Pneumatisk kemi

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 29 januari 2019; kontroller kräver 7 redigeringar .

Pneumatisk kemi (pneumatologi) (från grekiskan πνεῦμα  - andedräkt, andetag, ande) - namnet på gaskemi , som användes i slutet av 1700-talet - början av 1800-talet. Det används för närvarande uteslutande som en historisk term som karakteriserar den tidiga perioden av kemiska studier av gaser.

Blir

Fram till mitten av 1600-talet var gaser ännu inte särskiljda och ansågs bara vara olika typer av luft. Den flamländska kemisten Jan Van Helmont , uppenbarligen den förste som visade att förekomsten av ett antal olika luftliknande kroppar, som han kallade gaser (franska gaz , från grekiskans kaos  - kaos ), borde erkännas. Han lade grunden för pneumatisk kemi med sina observationer om bildandet av " skogsgas " ( gas sylvestre ), till skillnad från luft, under verkan av syror på kalksten , under jäsning av ungt vin och under förbränning av kol.

Efter Van Helmont var separata forskare engagerade i studien av gaser. Jean Re föreslog 1630 deltagande av luft i bränningen av metaller . Robert Boyle , grundaren av det experimentella tillvägagångssättet för bestämning av elementen, designade en av de första luftpumparna och upptäckte med hans hjälp 1660 gaslagen som nu bär hans namn. År 1665 föreslog Robert Hooke , i Micrographia, också närvaron av ett speciellt ämne i luften, liknande ämnet som finns i ett bundet tillstånd i salpeter . Dessa åsikter utvecklades ytterligare i boken "On salpeter and the air spirit of salpeter", skriven 1669 av den engelske kemisten John Mayow . Meiou, efter att ha utfört de berömda experimenten med ett brinnande ljus under en klocka, försökte bevisa att luften innehåller en speciell gas ( spiritus nitroaëreus ), som stöder förbränning och är nödvändig för andning.

Bildandet under andra hälften av 1600-talet av flogistonteorin  - den första vetenskapliga teorin om kemi - fungerade som en kraftfull stimulans för utvecklingen av kvantitativ forskning, utan vilken det var omöjligt att experimentellt bekräfta hypotesen om kemiska element . En viktig konsekvens av uppkomsten av flogistonteorin var kemisters aktiva studie av gaser i allmänhet och gasformiga förbränningsprodukter i synnerhet. Det faktum att luft är lätt komprimerbar blev ett otvivelaktigt argument till förmån för återupplivandet av atomistiska idéer, och redan de första experimenten med gasformiga ämnen ledde till hypotesen om en diskret ( corpuskulär , från lat. corpuscula - partikel) struktur av materia.

I början av XVIII-talet. kemister visade lite intresse för studier av gaser. Den främsta anledningen till detta var bristen på bekväma metoder för att erhålla, samla in och studera egenskaperna hos enskilda gaser till deras förfogande. Men vissa forskare försökte fortfarande undersöka egenskaperna hos gaser som var kända vid den tiden, med hjälp av Boyles luftpump och primitiva anordningar för att samla upp gaser som frigörs i olika processer. Så, Mikhail Lomonosov , som studerade mekanismen för upplösning av metaller i syror , erhöll kväveoxider genom att lösa upp koppar i salpetersyra och beskrev några av egenskaperna hos denna gas. Han använde en tjurbubbla för att samla gas.

Ett viktigt steg i början av 1700-talet för att övervinna experimentella svårigheter gjordes av den engelske kemisten Stephen Hales , som uppfann det " pneumatiska badet " - en anordning för att fånga upp gaser som frigörs vid sönderdelning av ämnen, som var ett kärl med vatten nedsänkt upp och ner. i ett vattenbad. Därmed har forskare fått det viktigaste verktyget för isolering, identifiering och studier av olika flyktiga ämnen.

Upptäckt och forskning av gaser under andra hälften av 1700-talet

Början till pneumatisk kemi lades av den engelska vetenskapsmannen Joseph Blacks arbete . Black slog fast (1756) att när vit magnesia värms upp frigörs gas från den och bränd magnesiumoxid bildas med en massaförlust . Baserat på dessa experiment drog Black slutsatsen att sammansättningen av mjuka alkalier ( kolsalter ) inkluderar en viss " bunden luft ", senare kallad koldioxid . Black upptäckte också reaktionen att absorbera koldioxid med " kalkvatten ". Därför uppstod idén att det på grund av vissa influenser är möjligt att isolera enskilda gaser från deras blandningar. Denna erfarenhet var den viktigaste förutsättningen för uppkomsten av gasanalys . Dessutom upptäckte Black möjligheten att bestämma massan av gasformiga ämnen genom att överväga deras föreningar i fast tillstånd.

