История открытия водорода

После работ Дж. Блэка многие химики в различных лабораториях Англии, Швеции, Франции, Германии занялись изучением газов. Больших успехов достиг Г. Кавендиш. Все экспериментальные работы этого скрупулезного ученого были основаны на количественном методе исследования. Он широко использовал взвешивание веществ и измерение газовых объемов, руководствуясь законом сохранения массы. В первой работе Г. Кавенднша по химии газов (1766) описаны способы получения и свойства «горючего воздуха» (водорода).

«Горючий воздух» был известен и раньше (Р. Бойль, Н. Лемери). В 1745 г. М. В. Ломоносов, например, отмечал, что «при растворении какого-либо неблагородного металла, особенно железа, в кислотных спиртах из отверстия склянки вырывается горючий пар, который представляет собой не что иное, как флогистон». Это примечательно в двух отношениях: во-первых, за много лет до Кавендиша М. В. Ломоносов пришел к выводу, что «горючий воздух» (т. е. водород) представляет собой флогистон; во-вторых, из приведенной цитаты следует, что М. В. Ломоносов принимал учение о флогистоне.

Но выделить «горючий воздух» и изучить его свойства никто до Г. Кавендиша не пытался. В химическом трактате «Три работы, содержащие опыты с искусственными видами воздуха» (1766) он показал, что существуют газы, которые отличаются от воздуха, а именно, с одной стороны, «лесной, или связанный, воздух», который, как установил Г. Кавендиш, оказался в 1,57 раза тяжелее обычного воздуха, с другой стороны, «горючий воздух» — водород. Г. Кавендиш получал его действием разбавленных серной и соляной кислот на различные металлы. Тот факт, что при действии кислот на металлы (цинк, железо) выделялся один и тот же газ (водород), окончательно убедил Г. Кавендиша в том, что все металлы содержат флогистон, который выделяется при превращении металлов в «земли». Английский ученый принимал водород за чистый флогистон, поскольку газ горит, не оставляя остатка, и оксиды металлов, обрабатываемые этим газом, при нагревании восстанавливаются в соответствующие металлы.

Генри Кавендиш

Г. Кавендиш как сторонник теории флогистона считал, что водород не вытесняется металлом из кислоты, а выделяется вследствие разложения «сложного» металла. Реакцию получения «горючего воздуха» из металлов он представлял так:

оксид + флогистон + кислота = оксид+кислота + флогистон

По мнению Г. Кавендиша, «горючий воздух» изгонялся кислотами из металлов, подобно тому, как выделялся связанный воздух при действии кислоты на известняк или белую магнезию.

Изучив свойства «горючего воздуха», ученый установил, что от углекислого газа он отличается тем, что не растворяется в воде и щелочах. Г. Кавендиш наблюдал, что при взаимодействии «горючего воздуха» и обычного воздуха образуется взрывчатая смесь. Он определил плотность газа двумя методами. В первом опыте взвешенный заранее мочевой пузырь заполнялся воздухом и его масса сравнивалась с массой пузыря, заполненного «горючим воздухом». Плотность «горючего воздуха», вычисленная этим способом, оказалась в 7—10 раз меньше плотности обычного воздуха. Во втором опыте определялась потеря в массе при растворении известного количества металла в кислоте. Этим методом было установлено, что водород легче воздуха в 11 раз (по современным данным, в 14,4).

Химия газов существенно пополнилась новыми открытиями в результате научных изысканий Дж. Пристли. До его работ были лишь известны два газа: «связанный воздух» Блэка, т. е. углекислый газ, и «горючий воздух», т. е. водород, открытый Г. Кавендишем. Дж. Пристли открыл девять новых газов. Интерес к газовой химии Дж. Пристли проявил еще в 1767 г., когда убедился, что свеча не может гореть под стеклянным колпаком после того, как под ним сгорел уголь или какое-то время дышала мышь. Заинтересовавшись причиной такого изменения свойств воздуха, ученый попытался путем различных опытов (с применением электричества) восстановить первоначальные свойства воздуха, но это ему не удалось.

Первая химическая статья Дж. Пристли появилась в 1770г., которая показала, что он был сторонником учения о флогистоне. Согласно его взглядам, воздух не состоит из отдельных составных частей, но обладает способностью в определенных условиях, то отдавать, то поглощать флогистон, выделяемый другими веществами.

Дж. Пристли

Дж. Пристли, действуя разбавленной азотной кислотой на медь, получил (1772) «селитряный воздух» (оксид азота NO), а затем нашел, что этот газ при соприкосновении с воздухом буреет, как впоследствии выяснилось, в результате образования оксида азота NO2. Оксиды азота он получал при действии уксусной кислоты на прокаленную селитру (нитрит калия):

2CH3COOH + 2KNО2= = 2CH3COOK+2HNO3, 2HNО2 = H2O + NO + NO2

При термическом разложении дымящей азотной кислоты получались NО2 и О2:

4HNО3 = 2H2О + 4NО2 + О2

Дж. Пристли действуя оксидом азота (IV) на легкоокисляющиеся вещества (железные опилки, серную печень), Дж. Пристли в 1774 г. выделил бесцветный газ, в котором свеча горела очень ярким пламенем. Он назвал его «дефлогистированным селитряным газом», а в 1800 г. Г. Дэви показал, что это был оксид N2О.

Какими способами и приборами пользовался «отец химии газообразных веществ», можно видеть из следующего. Покидая Лидс, Дж. Пристли по просьбе одного из знакомых оставил ему глиняное корыто, которое он применял как пневматическую ванну в своих опытах по изучению состава воздуха и которое, иронически замечает Дж. Пристли, «ничем не отличалось от корыт, в которых прачки стирают белье». В 1772 г. Дж. Пристли заменил в пневматической ванне воду ртутью, что позволило ему впервые получить в чистом виде и изучить растворимые в воде газы: «солянокислый воздух» (хлороводород НСl) и «летучий щелочной воздух» — бесцветный газ с удушливым резким запахом. Это был аммиак, который он получил при нагревании хлорида аммония:

2NH4Cl + CaO = 2NH3 + CaCl2 + H2

«Золотая россыпь, открытая Пристли, была… ртутная ванна,— писал В. Оствальд. — Один шаг вперед в технической стороне дела—замена воды ртутью — вот ключ к большинству открытий Пристли». Дж. Пристли наблюдал, что если через аммиак пропускать электрическую искру, то объем его резко увеличивается. В 1785 г. К.- Л. Бертолле установил, что это объясняется разложением аммиака на азот и водород. Дж. Пристли наблюдал, что при взаимодействии двух резко пахнущих, газов (НСl и NH3) образуется белый порошок без запаха, (NH4Cl). В 1775 г. Дж. Пристли получил оксид SО2, а в. 1796 г. — СО, который принял за чистый флогистон.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *