Skip to content

Второе дыхание, забавы с огнем и кислород : история открытия газа, который изменил мир

«Забавно, но когда углубляешься в раздумья даже о самом крупном пожаре, какой когда бы то ни было знавало человечество, понимаешь, что он всего-навсего химическая реакция. Окисление. И сознаешь, что тело Жанны д’Арк просто соединилось однажды с кислородом»
Чак Паланик, «Невидимки»

Человеку свойственно смотреть вдаль, и, в то же время, не замечать очевидных вещей у себя под носом. Например, обычный чемодан на колесиках был изобретен спустя лишь десять лет с момента высадки человека на Луну, и таких примеров в истории предостаточно.

«Второе дыхание» – так можно назвать открытие одного из самых таинственных газов на планете. Это событие не только в корне изменило направление науки около 200 лет назад, но также позволило в буквальном смысле дышать бесчисленному множеству людей, чья жизнь находилась на грани. Всего один факт позволил ученым по-новому взглянуть на мир, отказавшись от консервативных взглядов и теорий. Современная химия не могла бы существовать без этого открытия в том виде, в котором мы ее знаем. Имя этому открытию – кислород.

Ирония заключается в том, что кислород – самый распространенный элемент в мире. 47% массы земной коры приходится на долю кислорода в различных его соединениях. Доля этого газа в мировых водах – около 86%. Массовая доля в воздухе – 23%. Более полутора тысяч соединений на планете содержат кислород. Несмотря на это, еще в конце 18 века все ученые в мире считали воздух неделимым однородным газом. Им даже не приходила в голову мысль, что его можно как-то разделить.

фото земли с мкс атмосфера земли состав атмосферы

Впрочем, даже необразованные люди косвенно замечали свойства кислорода, которые просто были неверно истолкованы: кузнец разжигал горн в своей кузнице с помощью огромных мехов, нагнетая кислород в печь; крестьяне тушили огонь не только водой, но и забрасывали его землей и забивали ветошью, что перекрывало доступ кислорода к огню; свечи горели лучше там, где воздух был чище. Никто даже не догадывался, какие сложные химические реакции происходят в этот момент.

Вся эта бессмыслица и путаница продолжались до тех пор, пока сразу несколько ученых не заподозрили существование нового газа, о котором наука еще не слышала.

«Огненный воздух» и шведская педантичность

Зимой 1742 года в одном из небольших шведских городков под названием Штральзунд произошло знаменательное событие: в семье обычного торговца Шееле родился ребенок. Мальчика решили назвать Карлом. Отец решил, что его сын достоин лучшего будущего, нежели работать продавцом в торговой лавке, поэтому затянул пояс потуже и накопил немного денег, которых хватило для обучения Карла Шееле в престижной гимназии. Несмотря на это, Карл решил, что высшее образование ему ни к чему, и в 14 лет решил пойти на работу в ближайшую аптекарскую лавку.

Новый работодатель быстро приметил тягу юноши к химии и всему, что с ней связано, поэтому учил его основам фармацевтики и показывал, как проводить лабораторные опыты. Несмотря на сильную усталость после дневной работы, Карл часто оставался в лаборатории на ночь, где при тусклом свете огня читал книги по химии и даже пытался повторить некоторые опыты, описанные в них. Химия стала смыслом его жизни. Не имея высшего профильного образования, Шееле быстро стал более опытным профессионалом, нежели его коллеги из университетов, посвятившие годы жизни своей науке.

Карл Вильгельм Шееле открыл кислород фото портрет опыты Шееле

Карл Вильгельм Шееле был невероятно талантливым молодым человеком, который подарил миру целый ряд открытий в области химии. Творению его рук принадлежит, например, знаменитая «марганцовка» — калия перманганат. Ученый косвенно открыл газ, который позже классифицируют, как хлор. Первым выделил винную кислоту, фтороводородную кислоту (плавиковую). Также Шееле открыл ряд новых химических элементов, среди которых есть и вольфрам – самый тугоплавкий метал из известных человечеству.

Наивысшим достижением, приписываемым Карлу Шееле, стало косвенное открытие кислорода в 1771 году. Как и в случае со многими другими научными достижениями, Шееле пришел к этому совершенно случайно.

Теория, которая едва все не загубила

Однажды Шееле занимался опытами в лаборатории одной из аптек, в которой работал. Молодой ученый всерьез заинтересовался природой огня и всем, что с ней связано. В связи с этим Шееле занимался тем, что по нраву любому мужчине – сжигал разные вещества и фиксировал, что при этом происходит.

В одном из опытов, Карл помещал вещество в колбы, поджигал его и запечатывал сосуды. Когда горение прекращалось, химик опускал колбу под воду горлышком вниз под воду и распечатывал ее. Каждый раз происходил любопытный факт: сосуд втягивал в себя воду в размере 1/5 от своего первоначального объема. Это странное явление говорило о том, что куда-то исчезала часть воздуха в колбе. Еще более странным был тот факт, что снова поджечь вещество в оставшемся воздухе было практически невозможно, оно просто не горело. Этот эксперимент натолкнул Шееле на мысль, что воздух, возможно, не цельный газ, а состоит из нескольких компонентов, один из которых просто исчезает. Предположив, что этих компонентов два, Карл зафиксировал их под названием «флогистированный воздух» и «огненный воздух».

В этот момент у Карла Шееле происходит диссонанс теорий. И виной всему была «теория флогистона», которая в те времена бытовала среди всех химиков, но, к сожалению, была ошибочной.

Флогистон теория второе дыхание современная химия

Флогистон – великое заблуждение ученых 17-18 веков, которые пытались объяснить горение веществ. По их мнению, любая материя, способная гореть, содержала в себе особую субстанцию, которая и поддерживала процесс горения, выделяясь в процессе. Эту субстанцию нельзя обнаружить визуально, выделить химически или как-либо иначе. При этом, по их мнению, флогистон был практически во всем, что нас окружает, в том числе и в самих людях.

Несмотря на свой живой ум, Шееле был также завербован теорией флогистона, которую считал практически аксиомой. Поэтому химик пытался как-то связать результаты своих опытов и наличие флогистона в материи. Результатом стали выводы о том, что «огненный воздух» каким-то образом притягивался к флогистону, после чего материалы взаимоуничтожались. В то же время «флогистированный воздух» был химически инертен к флогистону, поэтому оставался в колбах.

Уже тогда химики понимали, что ничто не исчезает бесследно, поэтому «огненный воздух» должен куда-то деваться. В этом случае фантазия Шееле включилась «на полную», и он решил, что при соединении «огненного воздуха» и флогистона образуется некое новое соединение, которое может спокойно просачиваться сквозь стекло и растворяться в атмосфере.
Несмотря на все фантазии, которые в наше время выглядят забавными, химик шел в верном направлении. Теперь перед ним стояла задача разделить два вида воздуха, чтобы подробнее их изучить. В частности, среди ученых бытовало мнение, что при контакте металла с кислотой выделяется тот самый флогистон, а, значит, и «огненный воздух» должен быть где-то рядом.

Шееле принял решение добывать «огненный воздух» из селитры, которую нагревал в колбе. Когда минерал раскалялся, Карл подвязывал над колбой пузырь, в который должен был идти особый горючий воздух. После этого химик заботливо разливал полученный «огненный воздух» по банкам и колбочкам в своей лаборатории.
Проблема заключалась в том, что выводы Шееле никому не были интересны. Он не был признанным ученым, не был вхож в залы академий и не имел влиятельных друзей.

Возможно, именно поэтому открытие кислорода приписывают не Карлу Вильгельму Шееле.

Священник, который открыл мир заново

В отличие от современности, священники прошлого не только не отторгали науку, но и активно ей занимались. Множество великих научных открытий принадлежат ученым с духовным саном. Это происходило в том числе из-за того, что у духовенства был доступ к информации и возможность обучаться. Одним из таких священников был англичанин Джозеф Пристли (13 марта 1733—6 февраля 1804).

Джозеф Пристли опыт фото второе дыхание нагрев оксида ртути

Перед тем, как посвятить свою жизнь служению церкви, Джозеф Пристли умудрился получить отличное образование. Академия Девентри дала ему знание множества языков, а также основы естественных наук. После ее окончания, Пристли принял сан священника, но продолжил свои научные изыскания. Его перу принадлежит множество трудов, среди которых как филологические работы, так и учение об электричестве.

Джозеф пробовал себя в самых разных областях науки, и наибольших успехов добился в химии. Всего спустя несколько лет после начала занятий химией, священник добился впечатляющих результатов. Он открыл нитрит водорода (аммиак), который назвал «щелочной воздух», а также сернистый газ и фтористый кремний. В 1799 году Пристли смог выделить окись углерода в чистом виде, и именно благодаря этому открытию мы можем наслаждаться газировкой. Выделением новых видов «воздуха» ученый занимался на протяжении долгих лет, экспериментируя с различными материалами и веществами.

В 1774 году Джозеф Пристли решил поэкспериментировать с ртутной окалиной (жженой ртутью). В ходе опыта он поместил в колбу ртутную окалину, после чего перевернул сосуд и погрузил его в ртуть горлышком вниз. Таким образом колба оказалась частично заполнена жидким металлом. После этого с помощью увеличительного стекла и солнечного света Пристли нагрел ртутную окалину и с удивлением заметил, что из окалины при нагреве начал выделяться неизвестный газ, который постепенно вытеснил ртуть из колбы. Более того, Джозеф попробовал этот газ на горючесть и с удивлением заметил, что свеча в колбе с неизвестным газом горит гораздо ярче. Впоследствии Пристли не раз экспериментировал с горением в закрытом пространстве, его рукам принадлежит масса опытов и предположений о том, что растения вырабатывают жизненно важный воздух.

К сожалению, с Пристли судьба сыграла ту же злую шутку, что и с Шееле. Он был таким же приверженцем теории флогистона, поэтому понять, что получилось в ходе опыта просто не мог. Своими мыслями Пристли поделился с другим ученым, своим другом – Антуаном Лавуазье.

Французский акцент в открытии «второго дыхания»

Среди своих коллег, причастных к открытию кислорода, Антуан Лавуазье является самым именитым и дипломированным ученым. Его труды легли в основу современной химии. В свое время, Лавуазье получил великолепное образование по самым разнообразным предметам: он изучал математику, физику, химию, астрономию, юриспруденцию, биологию и множество других наук. В относительно юном возрасте Лавуазье уже являлся членом Парижской Академии наук.

Антуан Лавуазье фото открыл кислород сероводород и закись азота

Несмотря на все свои научные титулы, Лавуазье также слепо верил в теорию флогистона, однако один из первых заподозрил, что с ней что-то не так. Выяснилось это в ходе экспериментов француза над горением фосфора.

Во время опытов в 1772 году Антуан сжигал в своей лаборатории фосфор, подробно описывая процесс в журнале. Перед экспериментом ученый взвесил массу фосфора и записал ее. После этого он сжег кусок минерала и еще раз взвесил его остатки. Полученные результаты удивили Лавуазье. Поскольку ученые считали, что флогистон имеет свою массу, то при его сгорании масса остаточного вещества должна была уменьшиться. Ну или, в крайнем случае, если флогистон являлся чем-то неведомым и невесомым, то масса фосфорной соли должна быть такой же, как и в начале эксперимента. На деле же оказалось, что кусок в колбе весит гораздо больше.

Лавуазье начал повторять этот опыт с другими веществами, но каждый раз сгоревший остаток материи имел большую массу, нежели при начале опыта. Все свои исследования Лавуазье бережно зафиксировал и представил на заседании ученого совета Академии наук.