Upptäckten av metoder för att erhålla mineralsyror (främst svavelsyra och saltsyra ) på 1600-talet markerade början på observationer av frigörandet av en viss "luft" när syror verkar på järn och andra metaller. Den engelske vetenskapsmannen Henry Cavendish var den första som beskrev denna gass natur . År 1766 publicerade Cavendish Artificiell luft, som rapporterade upptäckten av "brännbar luft" ( väte ), och beskrev metoder för att samla upp, rena och studera gaser. Cavendish lyckades erhålla rent väte och koldioxid, för att fastställa deras relativa densitet och andra egenskaper.

År 1781 bestämde Cavendish luftens sammansättning, och 1784, genom att bränna väte, etablerade han den kvalitativa sammansättningen av vatten, vilket motbevisade föreställningen om dess elementaritet (osammansättbarhet till enklare ämnen). I sin forskning tillämpade Cavendish en ny metod - verkan av en elektrisk urladdning på en blandning av gaser i glaskärl isolerade från luft. Så här fick Cavendish först vatten från en blandning av väte och syre. År 1785 uppmärksammade Cavendish bubblorna av "restluft" (1/120 av den ursprungliga volymen), som inte förändrades under påverkan av elektricitet (först 1894 fastställde Lord Rayleigh att "restluften" är den inerta gas argon ). Slutsatsen att "brännbar luft" är ett enkelt ämne gjordes 1784 av den franske kemisten Antoine Lavoisier . Han fick det först från vatten och gav detta ämne namnet Hydrogenium (väte).

Den protestantiska prästen Joseph Priestley nådde stor framgång i att isolera gaser och studera deras egenskaper . Nära Leeds , där han tjänstgjorde, fanns ett bryggeri, varifrån det var möjligt att få "bunden luft" i stora mängder för experiment. Priestley upptäckte att gaser kunde lösas upp i vatten och föreslog att man samlade dem inte över vatten, utan över kvicksilver. Så han lyckades samla in och studera " skrattgas ", ammoniak , väteklorid , svaveldioxid . År 1774 gjorde Priestley sin viktigaste upptäckt - syre : genom att värma upp röd kvicksilveroxid släppte han en gas i vilken ämnen brann särskilt starkt. Som en förespråkare för flogistonteorin kallade han gasen "dephlogisticated air". Gasen som upptäcktes av Priestley verkade vara motsatsen till den kemiskt inerta "phlogisticated air" ( kväve ) som isolerades 1772 av den engelske kemisten Daniel Rutherford .

Från den större styrkan och ljusstyrkan hos ljusflamman i denna rena luft kan man dra slutsatsen att den (Priestleys gas) kan vara särskilt användbar för lungorna i vissa smärtsamma fall. Jag har haft möjlighet att uppleva dess effekt på mig själv genom att andas in en betydande mängd av det genom en slang. Det gav mig en underbar känsla av frihet och lätthet i bröstet. Vem kan förneka att denna rena luft en dag kommer att bli ett moderiktigt underhållningsmedel? Hittills har dock bara två möss och jag själv haft förmånen att andas det.
Jag kan inte annat än att smickra mig själv över att användningen av dessa olika typer av gaser kommer att användas i stor utsträckning inom medicinen.

— Per. av [1]

Det bör noteras att egenskaperna hos gasen som släpptes ut av Priestley beskrevs redan 1771 av den svenske kemisten Carl Wilhelm Scheele , som erhöll den genom nedbrytning av salpeter , men hans meddelande, på grund av utgivarens försumlighet, förekom endast i tryck. år 1777. Scheele kallade denna gas för "eldig luft" och rapporterade om sin erfarenhet av Lavoisier. Scheele använde luftvägarna hos stora fiskar för att fånga upp gaser. Endast Scheeles utomordentliga förmågor som experimentator tillät honom, med hjälp av denna primitiva teknik, att göra sådana enastående upptäckter som upptäckten av klor (1774) och vätesulfid (1776).

Ett viktigt steg som bidrog till upptäckten av syre var den franske kemisten Pierre Bayens arbete, som publicerade arbete om oxidation av kvicksilver och den efterföljande nedbrytningen av dess oxid (1784).

Till slut kom A. Lavoisier äntligen på beskaffenheten av den resulterande gasen, med hjälp av information från Priestley och Scheele. Med ständigt tillgripande noggrann vägning i sin forskning visade Lavoisier att ämnet under förbränningsprocessen inte frigörs från den brinnande kroppen, utan ansluter sig till den. Efter att ha etablerat sin nya syn på förbrännings- och oxidationsprocesser (verk från 1775-1789), förstod Lavoisier samtidigt luftens sammansättning korrekt. Genom analys och syntes visade han att luft är en blandning av två gaser: en av dem är en gas som huvudsakligen stöder förbränning, "hälsosam ( salubre ) luft, ren luft, vital luft, syre", som Lavoisier själv konsekvent kallade det, den andra gasen - ohälsosam luft ( moffette ), eller kväve. Hans arbete var av stor betydelse, för tack vare det störtades flogistonteorin som dominerade på den tiden och hindrade kemins utveckling.

Lavoisier föreslog också (1778) att närvaron av syre i sammansättningen av ett ämne bestämmer dess sura egenskaper (det var denna hypotes som gav namnet till syre som ett kemiskt element). Faktumet att erhålla väte (brännbar luft) och syre (extremt ren luft) från vatten fastställdes 1783 av den berömda uppfinnaren av ångmaskinen, James Watt . Samma år kontrollerade Lavoisier experimenten från Cavendish och Priestley och konstaterade redan ganska definitivt att vatten inte är ett grundämne, men det kan sönderdelas och kombineras på nytt. Watt fick reda på denna förklaring av Lavoisier och skrev med en känsla av djup förbittring till en av sina vänner:

Lavoisier var medveten om min teori men nämnde mig inte det minsta. Rika människor får göra låga handlingar.

— Citat. enligt [2]

Under det senaste kvartsseklet har kemin berikats genom upptäckten av olika gasformiga ämnen, bland vilka ingen substans som är identisk med flogiston någonsin har hittats. I slutet av 1700-talet skedde alltså en revolution i kemisters teoretiska åsikter, vanligtvis kallad den "kemiska revolutionen". Upptäckten av gaser och Lavoisiers oxidationsteori ledde till rationaliseringen av kemin. Sedan den tiden började studien av gaser att ske uteslutande på basis av metoder för vägning, mätning av volym och tryck.

Utforskning av gaser i början av 1800-talet

Forskning om verkan av gaser (särskilt syre) på levande organismer, påbörjad av Priestley och Scheele, gav upphov till en kortlivad men mycket nyfiken fashionabel hobby som kallas " pneumatisk medicin ". Dr. Thomas Beddoe blev fascinerad av möjligheten att använda gaser för att behandla sjukdomar, i synnerhet tuberkulos , genom inandning av gaser; hans idéer fick ett mycket varmt gensvar och all slags hjälp i samhället [3] . I mars 1799, på initiativ av Beddo, på bekostnad av beskyddare , skapades det pneumatiska institutet nära Bristol  - en vetenskaplig och medicinsk institution med laboratorier, ett sjukhus med 10 bäddar och en poliklinikavdelning . Institutet genomförde omfattande tester av inhalationer av syre, väte, kväve och några nyligen upptäckta kolväten , skapade och testade de första inhalatorerna , spirometrarna , cylindrarna för komprimerade gaser, etc. Forskningen av Beddo och hans kollegor lade grunden för modern andningsterapi : det användes först med terapeutiskt målsyre; baser för aerosolterapi utvecklas; den totala lungkapaciteten mättes med väteutspädningsmetoden.

.

Samma år började den unga kemisten Humphrey Davy , inbjuden till Pneumatic Institute, sitt arbete med att studera gaser . Davy ägnade särskild uppmärksamhet åt lustgas . De narkotiska egenskaperna hos denna gas gjorde det möjligt för Davy att tidigare kalla det "skrattar" ( skrattgas ). År 1800 beskriver Davy de smärtstillande effekterna av inandning av dikväveoxid:

Under utbrottet av en olycklig tand, kallad dentes sapientiae, upplevde jag akut inflammation i tandköttet, åtföljd av stor smärta, som lika störde både vila och medvetet arbete. En gång när inflammationen var extremt känslig andades jag in tre stora doser lustgas. Smärtan försvann helt efter de första fyra eller fem andetag, och obehaget ersattes av en känsla av välbehag under några minuter. När det tidigare medvetandetillståndet återvände, återvände tillståndet i organet med det, och det verkade till och med för mig att smärtan var starkare efter upplevelsen än tidigare.

— Citat. enligt [4]

Davys stora förtjänst under sitt arbete vid Pneumatic Institute var utvecklingen av metoder för att rena gaser från giftiga föroreningar. Davy populariserade sina rön brett genom offentliga föreläsningar vid Royal Institution, inrättat på initiativ av Benjamin Thompson (Earl Rumfoord) , Joseph Banks och Henry Cavendish . Enligt en samtida, "... människor av första rang och talang, från det litterära samhället och vetenskapen, praktiker och teoretiker", blåstrumpor "och high society damer, gamla och unga - alla fyllde girigt publiken " [5] .

Allmänhetens intresse för inandning av "skrattgas" var så stort att det till och med återspeglades i många broschyrer och tecknade serier .

Allmänhetens intresse för "pneumatisk medicin" avtog snabbt. Anledningen till detta var avsaknaden av någon vetenskaplig grund för den empiriska användningen av gaser vid olika sjukdomar. Efter en tid förklarades "pneumatisk medicin" kvacksalveri och förbjöds, Pneumatiska institutet stängdes redan 1802.

Ett betydande bidrag till studiet av gaser under denna period gjordes av Joseph Louis Gay-Lussac och John Dalton , som började 1802 oberoende studier av elasticiteten hos gaser beroende på temperatur, såväl som förångningsprocesserna. Gay-Lussac fick ett mycket exakt värde för värmeutvidgningskoefficienten för gaser och fann att denna siffra är densamma för alla gaser, trots den allmänt accepterade uppfattningen att olika gaser expanderar på olika sätt när de värms upp ( Gay-Lussacs lag ).

År 1808 publicerade Gay-Lussac en kort anteckning "Om den ömsesidiga kombinationen av gasformiga ämnen", som innehåller resultaten från de första kvantitativa studierna av reaktioner mellan gaser. Slutsatserna i denna artikel visade sig vara så viktiga att de senare fick namnet på lagen om volymförhållanden. Gay-Lussac slog fast att "gaser, som verkar på varandra, är anslutna i enkla relationer, till exempel 1 till 1, 1 till 2 eller 2 till 3" . Under dessa år tog atomistisk teori bara sina första steg, så Gay- Lussacs slutsatser var verkliga Gay-Lussac fick också reda på att detta förhållande inte förändras med temperaturen, i motsats till de då allmänt accepterade föreställningarna om att antalet elementarpartiklar som utgör en gas förändras med temperaturen, och i olika proportioner för olika gaser.

Resultaten av Gay-Lussacs forskning låg till grund för en av kemins viktiga grundläggande bestämmelser, formulerad 1811 av Amedeo Avogadro : "Lika volymer av olika gaser, tagna vid samma temperatur och tryck, innehåller samma antal molekyler" .

Bildandet av den atom-molekylära teorin satte stopp för perioden av pneumatisk kemi, som blev privata delar av kemi och fysik.

Betydelsen av den pneumatiska kemiperioden

Utvecklingen av pneumatisk kemi och analytisk forskning under andra hälften av 1700-talet hade en betydande inverkan på kemisters förståelse av grundämnena. Faktumet om förekomsten av flera typer av luft vittnade om förstärkningen av idén om dem som kemiskt individuella ämnen, inklusive bildandet av en hypotes om förekomsten av olika element som är oupplösliga till alla komponenter och inte kan omvandlas till varandra, kombination av vilka bildar kemiska föreningar och bestämmer deras egenskaper.

Expansion av föremål för kemisk forskning under andra hälften av 1700-talet. ledde till upptäckten av ett så stort antal av de mest olika experimentella fakta att de inte längre kunde systematiseras inom ramen för flogistonteorin. Framväxten av gaskemi och formuleringen av frågan om viktförhållanden spelade en ledande roll här. Det teoretiska omtänkandet av kemisk information av ett antal framstående forskare markerade början på den första kemiska revolutionen: ersättningen av teorin om flogiston med syrekonceptet för förbränning, revideringen av det accepterade systemet för kemikaliesammansättningar, omtänkandet av begreppet ett kemiskt element, och bildandet av idéer om beroendet av ämnens egenskaper på deras kvalitativa och kvantitativa sammansättning.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Priestley J. Experiment och observationer på olika typer av luft. 6 vol. 1:228, 1774
  2. ↑ En introduktion till kemins historia och metodik . Hämtad 4 september 2012. Arkiverad från originalet 21 juli 2017.
  3. ↑ Det räcker med att säga att den berömda poeten och uppfinnaren Thomas Wedgwood ställde tusen pund till sitt förfogande, och skaparen av ångmaskinen, James Watt , försåg sina laboratorier med den nödvändiga utrustningen.
  4. ↑ Davy G. Kemiska och filosofiska undersökningar rörande främst lustgas eller dephlogisticated luft och dess inandning . Hämtad 3 september 2012. Arkiverad från originalet 27 augusti 2016.
  5. ↑ Citerad. av Youth Humphrey Davy. Experiment med lustgas Arkiverad 3 december 2016 på Wayback Machine

Litteratur

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk