Владимир Кучин - Вода, активированная гиперзвуком

1766—1783 гг. оказались этапными в изучении химии воды. Последовательно химики получили водород, кислород, а затем разложили на эти газы (тогда их называли и эластичными жидкостями) воду. Для описания этих и последующих работ будем применять принятые в химии обозначения.

В 1766 г. английский физик Генри Кавендиш (1731—1810) описывает открытый им газ, который он назвал «легковоспламеняющимся воздухом» – это был водород. Водород Н 2выделялся при действии разбавленной серной H 2SO 4или соляной HCl кислоты на металлы, в частности на железо Fe, цинк Zn. Возможна такая реакция:

Fe + H 2SO 4= FeSO 4+ H 2

В 1770 г. французский ученый Антуан Лоран Лавуазье (1743—1794), исследуя предполагаемое ван Гельмонтом превращение воды в землю, приходит к заключению, что суммарный вес замкнутого стеклянного сосуда и долго кипевшей в нем воды (100 дней) остается неизменным, а земля (осадок) образуется из стекла сосуда. Для опыта Лавуазье применил дождевую воду, которую очистил восьмикратной перегонкой – дистилляцией.

В 1771 (или в 1772) г. английский химик Джозеф Пристли (1733—1804) получил кислород O 2путем нагрева селитры КNO 3. Его опыт соответствует такой реакции:

2КNO 3+ (нагрев) = 2КNO 2+ O 2

Пристли посчитал выделявшийся в указанном опыте газ за обычный воздух, в 1773 г. он видит в нем закись азота N 2O (это «веселящий газ»), которую он получил при реакции влажных железных опилок и окиси азота («азотистого воздуха»), но в 1774 г. Пристли понял, что ему удалось получить «дефлогистированный воздух» – кислород.

Этому выводу предшествовал другой опыт Пристли, проведенный 1 августа 1774 г., схема которого приведена на рис 2.

Рис. 2

С помощью двойной линзы Пристли фокусировал солнечные лучи на красный окисел ртути HgO, его сильный нагрев приводил к выделению металлической ртути Hg в виде шариков, которые стекали на ртутный столбик, и газа, заполнявшего стеклянную пробирку и оказавшегося кислородом O 2.Его опыт соответствует такой реакции:

2HgO + (нагрев) = 2Hg + O 2

Газ Пристли назвал «дефлогистированным воздухом» и установил, что он повышает жизнедеятельность мыши, вдыхающей его, и вызывает яркое горение свечи.

Существует мнение, что в это же время, или даже чуть ранее, кислород получил и шведский аптекарь Карл Шееле (1742—1786). Шееле подробно описал в книге [97], изданной в 1777 г., свои опыты по получению кислорода, состоявшие в нагреве веществ, непрочно удерживающих кислород, и столь же подробно описал свойства кислорода, который он называл «огненный воздух». Впрочем, в указанной книге уже есть ссылки на работы Пристли, а в приведенном письме от 13 июля 1777 г., пояснено, что свои работы Шееле завершил за два года до даты письма, т.е. в 1775 г.

В конце 1774 г. при посещении Парижа Пристли встретился с Лавуазье и рассказал ему о своих опытах по получению «дефлогистированного воздуха». Лавуазье заинтересовался этими опытами и их результатами, в 1775 г. он провел свои опыты с нагревом окиси ртути и установил, что воздух состоит из двух газов в соотношении 1:5. В «огненном» – «дефлогистированном воздухе», который Лавуазье назвал кислородом, подопытная мышь чувствовала себя хорошо. В воздухе, в котором отсутствовала доля кислорода – мышь задыхалась. Эту часть воздуха Лавуазье назвал азотом от греческого слова «ἄζωτος» – безжизненный. Азот N 2уже был получен Генри Кавендишем в ходе химических опытов, выполненных в 1772 г.

В 1781 г. практически одновременно шотландский физик Джеймс Уатт (1736—1819) и Генри Кавендиш получили воду из водорода и кислорода. Опыт Кавендиша состоял в пропускании через смесь водорода и кислорода (это «гремучий газ») электрической искры в трубке над сосудом с ртутью. Смесь взрывалась с образованием воды. Кавендиш установил, что при взрыве смеси из двух объемов водорода и одного объема кислорода расходуется весь газ, а вес образовавшейся воды равен весу газовой смеси в трубке. Так фактически была установлена химическая формула воды – H 2O. Результаты своих опытов Кавендиш опубликовал в 1785 г.

Окончательно формулу воды установил Лавуазье:

– в июне 1783 г. Лавуазье повторяет опыт Кавендиша – в присутствии французских ученых из кислорода и водорода он синтезирует 2,5 г. воды;

– в это же время Лавуазье проводит качественный химический опыт без использования электричества и взрывов – через раскаленный докрасна железный ружейный ствол он пропускает горячий водяной пар, при этом в стволе образуется окалина – ржавчина, а из дула ствола выходит газ – это оказался водород;

– окончательно состав воды Лавуазье определил в опыте с железными опилками. Он проводит водяные пары через раскаленные железные опилки, заранее взвешенные, и собирает водород, затем он взвешивает воду, водород и окислившиеся железные опилки. Результат взвешивания точно свидетельствует – вода состоит из одной доли кислорода и двух долей водорода.

Так в 1783 г. была точно установлена химическая формула воды – H 2O.

На рубеже 19-го века, предположительно в декабре 1799 г., итальянский физик Алессандро Вольта изготовил первую электрическую батарею, которая представляла собой столбик из чередующихся медных и цинковых кружков, разделенных кружочками сукна или войлока вымоченного в слабом водном растворе серной кислоты. Первое сообщение об этой батарее, которую Вольта называет «снарядом, слабо заряженным, но действующим непрерывно, подобно лейденской банке», последовало 20 марта 1800 г. в письме от Вольта к президенту Лондонского Королевского общества Джозефу Банксу. Письмо содержит описание и рисунки Вольта, и рекомендации по применению в батарее разных металлов.

30 апреля 1800 г. английский химик Уильям Николсон (1753—1815) и его напарник хирург Энтони Карлайл (1768—1840) на основе вышеупомянутого письма изготовили «столб Вольта» и полностью проверили его работоспособность. Николсон в ходе опыта для улучшения контакта верхней проволоки с цинковым кружком налил на него немного воды и случайно (!) обнаружил, что на этой проволоке, выделяются пузырьки – экспериментатор по запаху предположил, что это водород. Николсон и Карлайл провели новый эксперимент – в пробирке с водой, в которую через пробки были введении проволоки от «столба Вольта», они впервые разложили воду с помощью электричества на водород и кислород. Водород исследователи собрали, а кислород определили по тому, что у них произошло окисление одной медной проволоки.

В сентябре 1800 г. немецкий физик Иоганн Риттер (177—1810) сообщает о своем опыте по разложению воды электричеством, при этом ему удалось собрать и водород и кислород.