100 великих научных открытий
Дмитрий Самин
Основы мироздания
Кислород
Удивительно, но кислород был открыт несколько раз. Первые сведения о нем встречаются уже в VIII веке в трактате китайского алхимика Мао Хоа. Китайцы представляли себе, что этот газ («йын») - составная часть воздуха, и называли его «деятельным началом»! Жителям самой большой азиатской страны было известно и то, что кислород соединяется с древесным углем, горящей серой, некоторыми металлами. Китайцы могли и получать кислород, используя соединения типа селитры.
Фактически, он был погружен в неправильную теорию, и он не прекращал советовать другим придерживаться доказательств и не увлекаться предрассудками. Клод Бернард написал 100 лет спустя: «Это то, что мы знаем, которые мешают нам узнать, чего мы не знаем» 16.
Его использование было обобщено во всем мире. Клиффорд, Бостонский педиатр и доктор Чандлер, офтальмолог, видели ребенка с вращающимся нистагмом, окулярными помутнениями и «фибровидной пластиной в линзе». Через неделю двое врачей и доктор Терри увидели другого подобного ребенка. Посланник придумал термин «ретроальтальная фиброплазия». Эти вопросы и другие были описаны с фактическими доказательствами и изяществом доктора. Знание этой работы является обязательным для всех, кто занимает позиции, имеющие отношение к неонатально-перинатальной медицине, а также поучителен и стимулирует любого педиатра, который заботится о предмете, В целом, концентрация кислорода была снижена во многих инкубаторах, что уменьшало ретинопатию недоношенных, но увеличивало заболеваемость и смертность.
Все эти древние сведения постепенно забылись. Лишь в XV веке о кислороде мимоходом упоминает великий Леонардо да Винчи.
Вновь его открывает в XVII веке голландец Дреббель. О нем известно очень мало. Вероятно, то был великий изобретатель и крупный ученый. Он сумел создать подводную лодку. Однако объем лодки ограничен, поэтому брать с собой воздух, состоящий в основном из азота, было невыгодно. Логичнее использовать кислород. И Дреббель получает его из селитры! Это произошло в 1620 году, более чем за сто пятьдесят лет до «официального» открытия кислорода Пристли и Шееле.
Кроме того, исходя из избыточного числа смертей в первый день жизни, они подсчитали, что «каждый ребенок, чье зрение сохраняется, может стоить смерти еще 16». В те дни дозу кислорода точно не определяли количественно, и было невозможно измерить уровни оксигенации. Сегодня отношения разные, и они все еще развиваются.
Было возможно иметь смесители и кислородные анализаторы, точные и простые в использовании, что предлагало клиницистам возможность контролировать и знать дозу кислорода. Эта история мониторинга газов кислорода и крови также очень интересна, и мы недавно обобщили ее23.
Джозеф Пристли (1733-1804) родился в Филдхеде (Йоркшир) в семье бедного суконщика. Пристли изучал теологию и даже читал проповеди в независимой от англиканской церкви протестантской общине. Это позволило ему в дальнейшем получить высшее теологическое образование в Академии в Девентри. Там Пристли кроме теологии занимался философией, естествознанием, изучил девять языков.
Население с риском и связанные с ним факторы риска. К четырем основным факторам, связанным с ретинопатией недоношенности, относятся: недоношенность, использование кислорода, мужской пол и белая раса. Многие другие факторы постулируются как связанные факторы риска, но они не были четко подтверждены или продемонстрированы в хорошо проведенных широкомасштабных исследованиях. Их подробное обсуждение выходит за рамки этого обзора, в котором они будут приводиться только, а некоторые из них будут кратко рассмотрены.
Снижение света не было связано с профилактикой ретинопатии недоношенности32. В проспективном рандомизированном исследовании, где данные из обеих групп были объединены, не было обнаружено никакой связи между протоколом гемоглобина и гематокрита или трансфузии, а также частотой или выраженностью ретинопатии недоношенности36. Что касается гиперкапнии и апноэ и ее возможной роли в ретинопатии недоношенности, мы ссылаемся на раздел физиопатологии, который обсуждается ниже. «Статистика» ретинопатии недоношенности, осмотра глаз и смысла проблемы.