лаборатория лавуазье фото второе дыхание открытие кислорода

В 1774 году Антуан Лавуазье получил письмо от своего друга Джозефа Пристли, который подробно описывал схожие опыты, где выделялся особый газ, вытесняющий жидкость из колбы. Француз сразу же вспомнил собственные эксперименты по сжиганию фосфора, и решил повторить опыт Пристли, на этот раз с учетом массы выделяющегося газа. В итоге получилось, что масса сгоревшего вещества увеличивалась ровно на ту часть, которую терял воздух из колбы. Такой воздух Лавуазье назвал «жизненным».

По мнению французского ученого, флогистон вступал в реакцию с «жизненным» воздухом. Но после нескольких лет исследований Антуан решил изменить свое мнение, и сделал выводы, что «жизненный» воздух – это отдельно существующее вещество, которое содержится в обычном воздухе, который нас окружает. Француз доказал, что новое летучее вещество является основой процесса горения и окисления. К сожалению, в последнем случае Лавуазье ошибся. Считая «жизненный» воздух причиной окисления, он невольно подумал, что этот же газ создает кислоты. Именно поэтому ученый дал название новому веществу «оксигениум», что переводится, как «образующий, рождающий кислоту», а в русском языке чуть позже появилось слово «кислород» — фактически буквальный перевод с греческого.

От старой науки к новым свершениям

Теория флогистона настолько прочно закрепилась в научных умах тех времен, что Антуана Лавуазье с его докладом о новом веществе практически приняли на смех. Несмотря на то, что ни один ученый не смог доказать существование флогистона, все университеты принимали эту версию, как данность. На критику Лавуазье повлиял также тот факт, что в уме окружающих не могла уместиться мысль, что после сгорания что-то становится тяжелее и при этом что-то к себе присоединяет.

Впрочем, побеждает тот, кто не складывает рук, поэтому Лавуазье продолжил заниматься своими исследованиями и писать новые труды о кислороде. Благодаря его научным изысканиям, теория флогистона окончательно провалилась в 1789 году.

веселящий газ закись азота пристли изобретение картинка

По мнению современных ученых, признание теории флогистона несостоятельной разделило химию, как науку, на старую и новую. Именно в этот момент большинство химических процессов наконец-то нашли свое научное объяснение и позволили человеку понимать природу. Если раньше химики представляли чистый фосфор более сложным веществом, которое состояло из флогистона и, непосредственно, фосфора, то впоследствии выяснилось, что при сгорании фосфор образует фосфорную кислоту, формула которой гораздо сложнее.

Авторство открытия кислорода и споры современности

Как и в случае с многими другими научными открытиями, авторство открытия кислорода приписывают разным людям. Несомненно, именно Лавуазье окончательно доказал существование кислорода и обосновал это научными опытами, но сам процесс открытия нового газа – весьма спорный вопрос. Сразу три ученых независимо друг от друга пришли к одному и тому же результату, так кому же отдать венец победителя?

Карл Вильгельм Шееле открыл неизвестный ему газ в 1772 году. Джозеф Пристли получил схожий результат в 1774 году. К сожалению, оба этих исследователя совершенно не поняли, что они увидели перед собой в результате опытов. Лавуазье до конца своих дней был уверен, что «оксигениум» является источником кислот, поэтому также косвенно заблуждался. Получается, открытие кислорода, как вещества, принадлежит сразу нескольким ученым, и выделить среди них кого-то, не забрав привилегии у других, будет невежественным.

На момент, когда кислород был признан обычным химическим элементом, ни один из его первооткрывателей не был жив. Это произошло лишь в начале 19 века, и научное сообщество решило не отдавать лавры победителя кому-то одному.

оксигенация кислород медицина кислородный баллон фото камеры

На данный момент, кислород используется во всех сферах жизни человека. Практически вся промышленность прямо или косвенно связана с его использованием. Кислород незаменим в медицине, именно он дает «второе дыхание» людям и спасает миллионы жизней ежегодно. Кислород дает нам жизнь, он же нас и убивает, вызывая окислительные процессы в клетках организма. Каждый вдох приближает человека к смерти, но без этого вдоха не было бы жизни.

Метки:              

Другие интересные статьи