумение с този консорциум от частни лица за събиране на данъци, от които фермери като Лавоазие имаха определен дял. Тази дейност непрекъснато го отвлича от изследванията, но осигурява доходи, които му позволяват след известно време да стане собственик на една от най-добрите лаборатории в Европа. Сред първите експерименти през 1769 г. е експеримент, с който Лавоазие решава да тества преобладаващата тогава идея, че водата може да се превърне в земя.
Доказателствата бяха доста убедителни: водата, изпаряваща се в тиган, оставя твърда утайка. Но Лавоазие решава да стигне до дъното, използвайки съд за сублимация, известен като пеликан. Имайки голям кръгъл контейнер в основата и малка горна камера, съдът е оборудван с две извити тръби (малко като клюн на пеликан), през които парата се връща обратно надолу. За алхимиците пеликанът символизира жертвената кръв на Христос, така че се смяташе, че съдът на пеликана има силата на трансформация. Освен това водата, която кипи в пеликана, непрекъснато се изпарява и кондензира, така че никакво вещество - твърдо, течно или газообразно - не може да напусне системата.
След като дестилира чиста вода в продължение на сто дни, Лавоазие открива, че утайката действително съществува. Но се досети откъде идва. След като претегли празния пеликан, той забеляза, че съдът е станал по-лек. След като изсушава и претегля утайката, Лавоазие вижда, че теглото на утайката съвсем точно съответства на намаляването на теглото на съда и този факт го навежда на идеята, че източникът на утайката е стъклото на съда.
Две години по-късно, през 1771 г., Лавоазие навършва двадесет и осем години. Същата година се жени. Неговата избраница беше Мари-Ан Пиерет Ползе, тринадесетгодишната дъщеря на друг данъчен фермер. (Това доста красиво момиче по това време беше сгодено, а вторият й потенциален младоженец беше на петдесет години.) Мария Анна хареса научните изследвания на съпруга си толкова много, че бързо усвои химията и помогна с каквото можеше: водеше си бележки, превеждаше научна литература на английски на френски и направи най-сложните чертежи на експеримент, който се оказа толкова елегантен, че подобно на философския камък беше предопределен да превърне алхимията в химия.
Химиците от поколението, към което принадлежеше Лавоазие, вече знаеха, че, както англичанинът Джоузеф Пристли успя да го формулира, „има няколко вида въздух“. Мефитният („зловонен“ или „застоял“) въздух кара пламъка да изгасне и мишката в него умира от задушаване. Такъв въздух прави варовата вода (калциев хидроксид) мътна, образувайки бяла утайка (калциев карбонат). Въпреки това растенията се чувстваха добре в този въздух и след известно време отново го направиха годен за дишане.
Друг задушаващ газ се получава, когато свещ гори известно време в затворен съд. Този газ не утаява варовита вода и тъй като е ясно свързан с процеса на горене, той започва да се нарича флогистонов въздух или азот (от гръцки „безжизнен“). Най-загадъчен беше летливият газ, отделян при разтваряне на железни стружки в разредена сярна киселина. Беше толкова запалим, че беше наречен „запалим въздух“. Ако надуете балон с този въздух, той ще се издигне високо над земята.
Възникна въпросът дали новите видове въздух са химически елементи или, както предполага Пристли, модификации на „обикновения“ въздух, получени чрез добавяне или премахване на флогистон?
С мъка сдържайки скептицизма си, Лавоазие повтори някои от експериментите на своите колеги. Той потвърди, че изгарянето на фосфор за получаване на фосфорна киселина или изгарянето на сяра за получаване на сярна киселина произвежда вещества, които тежат повече от използваните вещества, т.е. както при калцинирането на метали. Но защо се случва тази промяна? Струваше му се, че е намерил отговора на този въпрос. Използвайки лупа, за да нагрее калай, затворен в запечатан стъклен съд, той откри, че цялата инсталация тежи еднакво преди и след експеримента. Бавно отваряйки съда, той чу въздуха да нахлува вътре с шум, след което тежестта отново се увеличи. Може би предметите горят не защото излъчват флогистон, а защото абсорбират част от въздуха?
Ако това е така, тогава възстановяването, т.е. топенето на руда в чист метал освобождава въздух. Той измери известно количество оловен котлен камък, наречен литар, и го постави на малка повдигната повърхност в съд с вода до парче въглен. Покривайки всичко със стъклена камбана, той започва да нагрява скалата с помощта на лупа. По изместването на водата той можеше да предположи, че се отделя газ. Внимателно събирайки отделения газ, той открива, че този газ гаси пламъка и утаява варовита вода. Изглежда, че "застоялият" въздух е бил продукт на възстановяване, но това ли е всичко?
Оказало се, че отговорът се крие в червеникава субстанция, наречена mercurius calcinatus или люспи от живак, която се продавала от парижките аптекари като лек за сифилис на цена от 18 ливри или повече за унция, т.е. $1000 по днешните цени. Всички експерименти с това вещество бяха не по-малко екстравагантни от експериментите с изгаряне на диаманти. Както всеки друг мащаб, той може да се получи чрез калциниране на чист метал на силен пламък. При по-нататъшно нагряване обаче полученото вещество отново се превръща в живак. С други думи, mercurius calcinatus може да бъде възстановен дори без използването на въглен. Но какъв тогава е бил източникът на флогистона? През 1774 г. Лавоазие и няколко негови колеги от Френската академия на науките потвърждават, че живакът наистина може да бъде намален „без допълнителни вещества“ със загуба на около една дванадесета от теглото му.
Пристли също експериментира с това вещество, като го нагрява с лупа и събира отделяните газове. „Това, което ме порази толкова много, че дори няма достатъчно думи, за да изразя чувствата, които ме завладяха“, пише той по-късно, „е че свещта гореше в този въздух с доста силен пламък... Не можах да намеря обяснение за този феномен." След като установил, че лабораторната мишка се чувства добре в магическия газ, той решил сам да го диша. „Струваше ми се, че след известно време почувствах необикновена лекота и свобода в гърдите си. Кой би предположил, че този чист въздух в крайна сметка ще се превърне в модерен луксозен артикул. Междувременно само две мишки и аз самият имахме удоволствието да го вдишаме.
Пристли решава да нарече газа, в който човек може да се диша добре и да гори лесно, „дефлогистиран“, т.е. въздух в най-чистата му форма. Той не беше сам в подобни разсъждения. В Швеция фармацевт на име Карл Вилхелм Шееле също изучава свойствата на „огнения въздух“.
По това време Лавоазие вече е нарекъл газа, отделен по време на редукция на mercurius calcinatus, „изключително полезен за дишане“ или „жив“ въздух. Подобно на Пристли, той вярваше, че този газ представлява въздуха в неговата първична форма. Тук обаче Лавоазие среща една трудност. Когато се опита да намали живачната скала с помощта на въглен, т.е. по стария, доказан начин се отделя същият газ, както при възстановяването на кал - той изгасва пламъка на свещта и утаява варовита вода. Защо намаляването на живачен котлен камък без въглен доведе до „жив“ въздух, а при използване на въглен се появи задушлив „застоял“ въздух?
Имаше само един начин да се изясни всичко. Лавоазие взе съд от рафта, който се наричаше плоска колба. Долната му част беше кръгла, а Лавоазие нагря високата шия и я огъна така, че първо да се извие надолу, а след това отново нагоре.
Ако в неговия експеримент от 1769 г. съдът приличаше на пеликан, то сегашният приличаше на фламинго. Лавоазие изсипа четири унции чист живак в кръглата долна камера на съда (обозначена с A на фигурата). Съдът беше монтиран върху пещта, така че гърлото му да беше в отворен съд, също пълен с живак, след което се издигна в стъклена камбана. Тази част от настройката беше използвана за определяне на количеството въздух, което ще се консумира по време на експеримента. След като маркира нивото (LL) с хартиена лента, той запали пещта и доведе живака в камера А почти до кипене.
Можем да предположим, че през първия ден не се е случило нищо особено. Малко количество живак се изпари и се утаи по стените на плоската колба. Получените топки бяха достатъчно тежки, за да потекат отново надолу. Но на втория ден по повърхността на живака започнаха да се образуват червени точки - котлен камък. През следващите няколко дни червената кора се увеличи по размер, докато достигна максималния си размер. На дванадесетия ден Лавоазие спря експеримента и направи някои измервания.
По това време живакът в стъклената камбана надхвърли първоначалното ниво с количеството въздух, който беше изразходван за образуване на котлен камък. Като взема предвид промените в температурата и налягането в лабораторията, Лавоазие изчислява, че количеството въздух е намаляло с около една шеста от първоначалния си обем, т.е. от 820 до 700 кубически сантиметра. Освен това природата на газа се е променила. Когато една мишка беше поставена вътре в контейнера, съдържащ останалия въздух, тя веднага започна да се задушава и „свещта, поставена в този въздух, веднага изгасна, сякаш беше поставена във вода“. Но тъй като газът не е причинил утаяване във варовита вода, по-вероятно е да се припише на азота, а не на „застоялия въздух“.
Но какво е получил живакът от въздуха по време на горенето? След като отстранява червеното покритие, което се е образувало върху метала, Лавоазие започва да го нагрява в реторта, докато отново се превърне в живак, освобождавайки от 100 до 150 кубически сантиметра газ - приблизително същото количество като живак, абсорбиран по време на калцинирането. Свещта, поставена в този газ, „гореше прекрасно“ и въгленът не тлееше, а „светеше с такава ярка светлина, че очите едва можеха да я понесат“.
Това беше повратна точка. Изгаряйки, живакът абсорбира „живия“ въздух от атмосферата, оставяйки азот. Намаляването на живака отново доведе до освобождаване на „жив“ въздух. Така Лавоазие успя да раздели двата основни компонента на атмосферния въздух.
За да бъде сигурен, той смесва осем части „жив“ въздух и четиридесет и две части азот и показва, че полученият газ има всички характеристики на обикновения въздух. Анализ и синтез: „Тук се крие най-убедителното доказателство в химията: въздухът, когато се разлага, се комбинира отново.“
През 1777 г. Лавоазие докладва резултатите от своите изследвания на членовете на Академията на науките. Флогистон се оказа измислица. Изгарянето и калцинирането се случват, когато веществото абсорбира „жив“ въздух, който той нарича кислород поради ролята му в образуването на киселини. (Oxy означава „пикантен“ на гръцки.) Поглъщането на кислород от въздуха води до оставане във въздуха само на непригоден за дишане азот.
Що се отнася до газа, който се наричаше "застоял" въздух, той се образува, когато кислородът, освободен по време на редукция, се комбинира с нещо в въглищата, създавайки това, което днес наричаме въглероден диоксид.
Година след година колегите на Лавоазие, особено Пристли, мърмореха за факта, че той уж си е присвоил първенството в експериментите, които също са извършили.Веднъж Пристли вечерял в къщата на двойката Лавоазие и им разказал за своя въздух, лишен от флогистон, и за шведския фармацевтът Шееле изпрати на Лавоазие писмо, в което разказва за вашите преживявания. Но въпреки всичко това те продължават да смятат, че кислородът е въздух, лишен от флогистон.
В пиесата Oxygen, чиято премиера е през 2001 г., двама химици, Карл Джераси и Роалд Хофман, създават сюжет, в който шведският крал кани тримата учени в Стокхолм, за да решат кой от тях да се счита за откривател на кислорода. Шееле е първият, който изолира газа, а Пристли е първият, който публикува статия, предполагаща съществуването му, но само Лавоазие разбира какво са открили.
Той погледна много по-дълбоко и формулира закона за запазване на масата. В резултат на химическа реакция веществото - в този случай изгарящ живак и въздух - променя формата си. Но масата нито се създава, нито се унищожава. Колкото вещества влизат в реакцията, толкова и трябва да излезе. Както може да каже един бирник, балансът така или иначе трябва да се балансира.
През 1794 г., по време на революционния терор, Лавоазие и бащата на Мари-Ан, заедно с други данъчни фермери, са признати за „врагове на народа“. Те бяха докарани на каруца до площада на Революцията, където вече бяха изградени дървени сцени, чийто външен вид дори в детайли напомняше платформата, на която Лавоазие изгаряше диаманти. Само вместо огромни лещи имаше друго постижение на френската технология - гилотината.
Наскоро в интернет се появи съобщение, че по време на екзекуцията Лавоазие е успял да извърши последния си експеримент. Факт е, че във Франция започнали да използват гилотината, защото смятали, че това е най-хуманната форма на екзекуция – носи моментална и безболезнена смърт. И сега Лавоазие имаше възможността да разбере дали това е така. В момента, в който острието на гилотината докосна врата му, той започна да мига с очи и го правеше колкото можеше. В тълпата имаше помощник, който трябваше да брои колко пъти може да мигне. Възможно е тази история да е измислица, но е съвсем в духа на Лавоазие.
Тези думи са изречени от Мари-Ан Лавоазие в пиесата.
Въглеродът (английски Carbon, френски Carbone, немски Kohlenstoff) под формата на въглища, сажди и сажди е познат на човечеството от незапомнени времена; преди около 100 хиляди години, когато нашите предци са владеели огъня, те са се занимавали с въглища и сажди всеки ден. Вероятно много рано хората са се запознали с алотропните модификации на въглерода - диамант и графит, както и изкопаемите въглища. Не е изненадващо, че изгарянето на вещества, съдържащи въглерод, е един от първите химични процеси, които интересуват човека. Тъй като горящото вещество изчезва, когато се погълне от огън, горенето се счита за процес на разлагане на веществото и следователно въглищата (или въглеродът) не се считат за елемент. Елементът беше огънят - явление, съпътстващо горенето; В древните учения за елементите огънят обикновено се появява като един от елементите. В началото на XVII - XVIII век. Възниква теорията за флогистона, предложена от Бехер и Стал. Тази теория признава наличието във всяко горимо тяло на специално елементарно вещество - безтегловна течност - флогистон, която се изпарява по време на процеса на горене. Тъй като при изгаряне на голямо количество въглища остава само малко пепел, флогистиката смята, че въглищата са почти чист флогистон. Това е, което обяснява, по-специално, "флогистичния" ефект на въглищата - способността им да възстановяват метали от "вар" и руди. По-късните флогистици, Реомюр, Бергман и други, вече започват да разбират, че въглищата са елементарно вещество. „Чистите въглища“ обаче са признати за първи път от Лавоазие, който изучава процеса на изгаряне на въглища и други вещества във въздух и кислород. В книгата "Метод на химическата номенклатура" (1787 г.) на Гитон дьо Морво, Лавоазие, Бертоле и Фуркроа името "въглерод" (carbone) се появява вместо френското "чисти въглища" (charbone pur). Под същото име въглеродът се появява в „Таблицата на простите тела“ в „Елементарния учебник по химия“ на Лавоазие. През 1791 г. английският химик Тенант е първият, който получава свободен въглерод; той прекарва фосфорни пари върху калцинирана креда, което води до образуването на калциев фосфат и въглерод. Отдавна е известно, че при силно нагряване диамантът гори, без да оставя следи. Още през 1751 г. френският крал Франциск I се съгласява да даде диамант и рубин за експерименти с изгаряне, след което тези експерименти дори стават модерни. Оказа се, че само диамантът гори, а рубинът (алуминиев оксид с примес на хром) може да издържи продължително нагряване във фокуса на лещата за запалване без повреда. Лавоазие проведе нов експеримент за изгаряне на диаманти с помощта на голяма запалителна машина и стигна до заключението, че диамантът е кристален въглерод. Вторият алотроп на въглерода - графитът в алхимичния период се счита за модифициран оловен блясък и се нарича plumbago; Едва през 1740 г. Пот открива липсата на оловни примеси в графита. Шееле изучава графита (1779) и като флогистик го смята за специален вид сярно тяло, специален минерален въглен, съдържащ свързана „въздушна киселина“ (CO 2 ) и голямо количество флогистон.
Двадесет години по-късно Guiton de Morveau превръща диаманта в графит и след това във въглена киселина чрез внимателно нагряване.
Международното име Carboneum идва от лат. карбо (въглища). Тази дума има много древен произход. Сравнява се с cremare – изгарям; корен sag, cal, руски гар, гал, гол, санскрит sta означава варя, готвя. Думата "карбо" се свързва с имената на въглерод в други европейски езици (въглерод, карбон и др.). Немското Kohlenstoff идва от Kohle - въглища (старонемски kolo, шведски kylla - загрявам). Староруският угорати, или угарати (да горя, изгарям) има корена гар, или планини, с възможен преход към гол; въглища в староруски югал или въглища от същия произход. Думата диамант (Diamante) произлиза от старогръцки - неразрушим, непреклонен, твърд, а графит от гръцки - пиша.
В началото на 19в. старата дума въглища в руската химическа литература понякога се заменя с думата „карбонат“ (Scherer, 1807; Severgin, 1815); От 1824 г. Соловьов въвежда името въглерод.
Един есенен ден на 1772 г. парижани, които се разхождат близо до Лувъра, в градината на инфантата, по протежение на брега на Сена, могат да видят странна конструкция, наподобяваща плоска количка под формата на дървена платформа на шест колела. Върху него е монтирано огромно стъкло. Двете най-големи лещи, които имаха радиус от осем фута, бяха закрепени заедно, за да образуват лупа, която събираше слънчевите лъчи и ги насочваше към втора, по-малка леща и след това към повърхността на масата. На платформата стояха учените с перуки и черни очила, ангажирани с експеримента, а техните помощници се спускаха като моряци на палубата, настройвайки цялата тази сложна конструкция спрямо слънцето, непрекъснато държайки носещото се по небето светило „на прицела“.
Сред хората, които са използвали това съоръжение, „ускорител на частици“ от 18-ти век, е Антоан Лоран Лавоазие. Тогава той се заинтересува какво се случва, когато един диамант се изгори.
Отдавна се знае, че диамантите горят и местните бижутери поискаха от Френската академия на науките да проучи дали има някакъв риск в това. Самият Лавоазие се интересуваше от малко по-различен въпрос: химическата същност на горенето. Красотата на „огненото стъкло“ беше, че фокусирайки слънчевите лъчи в точка вътре в контейнера, то нагряваше всичко, което можеше да бъде поставено в тази точка. Димът от съда може да бъде насочен през тръба в съд, съдържащ вода, съдържащите се в него частици могат да бъдат утаени, след което водата може да се изпари и остатъкът да се анализира.
За съжаление експериментът беше неуспешен: интензивното нагряване доведе до непрекъснато спукване на стъклото. Лавоазие обаче не се отчайва – той има други идеи. Той предложи програма на Академията на науките за изследване на „въздуха, съдържащ се в материята“ и как той, този въздух, е свързан с процесите на горене.
Нютон успя да насочи развитието на физиката по правилния път, но в химията по това време нещата бяха много зле - тя все още беше в плен на алхимията. „Къната, разтворена в добре кипяща спиртна напитка от селитра, ще даде безцветен разтвор“, пише Нютон. „Но ако го поставите в добро масло от витриол и го разклатите, докато се разтвори, сместа първо ще стане жълта, а след това тъмночервена.“ Страниците на тази „готварска книга“ не казват нищо за измервания или количества. „Ако духът на сол се постави в прясна урина, тогава и двата разтвора ще се смесят лесно и спокойно“, отбеляза той, „но ако същият разтвор се накапе върху изпарената урина, тогава ще последват съскане и кипене и летливите и киселинни соли ще коагулира в една трета след известно време.” вещество, наподобяващо амоняк по природа. И ако разредите отвара от теменужки, като я разтворите в малко количество прясна урина, тогава няколко капки ферментирала урина ще придобият ярко зелен цвят.
Много далеч от съвременната наука. Има много неща в алхимията, дори в собствените писания на Нютон, които приличат на магия. В един от дневниците си той съвестно копира няколко абзаца от книгата на алхимика Джордж Старки, който нарича себе си Филалет.
Пасажът започва: „В (Сатурн) е скрита безсмъртната душа.“ Сатурн обикновено означаваше олово, тъй като всеки елемент беше свързан с планета. Но в този случай те имаха предвид сребрист метал, известен като антимон. „Безсмъртен дух“ е газ, който рудата отделя при нагряване до екстремни температури. „Марс е свързан със Сатурн чрез връзки на любов (това означава, че желязото е добавено към антимона), което само по себе си поглъща голяма сила, чийто дух разделя тялото на Сатурн и от двете заедно тече чудесна ярка вода, в която Слънцето залязва , освобождавайки светлината си.” . Слънцето е злато, което в този случай е потопено в живак, често наричан амалгама. „Венера, най-ярката звезда, е в прегръдките на [Марс].“ Венера беше името, дадено на медта, която беше добавена към сместа на този етап. Тази металургична рецепта най-вероятно е описание на ранните етапи на получаване на „философския камък“, към който се стремяха всички алхимици, тъй като се смяташе, че с негова помощ е възможно да се превърнат основните елементи в злато.
Лавоазие и неговите съвременници са успели да надхвърлят тези мистични заклинания, но химиците дори по това време все още са вярвали в алхимичните идеи, че поведението на веществата се определя от три принципа: живак (който се втечнява), сол (която сгъстява) и сяра (която прави веществото запалимо). „Сярният дух“, наричан още terra pingua („мазна“ или „мазна“ земя), занимаваше умовете на мнозина. В началото на 18 век немският химик Георг Ернст Щал започва да го нарича флогистон (от гръцки phlog - свързан с огъня).
Смятало се е, че предметите горят, защото съдържат много флогистон. Тъй като предметите се поглъщат от огън, те отделят това запалимо вещество във въздуха. Ако запалите парче дърво, то ще спре да гори, оставяйки след себе си само купчина пепел, само когато изразходи целия си флогистон. Следователно се смяташе, че дървото се състои от пепел и флогистон. По същия начин, след калциниране, т.е. Когато е изложен на екстремна топлина, металът остава с бяло, крехко вещество, известно като котлен камък. Следователно металът се състои от флогистон и мащаб. Процесът на ръждясване е бавен процес на горене, като дишане, т.е. реакции, които възникват при изпускане на флогистон във въздуха.
Разгледан е и обратният процес. Смятало се, че мащабът прилича на руда, добита от земята, която след това е била рафинирана, подложена на редукция или „регенерация“ чрез нагряване до дървени въглища. Въгленът отделя флогистон, който в комбинация с нагара възстановява лъскавия метал.
Само по себе си използването на хипотетично вещество, което не може да бъде измерено, но може да се предположи, не съдържа нищо лошо. Днес космолозите оперират и с концепцията за „тъмна материя“, която трябва да съществува, за да не се разлитат галактиките, когато се въртят под въздействието на центробежна сила, и че антигравитационната „тъмна енергия“ стои зад разширяването на Вселената.
С помощта на флогистона учените биха могли логично да обяснят горенето, калцинирането, редуцирането и дори дишането. Химията внезапно придоби смисъл.
Това обаче не решава всички проблеми: остатъчната след калцинирането нагар тежи повече от оригиналния метал. Как може да се случи, че след като флогистонът напусне веществото, то става по-тежко? Подобно на „тъмната енергия“ четвърт хилядолетие по-късно, флогистонът, по думите на френския философ Кондорсе, „се задвижва от сили, противоположни по посока на гравитацията“. За да направи тази идея по-поетична, един химик заяви, че флогистонът „дава крила на молекулите на земята“.
Лавоазие, подобно на учените от онова време, беше убеден, че флогистонът е един от основните компоненти на материята. Но по времето, когато започва да експериментира с диаманти, той започва да се чуди: може ли нещо да тежи по-малко от нула?
Майка му умира, когато той е още момче, оставяйки му наследство, което е достатъчно, за да влезе в доходоносно предприятие, наречено "Main Farming". Френското правителство сключи споразумение с този консорциум от частни лица за събиране на данъци, от които фермери като Лавоазие имаха определен дял. Тази дейност непрекъснато го отвлича от изследванията, но осигурява доходи, които му позволяват след известно време да стане собственик на една от най-добрите лаборатории в Европа. Сред първите експерименти през 1769 г. е експеримент, с който Лавоазие решава да тества преобладаващата тогава идея, че водата може да се превърне в земя.
Доказателствата бяха доста убедителни: водата, изпаряваща се в тиган, оставя твърда утайка. Но Лавоазие решава да стигне до дъното, използвайки съд за сублимация, известен като пеликан. Имайки голям кръгъл контейнер в основата и малка горна камера, съдът е оборудван с две извити тръби (малко като клюн на пеликан), през които парата се връща обратно надолу. За алхимиците пеликанът символизира жертвената кръв на Христос, така че се смяташе, че съдът на пеликана има силата на трансформация. Освен това водата, която кипи в пеликана, непрекъснато се изпарява и кондензира, така че никакво вещество - твърдо, течно или газообразно - не може да напусне системата.
След като дестилира чиста вода в продължение на сто дни, Лавоазие открива, че утайката действително съществува. Но се досети откъде идва. След като претегли празния пеликан, той забеляза, че съдът е станал по-лек. След като изсушава и претегля утайката, Лавоазие вижда, че теглото на утайката съвсем точно съответства на намаляването на теглото на съда и този факт го навежда на идеята, че източникът на утайката е стъклото на съда.
Две години по-късно, през 1771 г., Лавоазие навършва двадесет и осем години. Същата година се жени. Неговата избраница беше Мари-Ан Пиерет Ползе, тринадесетгодишната дъщеря на друг данъчен фермер. (Това доста красиво момиче по това време беше сгодено, а вторият й потенциален младоженец беше на петдесет години.) Мария Анна хареса научните изследвания на съпруга си толкова много, че бързо усвои химията и помогна с каквото можеше: водеше си бележки, превеждаше научна литература на английски на френски и направи най-сложните чертежи на експеримент, който се оказа толкова елегантен, че подобно на философския камък беше предопределен да превърне алхимията в химия.
Химиците от поколението, към което принадлежеше Лавоазие, вече знаеха, че, както англичанинът Джоузеф Пристли успя да го формулира, „има няколко вида въздух“. Мефитният („зловонен“ или „застоял“) въздух кара пламъка да изгасне и мишката в него умира от задушаване. Такъв въздух прави варовата вода (калциев хидроксид) мътна, образувайки бяла утайка (калциев карбонат). Въпреки това растенията се чувстваха добре в този въздух и след известно време отново го направиха годен за дишане.
Друг задушаващ газ се получава, когато свещ гори известно време в затворен съд. Този газ не утаява варовита вода и тъй като е ясно свързан с процеса на горене, той започва да се нарича флогистонов въздух или азот (от гръцки „безжизнен“). Най-загадъчен беше летливият газ, отделян при разтваряне на железни стружки в разредена сярна киселина. Беше толкова запалим, че беше наречен „запалим въздух“. Ако надуете балон с този въздух, той ще се издигне високо над земята.
Възникна въпросът дали новите видове въздух са химически елементи или, както предполага Пристли, модификации на „обикновения“ въздух, получени чрез добавяне или премахване на флогистон?
С мъка сдържайки скептицизма си, Лавоазие повтори някои от експериментите на своите колеги. Той потвърди, че изгарянето на фосфор за получаване на фосфорна киселина или изгарянето на сяра за получаване на сярна киселина произвежда вещества, които тежат повече от използваните вещества, т.е. както при калцинирането на метали. Но защо се случва тази промяна? Струваше му се, че е намерил отговора на този въпрос. Използвайки лупа, за да нагрее калай, затворен в запечатан стъклен съд, той откри, че цялата инсталация тежи еднакво преди и след експеримента. Бавно отваряйки съда, той чу въздуха да нахлува вътре с шум, след което тежестта отново се увеличи. Може би предметите горят не защото излъчват флогистон, а защото абсорбират част от въздуха?
Ако това е така, тогава възстановяването, т.е. топенето на руда в чист метал освобождава въздух. Той измери известно количество оловен котлен камък, наречен литар, и го постави на малка повдигната повърхност в съд с вода до парче въглен. Покривайки всичко със стъклена камбана, той започва да нагрява скалата с помощта на лупа. По изместването на водата той можеше да предположи, че се отделя газ. Внимателно събирайки отделения газ, той открива, че този газ гаси пламъка и утаява варовита вода. Изглежда, че "застоялият" въздух е бил продукт на възстановяване, но това ли е всичко?
Оказало се, че отговорът се крие в червеникава субстанция, наречена mercurius calcinatus или люспи от живак, която се продавала от парижките аптекари като лек за сифилис на цена от 18 ливри или повече за унция, т.е. $1000 по днешните цени. Всички експерименти с това вещество бяха не по-малко екстравагантни от експериментите с изгаряне на диаманти. Както всеки друг мащаб, той може да се получи чрез калциниране на чист метал на силен пламък. При по-нататъшно нагряване обаче полученото вещество отново се превръща в живак. С други думи, mercurius calcinatus може да бъде възстановен дори без използването на въглен. Но какъв тогава е бил източникът на флогистона? През 1774 г. Лавоазие и няколко негови колеги от Френската академия на науките потвърждават, че живакът наистина може да бъде намален „без допълнителни вещества“ със загуба на около една дванадесета от теглото му.
Пристли също експериментира с това вещество, като го нагрява с лупа и събира отделяните газове. „Това, което ме порази толкова много, че дори няма достатъчно думи, за да изразя чувствата, които ме завладяха“, пише той по-късно, „е че свещта гореше в този въздух с доста силен пламък... Не можах да намеря обяснение за този феномен." След като установил, че лабораторната мишка се чувства добре в магическия газ, той решил сам да го диша. „Струваше ми се, че след известно време почувствах необикновена лекота и свобода в гърдите си. Кой би предположил, че този чист въздух в крайна сметка ще се превърне в модерен луксозен артикул. Междувременно само две мишки и аз самият имахме удоволствието да го вдишаме.
Пристли решава да нарече газа, в който човек може да се диша добре и да гори лесно, „дефлогистиран“, т.е. въздух в най-чистата му форма. Той не беше сам в подобни разсъждения. В Швеция фармацевт на име Карл Вилхелм Шееле също изучава свойствата на „огнения въздух“.
По това време Лавоазие вече е нарекъл газа, отделен по време на редукция на mercurius calcinatus, „изключително полезен за дишане“ или „жив“ въздух. Подобно на Пристли, той вярваше, че този газ представлява въздуха в неговата първична форма. Тук обаче Лавоазие среща една трудност. Когато се опита да намали живачната скала с помощта на въглен, т.е. по стария, доказан начин се отделя същият газ, както при възстановяването на кал - той изгасва пламъка на свещта и утаява варовита вода. Защо намаляването на живачен котлен камък без въглен доведе до „жив“ въздух, а при използване на въглен се появи задушлив „застоял“ въздух?
Имаше само един начин да се изясни всичко. Лавоазие взе съд от рафта, който се наричаше плоска колба. Долната му част беше кръгла, а Лавоазие нагря високата шия и я огъна така, че първо да се извие надолу, а след това отново нагоре.
Ако в неговия експеримент от 1769 г. съдът приличаше на пеликан, то сегашният приличаше на фламинго. Лавоазие изсипа четири унции чист живак в кръглата долна камера на съда (обозначена с A на фигурата). Съдът беше монтиран върху пещта, така че гърлото му да беше в отворен съд, също пълен с живак, след което се издигна в стъклена камбана. Тази част от настройката беше използвана за определяне на количеството въздух, което ще се консумира по време на експеримента. След като маркира нивото (LL) с хартиена лента, той запали пещта и доведе живака в камера А почти до кипене.
Можем да предположим, че през първия ден не се е случило нищо особено. Малко количество живак се изпари и се утаи по стените на плоската колба. Получените топки бяха достатъчно тежки, за да потекат отново надолу. Но на втория ден по повърхността на живака започнаха да се образуват червени точки - котлен камък. През следващите няколко дни червената кора се увеличи по размер, докато достигна максималния си размер. На дванадесетия ден Лавоазие спря експеримента и направи някои измервания.
По това време живакът в стъклената камбана надхвърли първоначалното ниво с количеството въздух, който беше изразходван за образуване на котлен камък. Като взема предвид промените в температурата и налягането в лабораторията, Лавоазие изчислява, че количеството въздух е намаляло с около една шеста от първоначалния си обем, т.е. от 820 до 700 кубически сантиметра. Освен това природата на газа се е променила. Когато една мишка беше поставена вътре в контейнера, съдържащ останалия въздух, тя веднага започна да се задушава и „свещта, поставена в този въздух, веднага изгасна, сякаш беше поставена във вода“. Но тъй като газът не е причинил утаяване във варовита вода, по-вероятно е да се припише на азота, а не на „застоялия въздух“.
Но какво е получил живакът от въздуха по време на горенето? След като отстранява червеното покритие, което се е образувало върху метала, Лавоазие започва да го нагрява в реторта, докато отново се превърне в живак, освобождавайки от 100 до 150 кубически сантиметра газ - приблизително същото количество като живак, абсорбиран по време на калцинирането. Свещта, поставена в този газ, „гореше прекрасно“ и въгленът не тлееше, а „светеше с такава ярка светлина, че очите едва можеха да я понесат“.
Това беше повратна точка. Изгаряйки, живакът абсорбира „живия“ въздух от атмосферата, оставяйки азот. Намаляването на живака отново доведе до освобождаване на „жив“ въздух. Така Лавоазие успя да раздели двата основни компонента на атмосферния въздух.
За да бъде сигурен, той смесва осем части „жив“ въздух и четиридесет и две части азот и показва, че полученият газ има всички характеристики на обикновения въздух. Анализ и синтез: „Тук се крие най-убедителното доказателство в химията: въздухът, когато се разлага, се комбинира отново.“
През 1777 г. Лавоазие докладва резултатите от своите изследвания на членовете на Академията на науките. Флогистон се оказа измислица. Изгарянето и калцинирането се случват, когато веществото абсорбира „жив“ въздух, който той нарича кислород поради ролята му в образуването на киселини. (Oxy означава „пикантен“ на гръцки.) Поглъщането на кислород от въздуха води до оставане във въздуха само на непригоден за дишане азот.
Що се отнася до газа, който се наричаше "застоял" въздух, той се образува, когато кислородът, освободен по време на редукция, се комбинира с нещо в въглищата, създавайки това, което днес наричаме въглероден диоксид.
Година след година колегите на Лавоазие, особено Пристли, мърмореха за факта, че той уж си е присвоил първенството в експериментите, които също са извършили.Веднъж Пристли вечерял в къщата на двойката Лавоазие и им разказал за своя въздух, лишен от флогистон, и за шведския фармацевтът Шееле изпрати на Лавоазие писмо, в което разказва за вашите преживявания. Но въпреки всичко това те продължават да смятат, че кислородът е въздух, лишен от флогистон.
В пиесата Oxygen, чиято премиера е през 2001 г., двама химици, Карл Джераси и Роалд Хофман, създават сюжет, в който шведският крал кани тримата учени в Стокхолм, за да решат кой от тях да се счита за откривател на кислорода. Шееле е първият, който изолира газа, а Пристли е първият, който публикува статия, предполагаща съществуването му, но само Лавоазие разбира какво са открили.
Той погледна много по-дълбоко и формулира закона за запазване на масата. В резултат на химическа реакция веществото - в този случай изгарящ живак и въздух - променя формата си. Но масата нито се създава, нито се унищожава. Колкото вещества влизат в реакцията, толкова и трябва да излезе. Както може да каже един бирник, балансът така или иначе трябва да се балансира.
През 1794 г., по време на революционния терор, Лавоазие и бащата на Мари-Ан, заедно с други данъчни фермери, са признати за „врагове на народа“. Те бяха докарани на каруца до площада на Революцията, където вече бяха изградени дървени сцени, чийто външен вид дори в детайли напомняше платформата, на която Лавоазие изгаряше диаманти. Само вместо огромни лещи имаше друго постижение на френската технология - гилотината.
Наскоро в интернет се появи съобщение, че по време на екзекуцията Лавоазие е успял да извърши последния си експеримент. Факт е, че във Франция започнали да използват гилотината, защото смятали, че това е най-хуманната форма на екзекуция – носи моментална и безболезнена смърт. И сега Лавоазие имаше възможността да разбере дали това е така. В момента, в който острието на гилотината докосна врата му, той започна да мига с очи и го правеше колкото можеше. В тълпата имаше помощник, който трябваше да брои колко пъти може да мигне. Възможно е тази история да е измислица, но е съвсем в духа на Лавоазие.
(c) Джордж Джонсън „Десетте най-красиви експеримента в науката“.
Думата "диамант" идва от гръцки език. На руски се превежда като "". Наистина, за да се повреди този камък, трябва да се положат свръхчовешки усилия. Той реже и драска всички познати ни минерали, като самият той остава невредим. Киселината не му вреди. Един ден от любопитство в ковачница бил направен експеримент: върху наковалня бил поставен диамант и се удряло с чук. Желязният почти се разцепи на две, но каменният остана непокътнат.
Диамантът гори с красив синкав цвят.
От всички твърди вещества диамантът има най-висока топлопроводимост. Устойчив е на триене, дори срещу метал. Това е най-еластичният минерал с най-нисък коефициент на компресия. Интересно свойство на диаманта е да свети дори под въздействието на изкуствени лъчи. Свети с всички цветове на дъгата и пречупва цвета по интересен начин. Този камък сякаш е наситен с цвета на слънцето и след това го излъчва. Както знаете, естественият диамант не е красив, но шлайфането му придава истинска красота. Скъпоценен камък, направен от шлифован диамант, се нарича диамант.
История на експериментите
През 17 век в Англия Бойл успява да изгори диамант, като го осветява със слънчев лъч през леща. Във Франция обаче опитът с калциниране на диаманти в съд за топене не даде никакви резултати. Френският бижутер, който проведе експеримента, намери само тънък слой тъмна плака върху камъните. В края на 17 век италианските учени Аверани и Тарджиони, докато се опитват да слеят два диаманта, успяват да установят температурата, при която гори диамантът - от 720 до 1000 ° C.
Диамантът не се топи поради силната структура на кристална решетка. Всички опити да се стопи минералът завършват с изгарянето му.
Великият френски физик Антоан Лавоазие отиде по-далеч, като реши да постави диаманти в запечатан стъклен съд и да го напълни с кислород. С помощта на голяма леща той нагрява камъните и те изгарят напълно. След като изследвали състава на въздуха, те открили, че освен кислород, той съдържа въглероден диоксид, който е съединение на кислород и въглерод. Така беше получен отговорът: диамантите горят, но само с достъп до кислород, т.е. на открито. При изгаряне диамантът се превръща във въглероден диоксид. Ето защо, за разлика от въглищата, след изгарянето на диаманта не остава дори пепел. Експериментите на учените потвърдиха друго свойство на диаманта: при липса на кислород диамантът не гори, но неговата молекулярна структура се променя. При температура 2000°C графитът може да се получи само за 15-30 минути.