Поэтому, когда в 1761 году Пристли был обвинен в свободомыслии и ему запретили читать проповеди, он стал преподавателем языков в Уоррингтонском университете. Там Пристли впервые прослушал курс химии. Эта наука произвела на Пристли такое большое впечатление, что он, в тридцатилетнем возрасте будучи человеком с определенным положением, решил приступить к изучению естествознания и проведению химических экспериментов. По предложению Бенджамена Франклина, Пристли в 1767 году написал монографию «История учения об электричестве». За этот труд он был избран почетным доктором Эдинбургского университета, а позже членом Лондонского Королевского общества (1767) и иностранным почетным членом Петербургской Академии наук (1780).
Это может быть вызвано различными причинами. Если этого не сделать, фактические проценты ретинопатии недоношенности в определенной единице, которые могут быть ложно низкими, не будут известны с высокой точностью, а сравнения между различными единицами не будут действительными.
Вышеупомянутые проблемы связаны с изменчивостью, существующей между центрами и, естественно, между регионами или странами. Однако, даже если соблюдены все шаги, описанные здесь и в таблице 1, по-прежнему существует значительная изменчивость между центрами. Эта изменчивость между центрами связана с различиями в клинической помощи в отношении введения кислорода и его мониторинга и с другими аспектами ухода. Эти различия в клинической помощи также могут объяснять, по крайней мере частично, изменчивость в одном центре между одним периодом и следующим.
С 1774 по 1799 год Пристли открыл или впервые получил в чистом виде семь газообразных соединений: закись азота, хлористый водород, аммиак, фтористый кремний, диоксид серы, оксид углерода и кислород.
Пристли удалось выделить и исследовать эти газы в чистом состоянии, поскольку он существенно улучшил прежнее лабораторное оборудование для собирания газов. Вместо воды в пневматической ванне, предложенной ранее английским ученым Стивеном Гейлсом (1727), Пристли стал использовать ртуть. Пристли независимо от Шееле открыл кислород, наблюдая выделение газа при нагревании без доступа воздуха твердого вещества, находящегося под стеклянным колпаком, с помощью сильной двояковыпуклой линзы.
Для получения точных данных дети, которые считаются подверженными риску, должны быть проверены в соответствии с подробным протоколом, чтобы никто не упускал из виду. Кроме того, оценка дна должна проводиться методично. Условное расширение должно выполняться таким образом, чтобы проверка была завершена. При осмотре стерильные глазные зеркала и склеральные депрессоры используются для визуализации периферической сетчатки с помощью косвенного бинокулярного офтальмоскопа вместе с ручным увеличительным стеклом.
Первое детальное обследование глаз проводится в течение 4-6 недель послеродового возраста у новорожденных, находящихся в группе риска. Существуют также рекомендации, чтобы знать, когда следует повторять экзамены по контролю глазного дна. Значение и влияние ретинопатии недоношенности имеют решающее значение. Около 4-5% оставшихся в живых менее 1000 г легально слепы. Более высокий процент страдает значительными визуальными изменениями. Сильная ретинопатия недоношенных не только приводит к слепоте, но также связана с тяжелыми нарушениями нервной системы.
В 1774 году Пристли провел опыты с оксидом ртути и суриком. Маленькую пробирку с небольшим количеством красного порошка он опустил открытым концом в ртуть и нагревал вещество сверху при помощи двояковыпуклой линзы.
Свои опыты по получению кислорода при нагревании оксида ртути Пристли впоследствии изложил в шеститомном труде «Опыты и наблюдения над различными видами воздуха». В этой работе Пристли писал: «Достав линзу с диаметром 2 дюйма, с фокусным расстоянием 20 дюймов, я начал исследовать с ее помощью, какой род воздуха выделяется из разнообразнейших веществ, естественных и искусственно приготовленных.
«Удивительная история открытия кислорода»
По мере увеличения тяжести ретинопатии недоношенности скорость тяжелой инвалидности возрастает с примерно 4% до 20% при наличии ретинопатии преждевременного порога. Более половины детей с неблагоприятным зрением страдают тяжелой инвалидностью. С неблагоприятным взглядом функциональные изменения хуже: 77% не могут следить за собственной заботой; 50% имеют проблемы с сохранением; 43%, инвалидности и 66%, ухудшение личностно-социальной способности, примерно в 3-10 раз больше, чем контроль с благоприятным зрением41.
После того как с помощью этого прибора я проделал ряд опытов, я попытался 1 августа 1774 года выделить воздух из кальцинированной ртути и увидел тотчас, что воздух может очень быстро выделиться из нее. Меня несказанно удивило то, что свеча в этом воздухе горит необычайно ярко, и я совершенно не знал, как объяснить это явление. Тлеющая лучинка, внесенная в этот воздух, испускала яркие искры. Я обнаружил такое же выделение воздуха при нагревании свинцовой извести и сурика.
