Коллектив авторов - 100 великих научных открытий

В 1946 г. известный авторитет в области ядерной физики, лауреат Нобелевской премии У. Ф. Либби предположил, что тритий непрерывно образуется в ходе атмосферных ядерных реакций. Однако в природе трития так мало (1 атом 3Н на 10 18 атомов 1Н), что обнаружить его удалось только по слабой радиоактивности.

Открытие водорода оказалось очень важным не только для науки, но и для других сфер человеческой деятельности. Сейчас этот элемент используют для получения аммиака, необходимого в производстве удобрений и многих других веществ. Из жидких растительных масел с помощью водорода получают твердые жиры, похожие на сливочное масло и применяемые в пищевой промышленности. При производстве изделий из кварцевого стекла требуется очень высокая температура, и здесь водород тоже находит применение: горелка с водородно-кислородным пламенем дает температуру выше 2000 °C, при которой кварц легко плавится. Также водород часто используют в лабораторных экспериментах, а хранят под давлением в стальных баллонах, для безопасности прикрепленных к стене с помощью специальных хомутов.

На открытие кислорода претендуют сразу трое ученых: шведский химик Карл Вильгельм Шееле, английский священник Джозеф Пристли и французский химик Антуан Лавуазье.

Первым, кто получил относительно чистую пробу кислорода, был Карл Шееле (1742–1786). Работы Шееле охватывают всю химию того времени: учение о газах, химический анализ, химию минералов, начала органической химии. В 1769 г. он выделил из соли — «винного камня» (гидротартрата калия) — винную кислоту. В 1774 г., исследуя пиролюзит («черную магнезию»), показал, что это вещество является соединением неизвестного металла, впоследствии названного марганцем, а также выделил «тяжелую землю» — оксид бария. Кроме того, воздействуя на «черную магнезию» соляной кислотой, Шееле открыл зеленоватый удушливый газ, названный им «дефлогистированной соляной кислотой». Позже этому газу было присвоено название «хлор».

Год спустя Шееле приготовил мышьяковую кислоту, затем — синильную, мочевую, щавелевую, молочную, лимонную, яблочную, галловую, а также глицерин. Особый интерес представляет выделение синильной кислоты из угольного ангидрида, угля и аммиака — этот опыт, по сути, стал первым органическим синтезом, осуществленным за 40 лет до Ф. Вёлера. Кроме того, Шееле первым получил и исследовал перманганат калия (всем известную марганцовку, которая теперь широко применяется в медицине), разработал способ получения фосфора из костей, открыл сероводород.

Однако наиболее значимым его трудом стал «Химический трактат о воздухе и огне» — свидетельство того, что Шееле за два года до Пристли и Лавуазье открыл кислород. Причем сделал это разными способами: прокаливанием оксида ртути, нагреванием карбоната ртути и карбоната серебра и т. д. Изучая природу огня, ученый задумался над тем, какое участие принимает в горении воздух. Он уже знал, что сто лет назад Р. Бойль доказал: свеча, уголь и всякое другое горючее тело могут гореть только там, где достаточно воздуха. Однако в те времена никто не мог толком объяснить, отчего так происходит и зачем, собственно, горящему телу нужен воздух.

Воздух тогда считался однородным веществом, которое нельзя расщепить на более простые составные части, и Шееле поначалу тоже придерживался такого мнения. Но все изменилось, когда он стал проводить опыты с различными химическими веществами в сосудах, плотно закрытых со всех сторон. Какие бы вещества Шееле ни пытался сжигать в этих сосудах, воздух внутри уменьшался на¹⁄₅, и ту же часть объема заполняла вода. Это натолкнуло ученого на мысль, что воздух не однороден.

Далее Шееле принялся изучать разложение разных веществ (в том числе селитры) путем нагревания и получил газ, который поддерживал дыхание и горение. Вероятно, уже в 1771 г. при нагреве пиролюзита с концентрированной серной кислотой ученый наблюдал выделение «виртольного воздуха», поддерживающего горение, то есть кислорода. Пытаясь раскрыть загадку огня, Шееле неожиданно обнаружил, что воздух — не элемент, а смесь двух газов, которые он называл воздухом «огненным» и воздухом «негодным». Это было величайшим из всех его открытий.

Увы, хотя Шееле и был первым исследователем, получившим чистую пробу кислорода, выводы он опубликовал лишь в 1777 г., позже, чем Джозеф Пристли (1733–1804), поэтому формально и не стал первооткрывателем кислорода.

1 августа 1774 г. Пристли наблюдал выделение «нового воздуха» при нагревании ртутной окалины, находящейся под стеклянным колпаком без доступа атмосферного воздуха, с помощью двояковыпуклой линзы. Ртутная окалина была известна еще алхимикам под названием «меркуриус кальцинатус пер се», или «жженая ртуть», а сейчас это вещество называется оксидом ртути. Полученный при его нагревании газ ученый вывел через трубку в сосуд, заполненный ртутью, а затем из любопытства внес туда тлеющую свечу. Та вспыхнула ярким пламенем, и воодушевленный Пристли записал: «Я поместил под перевернутой банкой, погруженной в ртуть, немного порошка “меркуриус кальцинатус пер се”. Потом взял небольшое зажигательное стекло и направил лучи солнца прямо внутрь банки на порошок. Из порошка стал выделяться воздух, который вытеснил ртуть из банки. Я принялся изучать этот воздух, и меня удивило, даже взволновало до глубины души, что в этом воздухе свеча горит лучше и светлее, чем в обычной атмосфере».

Будучи сторонником теории флогистона («сверхтонкой огненной субстанции», якобы наполняющей все горючие вещества и высвобождающейся из них при горении), Пристли не смог объяснить суть процесса горения и защищал свои представления даже после того, как Антуан Лавуазье (1743–1794) обнародовал новую теорию.

Из своих собственных опытов, а также экспериментов Пристли и Шееле, Лавуазье уже знал, что с горючими веществами связывается лишь ¹⁄₅ часть воздуха, но природа этой части была ему неясна. Когда же Джозеф сообщил ему об открытии «дефлогистированного воздуха», Антуан сразу понял, что это и есть та самая часть, которая при горении соединяется с горючими веществами. Повторив опыты Пристли, Лавуазье заключил, что атмосферный воздух состоит из смеси «жизненного» (кислород) и «удушливого» (азот) газов, а процессы горения объяснил соединением веществ с кислородом.

В начале 1775 г. Лавуазье сообщил, что газ, получаемый после нагревания красной окиси ртути, представляет собой «воздух без изменений, за исключением того, что он более чист, более пригоден для дыхания». К 1777 г., вероятно не без намека Пристли, Лавуазье пришел к выводу, что это газ особой разновидности, один из основных компонентов, составляющих атмосферу. Правда, сам Пристли как сторонник теории флогистона с таким выводом никогда бы не согласился.