В этих областях ретинопатия недоношенности является наиболее частым источником слепоты. Патофизиология и развитие сетчатки. Это приводит к вазоконстрикции и снижению факторов роста, таких как инсулиноподобные и сосудистые эндотелиальные факторы роста. Это приводит к остановке васкуляризации и облитерации капилляров, уменьшению перфузии и последующей ишемии сетчатки и гипоксии.
В ответ выражение различных факторов роста и ангиогенеза увеличивается. Циклооксигеназа-2 вмешивается в нейродегенеративные явления в сетчатке крысы49. Эти данные побуждают исследователей изучать различные формы ингибирования, чтобы попытаться уменьшить аномальную реваскуляризацию. Что касается гиперкапнии, Холмс сообщил о ретинопатии, вызванной углекислым газом у новорожденной крысы51.
Тщетно пытался я найти объяснение этому явлению... Но ничто, что я делал до сих пор, меня так не удивило и не дало такого удовлетворения».
«Почему это открытие вызвало у Дж. Пристли такое удивление? - спрашивает Ю.И. Соловьев. - Убежденный сторонник учения о флогистоне, он рассматривал оксид ртути как простое вещество, образованное при нагревании ртути в воздухе и, следовательно, лишенное флогистона. Поэтому выделение «дефлогистированного воздуха» из оксида ртути при нагревании казалось ему просто невозможным. Вот почему он был «так далек от понимания того, что в действительности получил»... В 1775 году он описал те свойства, которые отличают «новый воздух» от «другого газа» - оксида азота».
В нашей роли клиницистов мы обязаны наблюдать за нашими пациентами и оценивать, оказываем ли мы какое-либо негативное влияние на наиболее важные изменения в результате введения изменений в клинической практике до того, как будут «достаточные доказательства» безопасности и эффективности. Как факт, недавно было описано, что в дополнение к гестационному возрасту и весу при рождении, кризисы апноэ и лечение поверхностно-активным веществом являются важными независимыми факторами риска ретинопатии недоношенных.
С другой стороны, апноэ может не только повысить риск развития процесса, но также может ухудшить его, если он уже существует57. Пока не будет получено больше доказательств, если клинические практики будут изменены, необходимо тщательно и точно контролировать показатели ретинопатии недоношенных. В настоящее время возникает вопрос, какие факторы оказывают большее или меньшее влияние на ретинопатию недоношенных, гиперкапнию, гипероксию и быстрые и значительные колебания кислорода. Все они индивидуально могут модифицировать выражение некоторых или всех вышеупомянутых факторов и могут быть более вредными при объединении, когда ребенок более незрелый, а сетчатка значительно не развита.
Открыв новый газ в августе 1774 года, Дж. Пристли, вместе с тем, Не имел ясного представления о его истинной природе: «Я откровенно Признаюсь, что в начале опытов, о которых говорится в этой части, я был так далек от того, чтобы образовать какую-нибудь гипотезу, которая привела бы к открытиям, которые я сделал, что они показались бы мне невероятными, если бы мне о них сказали».
Учитывая это, можно только удивляться и размышлять о том, связано ли введение различных новых практик с вышеизложенным. Кислородное введение, уровни оксигенации, быстрые изменения и ретинопатия недоношенных. Кислород был обнаружен более 200 лет назад, и ему было назначено больше новорожденных в мире, чем любое другое лечение новорожденных. Тем не менее, мы до сих пор не знаем окончательно, какая рекомендуемая доза или сколько детей действительно ей нужна, в отношении вариаций заболевания и гестационного и постнатального возраста.
Почему мы должны выбирать между «крайностями» кислородных доз: 21% против 100%? Такая практика выбора «одна или другая крайность» не может быть правильной для многих детей, поскольку она исключает или ограничивает более разумную, основанную на использовании «адекватной» дозы кислорода, оценивая потребности каждого ребенка. Его упущение не подтверждается медицинской литературой или физиологическими данными.
Исследования Пристли по химии газов, и особенно открытие им кислорода, подготовили поражение теории флогистона и наметили новые пути развития химии.
Через два месяца после получения кислорода Пристли, приехав в Париж, сообщил о своем открытии Лавуазье. Последний тотчас понял громадное значение открытия Пристли и использовал его при создании наиболее общей кислородной теории горения и опровержении теории флогистона.
Хорошо известно, что реанимация без кислорода эффективна, как описано в вышеупомянутых ссылках. Кроме того, реанимация «рот в рот» обеспечивает более низкую концентрацию кислорода, чем окружающий воздух, и эффективно используется в течение десятилетий. Или, в случае сомнений, вы можете начать с 100% кислорода и переключиться на воздух в помещении сразу после появления первых признаков выздоровления. Уровни оксигенации и халатности.
В настоящее время уровень оксигенации у новорожденных измеряется двумя способами: газами артериальной крови и контролем пульсовой оксиметрии. История мониторинга кислорода также представляет большой интерес, и мы обобщили ее в недавней работе23. Достаточно отметить здесь, что, как и в случае любого измерительного устройства, при сопоставлении с эталонным параметром допускается изменчивость ± 0, 5% до ± 3%. Многие из них представляют высокий процент ложных тревог, не являются точными для устранения шума, имеют «периоды латентности» и более чувствительны к световым и артефактам движения.
Одновременно с Пристли работал Шееле. Он писал о своих приоритетах: «Исследования воздуха являются в настоящее время важнейшим предметом химии. Этот упругий флюид обладает многими особыми свойствами, изучение которых способствует новым открытиям. Удивительный огонь, этот продукт химии, показывает нам, что без воздуха он не может производиться...»
Некоторые мониторы читают на 1, 5-4% выше или ниже других, даже в самых стабильных условиях. Таким образом, эта информация и другие, подробно описанные в нашей публикации о пульсовой оксиметрии 73, помогают понять, что «идеальное» или более подходящее или желательное значение насыщения у недоношенных новорожденных непросто определить и не может просто быть значением определяется. Во многих местах доза кислорода не тщательно измеряется в течение всего времени, когда она вводится недоношенным детям из-за отсутствия смесителей.
Но, каковы бы ни были пробелы в наших нынешних знаниях, использование кислородного смесителя и измерение оксигенации «увеличивает доказательство». Еще одна халатность заключается в ручной вентиляции интубированного ребенка, когда он выполняется с помощью газа для вдоха, который течет непосредственно в мешок и маскируется через стенной расходомер. Однако мы должны помнить, что «росписный» газ - «чистый кислород», холодный и сухой. Эти два вопроса изменяют динамику потока и влияют на легкие и дыхательные пути.
Карл Вильгельм Шееле (1742-1786) родился в семье пивовара и торговца зерном в шведском городе Штральзунде. Карл учился в Штральзунде в частной школе, "но уже в 1757 году переехал в Гетеборг.
Родители Шееле не имели средств, чтобы дать высшее образование Карлу, который был уже седьмым сыном в этой большой семье. Поэтому он вынужден был стать сначала учеником аптекаря, затем уже проложить себе путь в науку многолетним самообразованием. Работая в аптеке, он достиг большого искусства в химическом эксперименте.
В одной из аптек Гетеборга Шееле освоил основы фармации и лабораторной практики. Кроме того, он усердно изучал труды химиков И. Кункеля, Н. Лемери, Г. Шталя, К. Неймана.
Проработав восемь лет в Гетеборге, Шееле переехал в Мальме, где очень скоро проявил замечательные экспериментальные способности. Там он смог по вечерам заниматься собственными исследованиями в лаборатории аптекаря, где днем готовил лекарства.
В конце апреля 1768 году Шееле переехал в Стокгольм, надеясь в столице установить близкие контакты с учеными и получить новый стимул для проведения работ. Однако в стокгольмской аптеке «Корпен» Шееле не пришлось проводить химические опыты; он занимался только приготовлением лекарств. И лишь иногда, устроившись где-нибудь на тесном подоконнике, ему удавалось проводить собственные опыты Но даже в таких условиях Шееле сделал ряд открытий. Так, например, изучая действие солнечного света на хлорид серебра, Шееле нашел, что потемнение последнего начинается в фиолетовой части спектра и выражено там наиболее сильно.
Два года спустя Шееле переехал в Упсалу, где в университете работали такие знаменитые ученые, как ботаник Карл Линней и химик Торберн Бергман. Шееле и Бергман вскоре стали друзьями, что немало способствовало успехам в научной деятельности обоих химиков.
Шееле был одним из тех ученых, которым сопутствовала удача в их работе. Его экспериментальные исследования существенно способствовали превращению химии в науку. Он открыл кислород, хлор, марганец, барий, молибден, вольфрам, органические кислоты (винную, лимонную, щавелевую, молочную), серный ангидрид, сероводород, кислоты - плавиковую и кремнефторводо-родную, многие другие соединения. Он впервые получил газообразные аммиак и хлористый водород. Шееле также показал, что железо, медь и ртуть имеют различные степени окисления. Он выделил из жиров вещество, впоследствии названное глицерином (пропантриолом). Шееле принадлежит заслуга получения цианистоводородной (синильной) кислоты из берлинской лазури.
Наиболее значительный труд Шееле «Химический трактат о воздухе и огне» содержит его экспериментальные работы, выполненные в 1768- 1773 годах.
Из этой трактата видно, что Шееле несколько раньше Пристли получил и описал свойства «огненного воздуха» (кислорода). Ученый получал кислород различными путями: нагреванием селитры, нитрата магния, перегонкой смеси селитры с серной кислотой.
«Огненный воздух», - писал Шееле, - есть тот самый, посредством которого поддерживается циркуляция крови и соков у животных и растений... Я склонен думать, что «огненный воздух» состоит из кислой тонкой материи, соединенной с флогистоном, и, вероятно, что все кислоты получили свое начало от «огненного воздуха».
Шееле объяснял полученные им результаты предположением, что теплота - соединение «огненного воздуха» (кислорода) и флогистона. Следовательно, он так же, как и М.В. Ломоносов, и Г. Кавендиш, отождествлял флогистон с водородом и думал, что при сжигании водорода в воздухе (при соединении водорода и «огненного воздуха») образуется теплота.
В 1775 году Бергман опубликовал статью об открытии Шееле «огненного воздуха» и о его теории. «Мы уже раньше отмечали, - писал Бергман, - большую силу, с которой «чистый (огненный) воздух» удаляет флогистон из железа и меди. Азотная кислота имеет также большое сродство к этому элементу... Эти явления приписываются переселению флогистона из кислоты в воздух и легко объясняются тем, что так хорошо было доказано опытами г-на Шееле, что теплота - не что иное, как флогистон, тесно соединенный с чистым воздухом, в комбинации которых порождается полученное тело [и происходит] уменьшение прежде занимаемого объема».
Хотя обычно и говорят, что Шееле опоздал с публикацией своей статьи относительно Пристли примерно на два года, однако Бергман сообщил об открытии Шееле кислорода, по крайней мере, на три месяца раньше открытия Пристли.
Вот выдержка из предисловия Бергмана к книге Шееле:
«Химия учит, что упругая среда, которая окружает Землю, во все времена и во всех местах имеет единый состав, включающий три различных вещества, а именно хороший воздух (кислород - Прим авт.), испорченный «мефитический воздух» (азот - Прим. авт.) и эфирную кислоту (углекислый газ - Прим. авт.). Первый Пристли назвал, не то что не правильно, но с натяжкой, «дефлогистированным воздухом», Шееле - «огненным воздухом», поскольку он один поддерживает огонь, в то время как два других гасят его... Я повторил, с различными изменениями, основные опыты, на которых он (Шееле) основывал свои заключения, и нашел их совершенно правильными. Тепло, огонь и свет имеют в основном одни и те же составные элементы: хороший воздух и флогистон... Из видов известных теперь веществ хороший воздух является наиболее эффективным для удаления флогистона, который, как видно, представляет собой настоящее элементарное вещество, входящее в состав многих материй. Поэтому я и поместил хороший воздух наверху, над флогистоном, в моей новой таблице сродства... В заключение я должен сказать, что этот замечательный труд бьш закончен два года тому назад, несмотря на то, что по различным причинам, о которых излишне упоминать здесь, опубликован только теперь. Следовательно, случилось так, что Пристли, не зная труда Шееле, ранее описал различные новые свойства, относящиеся к воздуху. Однако мы видим, что они отличного рода и представлены в иной связи».
К величайшим событиям истории развития химической науки относится открытие кислорода.
В первобытные времена огонь согревал человека в ненастную погоду, помогал ему питаться, защищал от нападения хищных зверей. Постепенно с помощью огня человек научился изготовлять различные орудия труда и защиты.
Но уже в те далекие времена люди наблюдали, что в глубоких ямах и узких пещерах дерево горит хуже, чем на открытом месте, что на ветру огонь пылает ярче и пламя его становится горячее. Когда огонь ослабевал, у человека появлялось желание увеличить приток воздуха к нему.
Сначала горение очага усиливали взмахами широких листьев растений, затем листья заменили шкурами животных. Позднее из шкур люди научились изготовлять всевозможные приспособления для раздувания огня, увеличивая «чудотворную» силу, которая долгое время оставалась неразгаданной.
Первые смутные представления о том, что происходит при горении, мы находим в книге китайского философа VIII века нашей эры. Китайский мудрец высказывает мысль о том, что все вещества состоят из двух начал. Одно из них - главное; его больше, чем другого, оно сильнее и как бы определяет данное вещество. Это начало носит название «янг». Второе начало - «ин»; его меньше, оно слабее и имеет подчиненный характер. Чем больше в веществе первого начала - «янга», тем оно лучше, совершеннее.
Воздух, как и любое другое вещество, также обладает этими свойствами. Для того чтобы сделать воздух более совершенным, по мнению философа нужно увеличить в нем основное начало, то есть «янг», и уменьшить количество «ина». Уменьшить «ин» в воздухе можно путем нагревания в нем металлов, угля и серы. При этом меньшая часть воздуха - «ин» (кислород) - уйдет к нагреваемому предмету, а большая часть воздуха - «янг» (азот) - останется нетронутой. Хотя «ин», как полагал китайский философ, нельзя получить в чистом виде, но его можно наблюдать при прокаливании различных каменистых пород.
Название этих пород расшифровать не удалось. Но ученые-историки предполагают, что одна из них - селитра, которую китайцы должны были знать давно, как одну из составных частей пороха.
Семьсот лет спустя, в эпоху Возрождения, у гениального итальянского художника, великого ученого и выдающегося инженера того времени Леонардо да Винчи мы находим более определенные высказывания о составе воздуха и о его роли при горении.
Вопреки широко распространенному в то время мнению, что воздух является однородным элементом, Леонардо да Винчи на основании своих наблюдений считал, что воздух состоит из двух различных составных начал, так как при горении и при дыхании воздух расходуется не весь, а только частично.
В одной из своих рукописей Леонардо да Винчи писал: «Огонь постепенно разрушает воздух, его питающий; образовалась бы пустота, если бы не притекал воздух, чтобы ее заполнить. Когда воздух не в состоянии, необходимом для того, чтобы воспринять пламя, в нем не может существовать ни огонь, ни какое-либо животное - земное или воздушное». Далее Леонардо да Винчи пишет: «Копоть в
центре пламени свечи образуется потому, что воздух, который входит в состав пламени, не может проникнуть до середины. Он останавливается у поверхности пламени и здесь подвергается превращению». Эти строки свидетельствуют о том, насколько близко Леонардо да Винчи подошел к правильному пониманию той роли, которую играет воздух, или, вернее, часть его, в жизни животных и при горении.
К сожалению, эти понятия о процессе горения не нашли дальнейшего развития. Через два столетия широкое распространение получила новая теория горения - «теория» флогистона, которую примерно в 1700 году предложил немецкий ученый Э. Шталь.
По «теории» флогистона все материалы, способные гореть, состоят из элементарного вещества флогистона и золы. Когда горит дерево, флогистон, который входит в его состав, улетучивается, превращаясь в тепло и свет, а зола остается в очаге. При горении металла флогистон также исчезает, и в очаге остается металлическая «зола» - окалина. Окалину можно вновь превратить в металл, если «вселить» в нее флогистон. Для этого необходимо прокалить ее с веществом, которое содержит много флогистона. Таким веществом считался уголь.
Сейчас эта «теория» кажется нам фантастической, неспособной помочь человеку развивать науку и познавать явления природы. Однако для начала XVIII века, когда зародилась «теория» флогистона, она являлась определенным шагом вперед. «Теория» флогистона объединила ряд химических процессов и явлений и дала им свое объяснение. Это вызвало у ученых того времени стремление к дальнейшим исследованиям в области химии и привело к новым открытиям, обогатившим науку ценными наблюдениями.
Казалось, что, наконец найдена теория, которая объясняет процессы горения. Но неожиданно было установлено, что окалина, образующаяся при горении металлов, весит больше, чем взятый для обжига чистый металл. Это вызвало новое недоумение ученых.
Известно, что если отнять у какого-нибудь тела одну из его составных частей, то вес оставшейся части должен уменьшиться.
Почему же металл, из которого при горении улетучился флогистон, весит больше?
Для объяснения пришлось допустить, что у некоторых веществ флогистон обладает отрицательным весом, то есть весит меньше, чем «ничто». Находясь в куске металла, флогистон как бы уменьшает его истинный вес, то есть облегчает его. Когда же при горении флогистон покидает металл, образовавшаяся окалина приобретает свой истинный вес, который больше веса чистого металла.
Такое объяснение не могло полностью удовлетворить ученых, но другой неправильно объясненный опыт «рассеял» их сомнения и усилил тем самым заблуждения исследователей.
Было обнаружено, что если к коромыслу весов вместо одной чашки подвесить стеклянный шар и уравновесить его, положив гири на другую чашку, то при нагревании шара равновесие нарушается и шар поднимается кверху.
Это явление объясняли тем, что при подогревании шара находящийся в пламени флогистон с отрицательным весом «вселяется» в шар и облегчает его.
В действительности же это только кажущееся уменьшение веса, так как шар поднимается кверху потоками теплого воздуха, которые омывают его при нагревании.
Как же правильно объяснить увеличение веса металла при прокаливании?
При высокой температуре металл легко окисляется, соединяясь с кислородом воздуха. Образуется окисел, вес которого складывается из веса самого металла и веса кислорода. При прокаливании с углем окисел металла восстанавливается, отдавая свой кислород углю. При этом образуются чистый металл и двуокись углерода.
Многие ученые середины XVIII века не смогли правильно объяснить процесс горения. Большинство крупных ученых, современников Михаила Васильевича Ломоносова, придерживалось «теории» флогистона.
По «теории» флогистона все материалы, способные гореть, состоят из флогистона и золы. При горении флогистон превращается в тепло и свет. В очаге остается зола.
Великий русский ученый не примирился с теорией, которая противоречила здравому смыслу.
Считая, что «теория» флогистона не дает правильного объяснения процесса горения и неверно истолковывает причины, приводящие к увеличению веса металла при его прокаливании, М. В. Ломоносов высказал предположение, что такое увеличение веса нужно отнести за счет соединения металла с частью воздуха.
«Нет никакого сомнения, - писал он еще в 1748 году, - что частички воздуха, текущего постоянно над обжигаемым телом, соединяются с ним и увеличивают его вес».
Это означало, что горение нужно было рассматривать не как разложение горючих тел на составные части - флогистон и золу, а как соединение горючего материала с частью воздуха. Такое объяснение процессов горения не могло быть сразу принято учеными того времени, так как оно коренным образом отличалось от их взглядов.
Михаил Васильевич Ломоносов решил на опыте доказать правильность своего предположения.
Ломоносов был глубоко убежден, что без опыта не может существовать наука. Он считал, что каждое «мысленное рассуждение» должно получать свое подтверждение на опыте, а из надежных и многократно повторенных опытов должны вытекать теоретические представления.
Мысль о сочетании теории с опытом привела М. В. Ломоносова к выводу о необходимости создания химической лаборатории.
Шесть лет упорно добивался он согласия Академии наук на постройку лаборатории. Наконец в 1748 году в Петербурге, на территории ботанического сада, по плану Ломоносова была выстроена первая русская химическая лаборатория.
М. В. Ломоносов не только стремился к лабораторным исследованиям, но и первый провозгласил необходимость точных количественных измерений, основанных на наблюдении за «мерой и весом» изучаемых веществ.
Многие приборы для лаборатории были изготовлены по его чертежам. По указаниям Ломоносова были сделаны точные весы, при помощи которых он провел целый ряд количественных исследований.
В 1756 году Ломоносов приступил к экспериментальной проверке своих представлений о процессе горения, высказанных им еще восемь лет назад.
Точно взвешенный кусок олова он заложил в стеклянную реторту и герметически запаял ее, чтобы во время проведения опыта туда не проникал воздух. Взвесив реторту вместе с содержимым, он прокаливал ее на огне в течение нескольких часов. После охлаждения, не вскрывая реторты, Ломоносов снова взвесил ее. Вес не изменился.
Ломоносов повторил этот опыт и с другими металлами. Вес запаянных реторт с металлом до прокаливания и после прокаливания оставался неизменным.
Убедившись в постоянстве веса запаянных реторт, Ломоносов вскрыл их одну за другой. Воздух с шумом врывался в каждую из них. При взвешивании реторты с прокаленным металлом перетягивали чашку весов.
Сомнений не оставалось, вес металла после прокаливания увеличился. Это значит, что при прокаливании часть воздуха, находившегося в реторте, вступила в соединение с металлом. Образовался окисел, вес которого стал равен сумме весов металла и кислорода. При этом вес воздуха в реторте уменьшился настолько, насколько увеличился вес прокаленного металла.
До тех пор пока реторта была запаяна и доступ наружного воздуха в нее был закрыт, сумма весов реторты, воздуха и металла оставалась постоянной. Как только реторта была вскрыта и вместо использованного кислорода в нее вошла новая порция воздуха, вес реторты с содержимым увеличился.
Эти опыты не только подтвердили высказывание Ломоносова, что вес металла при прокаливании увеличивается за счет соединения его с частью воздуха, но одновременно явились блестящим подтверждением открытого им важнейшего закона природы - закона сохранения материи.
Идеи о сохранении вещества при различных процессах, происходящих в природе, Ломоносов четко сформулировал еще за восемь лет до этих опытов. В 1748 году в своем письме к известному математику, члену Петербургской Академии наук Л. Эйлеру, с которым Михаил Васильевич делился своими научными мыслями, он писал: «Все изменения, случающиеся в природе, так происходят,
что если к одному телу что-нибудь прибавится, то столько же отнимется от другого. Так, когда к какому-нибудь телу прибавляется сколько-нибудь вещества, то точно столько же убавляется от другого».
Эта смелая для того времени и гениальная по своей глубине мысль не была принята современниками Ломоносова. Его идеи и открытия вызывали озлобление и ненависть к ученому, посмевшему открыто выступить против укоренившихся взглядов, связанных с «теорией» флогистона.
Семнадцать лет спустя знаменитый французский ученый Лавуазье повторил опыты Ломоносова и пришел к аналогичному выводу, что увеличение веса металла при прокаливании происходит от соединения его с частью воздуха. На основании этих опытов Лавуазье, не упоминая имени Ломоносова, выводит закон сохранения материи, который намного раньше его был не только сформулирован Ломоносовым, но и блестяще подтвержден им экспериментально. В 1756 году в толстом исписанном лабораторном журнале Ломоносова была сделана еще одна запись: «Делал опыты в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, дабы исследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жару. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере».
Английский ученый Бойль также прокаливал металлы в запаянных ретортах, но взвешивал реторты с металлом перед прокаливанием и после прокаливания в открытом виде.
Установив, что вес металла после прокаливания увеличивается, он объяснил это явление тем, что невидимые частицы огня и пламени в виде «огненной материи» проникли через стекло реторты к металлу, соединились с ним и увеличили его вес.
Ломоносов экспериментально доказал несостоятельность этой вымышленной теории «огненной материи» и тем самым нанес первый сокрушительный удар по «теории» флогистона.
Теория горения получила новое, научное обоснование и почву для своего дальнейшего развития.
Меньше чем через два десятилетия после опытов Ломоносова шведский ученый Шееле и английский ученый Пристлей почти одновременно и независимо друг от друга выделили из азотнокислой) магнезии (Mg(NO 3)2) и окиси ртути (HgO) те самые частички воздуха, которые, по определению Ломоносова, «постоянно текут над обжигаемым телом, соединяются с ним и увеличивают вес его». Эти частички были названы Пристлеем «дефлогистинизированным воздухом», то есть воздухом, лишенным флогистона.
Поместив в стеклянную пробирку над столбом металлической ртути немного красной окиси ртути, он направил на нее через линзу пучок солнечных лучей. Когда фокус пучка попал на окись ртути, она под действием тепла разложилась. Выделился газ, который вытеснил из пробирки металлическую ртуть.
Вначале Пристлей полагал, что получил обыкновенный воздух. Но каково же было его изумление, когда он обнаружил, что свеча в этом «воздухе» горит необычайно ярким пламенем и что мышь, посаженная под колокол, в котором находился полученный им «воздух», живет дольше, чем в таком же объеме обычного воздуха.
Пристлей сам попробовал вдыхать полученный им «воздух» и нашел, что им легко и приятно дышится. Предполагая использовать «дефлогистинизированный воздух» в медицине, он писал: «Кто знает, через некоторое время этот чистый воздух, может быть, сделается модным предметом роскоши. До сего времени им насладились только две мыши да я».
В октябре 1774 года Пристлей во время своего пребывания в Париже рассказал Лавуазье о результатах своих опытов с окисью ртути и о свойствах полученного им «дефлогистинизированного воздуха».
Лавуазье воспроизвел опыты Пристлея и, кроме того, провел количественные измерения взятых продуктов и полученных веществ.
Эти опыты дали ему впоследствии возможность установить, что выделяющийся при прокаливании окиси ртути и других окислов газ содержится в обычном воздухе, что этот газ входит в состав азотной, серной, фосфорной кислот. Следовательно, этот газ способен творить - родить кислоту. Отсюда и пошло его название «кислотвор» или кислород.
Открытие кислорода и изучение его роли в горении серы, фосфора, угля, масла и других веществ нанесло окончательный удар по «теории» флогистона.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .