Pneumatisk kemi

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 29. januar 2019; checks kræver 7 redigeringer .

Pneumatisk kemi (pneumatologi) (fra græsk πνεῦμα - åndedræt, åndedræt, ånd) - navnet på gaskemi , brugt i slutningen af det 18. - begyndelsen af det 19. århundrede. Det bruges i øjeblikket udelukkende som et historisk udtryk, der karakteriserer den tidlige periode af den kemiske undersøgelse af gasser.

Bliver

Indtil midten af det 17. århundrede var gasser endnu ikke skelnede og blev kun betragtet som forskellige typer luft. Den flamske kemiker Jan Van Helmont , tilsyneladende den første, der viste, at eksistensen af en række forskellige luftlignende legemer, som han kaldte gasser (fransk gaz , fra det græske kaos - kaos ), burde anerkendes. Han lagde grundlaget for pneumatisk kemi med sine observationer om dannelsen af " skovgas " ( gas sylvestre ), i modsætning til luft, under virkningen af syrer på kalksten , under gæringen af ung vin og under forbrændingen af kul.

Efter Van Helmont var separate forskere engageret i undersøgelsen af gasser. Jean Re foreslog i 1630 luftens deltagelse i afbrændingen af metaller . Robert Boyle , grundlæggeren af den eksperimentelle tilgang til bestemmelsen af grundstofferne, designede en af de første luftpumper og opdagede med hans hjælp i 1660 gasloven, der nu bærer hans navn. I 1665 foreslog Robert Hooke , i Micrographia, også tilstedeværelsen af et særligt stof i luften, svarende til stoffet indeholdt i en bundet tilstand i salpeter . Disse synspunkter blev videreudviklet i bogen "On salpeter and the air spirit of salpeter", skrevet i 1669 af den engelske kemiker John Mayow . Meiou, efter at have udført de berømte eksperimenter med et brændende stearinlys under en klokke, forsøgte at bevise, at luften indeholder en speciel gas ( spiritus nitroaëreus ), som understøtter forbrænding og er nødvendig for vejrtrækning.

Dannelsen i anden halvdel af det 17. århundrede af phlogiston-teorien - den første videnskabelige teori om kemi - tjente som en stærk stimulans til udviklingen af kvantitativ forskning, uden hvilken det var umuligt at eksperimentelt bekræfte hypotesen om kemiske elementer . En vigtig konsekvens af fremkomsten af flogistonteorien var kemikernes aktive undersøgelse af gasser i almindelighed og gasformige forbrændingsprodukter i særdeleshed. Det faktum, at luft er let komprimerbar, blev et utvivlsomt argument til fordel for genoplivningen af atomistiske ideer, og allerede de første eksperimenter med gasformige stoffer førte til hypotesen om en diskret ( corpuskulær , fra lat. corpuscula - partikel) struktur af stof.

I begyndelsen af det XVIII århundrede. kemikere viste ringe interesse for undersøgelse af gasser. Hovedårsagen til dette var manglen på praktiske metoder til at opnå, indsamle og studere egenskaberne af individuelle gasser til deres rådighed. Nogle forskere forsøgte dog stadig at undersøge egenskaberne af gasser kendt på det tidspunkt ved at bruge Boyles luftpumpe og primitive enheder til at opsamle gasser frigivet i forskellige processer. Så Mikhail Lomonosov , der studerede mekanismen for opløsning af metaller i syrer , opnåede nitrogenoxider ved at opløse kobber i salpetersyre og beskrev nogle af egenskaberne ved denne gas. Han brugte en tyreboble til at opsamle gas.

Et vigtigt skridt i det tidlige 18. århundrede for at overvinde eksperimentelle vanskeligheder blev taget af den engelske kemiker Stephen Hales , som opfandt det " pneumatiske bad " - en anordning til at fange gasser frigivet under nedbrydning af stoffer, som var et kar med vand nedsænket på hovedet i et vandbad. Forskerne har således modtaget det vigtigste værktøj til isolering, identifikation og undersøgelse af forskellige flygtige stoffer.

Opdagelse og forskning af gasser i anden halvdel af det 18. århundrede

Begyndelsen til pneumatisk kemi blev lagt af den engelske videnskabsmand Joseph Blacks arbejde . Black fastslog (1756), at når hvid magnesia opvarmes, frigives der gas fra det, og der dannes brændt magnesia med tab af masse . Baseret på disse eksperimenter konkluderede Black, at sammensætningen af bløde alkalier ( kulsyresalte ) omfatter en vis " bundet luft ", senere kaldet kuldioxid . Black opdagede også reaktionen med at absorbere kuldioxid med " kalkvand ". Derfor opstod ideen om, at det på grund af visse påvirkninger er muligt at isolere individuelle gasser fra deres blandinger. Denne erfaring var den vigtigste forudsætning for fremkomsten af gasanalyse . Derudover opdagede Black muligheden for at bestemme massen af gasformige stoffer ved at overveje deres forbindelser i fast tilstand.

Opdagelsen af metoder til at opnå mineralsyrer (primært svovlsyre og saltsyre ) i det 17. århundrede markerede begyndelsen på observationer af frigivelsen af en vis "luft", når syrer virker på jern og andre metaller. Den engelske videnskabsmand Henry Cavendish var den første til at beskrive arten af denne gas . I 1766 udgav Cavendish Artificial Air, som rapporterede opdagelsen af "brændbar luft" ( brint ), og beskrev metoder til opsamling, rensning og undersøgelse af gasser. Cavendish formåede at opnå ren brint og kuldioxid for at fastslå deres relative tæthed og andre egenskaber.

I 1781 bestemte Cavendish luftens sammensætning, og i 1784, ved at brænde brint, etablerede han vandets kvalitative sammensætning, og modbeviste forestillingen om dets elementaritet (uopløselighed til enklere stoffer). I sin forskning anvendte Cavendish en ny metode - virkningen af en elektrisk udladning på en blanding af gasser i glasbeholdere isoleret fra luft. Sådan opnåede Cavendish først vand fra en blanding af brint og ilt. I 1785 henledte Cavendish opmærksomheden på boblerne af "restluft" (1/120 af det oprindelige volumen), som ikke ændrede sig under påvirkning af elektricitet (først i 1894 fastslog Lord Rayleigh , at "restluften" er den inerte gas argon ). Konklusionen om, at "brændbar luft" er et simpelt stof, blev lavet i 1784 af den franske kemiker Antoine Lavoisier . Han fik det først fra vand og gav dette stof navnet Hydrogenium (brint).

Den protestantiske præst Joseph Priestley opnåede stor succes med at isolere gasser og studere deres egenskaber . I nærheden af Leeds , hvor han tjente, var der et bryggeri, hvorfra det var muligt at opnå "bundet luft" i store mængder til eksperimenter. Priestley opdagede, at gasser kunne opløses i vand og foreslog at samle dem ikke over vand, men over kviksølv. Så det lykkedes ham at indsamle og studere " lattergas ", ammoniak , hydrogenchlorid , svovldioxid . I 1774 gjorde Priestley sin vigtigste opdagelse - oxygen : ved at opvarme rødt kviksølvoxid frigav han en gas, hvori stoffer brændte særligt stærkt. Som tilhænger af phlogiston-teorien kaldte han gassen "dephlogisticated air". Gassen opdaget af Priestley så ud til at være modsætningen til den kemisk inerte "phlogisticated air" ( nitrogen ), der blev isoleret i 1772 af den engelske kemiker Daniel Rutherford .

Ud fra den større styrke og lysstyrke af lysflammen i denne rene luft kan det konkluderes, at den (Priestleys gas) kan være særlig nyttig for lungerne i visse smertefulde tilfælde. Jeg har haft mulighed for at opleve dets effekt på mig selv ved at inhalere en betydelig mængde af det gennem et rør. Det gav mig en vidunderlig følelse af frihed og lethed i mit bryst. Hvem kan benægte, at denne rene luft en dag vil blive et moderigtigt underholdningsmiddel? Indtil videre har kun to mus og jeg selv haft det privilegium at trække vejret.
Jeg kan ikke andet end at smigre mig over, at brugen af disse forskellige typer gasser med tiden vil blive meget brugt i medicin.

— Per. af [1]

Det skal bemærkes, at egenskaberne af gassen frigivet af Priestley blev beskrevet tilbage i 1771 af den svenske kemiker Carl Wilhelm Scheele , som opnåede den ved nedbrydning af salpeter , men hans budskab, på grund af udgiverens uagtsomhed, udkom kun på tryk i 1777. Scheele kaldte denne gas for "ildluft" og berettede om sin oplevelse af Lavoisier. Scheele brugte store fisks luftvejsblærer til at fange gasser. Kun Scheeles ekstraordinære evner som eksperimentator tillod ham ved hjælp af denne primitive teknik at gøre så fremragende opdagelser som opdagelsen af klor (1774) og svovlbrinte (1776).

Et vigtigt trin, der bidrog til opdagelsen af ilt, var den franske kemiker Pierre Bayens arbejde, som offentliggjorde arbejde om oxidation af kviksølv og den efterfølgende nedbrydning af dets oxid (1784).

Endelig fandt A. Lavoisier endelig ud af arten af den resulterende gas ved hjælp af oplysninger fra Priestley og Scheele. Ved konstant at ty til nøjagtig vejning i sin forskning viste Lavoisier, at stoffet under forbrændingsprocessen ikke frigives fra det brændende legeme, men slutter sig til det. Efter at have etableret sit nye syn på forbrændings- og oxidationsprocesserne (værker fra 1775-1789), forstod Lavoisier samtidig luftens sammensætning korrekt. Gennem analyse og syntese viste han, at luft er en blanding af to gasser: Den ene af dem er en gas, der hovedsageligt understøtter forbrænding, "sund ( salubre ) luft, ren luft, vital luft, oxygen", som Lavoisier selv konsekvent kaldte det, den anden gas - usund luft ( moffette ) eller nitrogen. Hans arbejde var af stor betydning, for takket være det blev phlogiston-teorien, der dominerede på det tidspunkt og hindrede udviklingen af kemi, væltet.

Lavoisier foreslog også (1778), at tilstedeværelsen af oxygen i sammensætningen af et stof bestemmer dets sure egenskaber (det var denne hypotese, der gav navnet til oxygen som et kemisk element). Det faktum at opnå brint (brændbar luft) og oxygen (ekstremt ren luft) fra vand blev etableret i 1783 af den berømte opfinder af dampmaskinen, James Watt . Samme år tjekkede Lavoisier Cavendish og Priestleys eksperimenter og udtalte allerede ganske bestemt, at vand ikke er et grundstof, men det kan nedbrydes og rekombineres. Watt fandt ud af denne forklaring af Lavoisier og skrev med en følelse af dyb vrede til en af sine venner:

Lavoisier var klar over min teori, men nævnte mig ikke det mindste. Rige mennesker har lov til at udføre lave gerninger.

— Citat. ifølge [2]

I løbet af det sidste kvarte århundrede er kemien blevet beriget af opdagelsen af forskellige gasformige stoffer, blandt hvilke der aldrig er fundet noget stof identisk med phlogiston. Ved slutningen af det 18. århundrede skete der således en revolution i kemikernes teoretiske synspunkter, normalt kaldet den "kemiske revolution". Opdagelserne af gasser og Lavoisiers oxidationsteori førte til rationaliseringen af kemien. Siden dengang begyndte undersøgelsen af gasser udelukkende at forekomme på grundlag af metoder til vejning, måling af volumen og tryk.

Udforskning af gasser i begyndelsen af det 19. århundrede

Forskning i virkningen af gasser (især oxygen) på levende organismer, påbegyndt af Priestley og Scheele, gav anledning til en kortvarig, men meget nysgerrig moderigtig hobby kaldet " pneumatisk medicin ". Dr. Thomas Beddoe blev fascineret af udsigten til at bruge gasser til at behandle sygdomme, især tuberkulose , ved indånding af gasser; hans ideer mødte en meget varm respons og alle former for hjælp i samfundet [3] . I marts 1799, på initiativ af Beddo, på bekostning af lånere , blev Pneumatic Institute oprettet nær Bristol - en videnskabelig og medicinsk institution med laboratorier, et hospital med 10 senge og en poliklinikafdeling . Instituttet udførte omfattende test af inhalationer af ilt, brint, nitrogen og nogle nyligt opdagede kulbrinter , skabte og testede de første inhalatorer , spirometre , cylindre til komprimerede gasser osv. Beddos og hans kollegers forskning lagde grundlaget for moderne åndedrætsterapi : det blev først brugt med terapeutisk målilt; baser for aerosolterapi udvikles; den samlede lungekapacitet blev målt ved hydrogenfortyndingsmetoden.

Samme år begyndte den unge kemiker Humphrey Davy , inviteret til Pneumatic Institute, sit arbejde med undersøgelse af gasser . Davy var særlig opmærksom på dinitrogenoxid . De narkotiske egenskaber af denne gas gjorde det muligt for Davy tidligere at kalde det "latter" ( lattergas ). I 1800 beskriver Davy de smertestillende virkninger af dinitrogenoxid-indånding:

Under frembruddet af den ene uheldige tand, kaldet dentes sapientiae, oplevede jeg akut betændelse i tandkødet, ledsaget af store smerter, som ligeså forstyrrede både hvile og bevidst arbejde. Engang, da betændelsen var ekstremt følsom, inhalerede jeg tre store doser lattergas. Smerterne forsvandt helt efter de første fire-fem vejrtrækninger, og ubehaget blev afløst af en følelse af velbehag i et par minutter. Da den tidligere bevidsthedstilstand vendte tilbage, vendte tilstanden i organet tilbage med den, og det forekom mig endda, at smerten var stærkere efter oplevelsen end før.

— Citat. ifølge [4]

Davys store fortjeneste under sit arbejde på Pneumatic Institute var udviklingen af metoder til at rense gasser fra giftige urenheder. Davy populariserede sine resultater bredt gennem offentlige foredrag ved Royal Institution, oprettet på initiativ af Benjamin Thompson (Earl Rumfoord) , Joseph Banks og Henry Cavendish . Ifølge en samtidig, "... mennesker af første rang og talent, fra det litterære samfund og videnskab, praktikere og teoretikere," blå strømper "og højsamfundsdamer, gamle og unge - alle fyldte grådigt publikum " [5] .

Offentlighedens interesse for indånding af "lattergas" var så stor, at det endda blev afspejlet i talrige pjecer og tegnefilm .

Den offentlige interesse for "pneumatisk medicin" aftog hurtigt. Årsagen til dette var manglen på noget videnskabeligt grundlag for den empiriske brug af gasser i forskellige sygdomme. Efter nogen tid blev "pneumatisk medicin" erklæret kvaksalveri og forbudt, Pneumatisk Institut blev lukket allerede i 1802.

Et væsentligt bidrag til undersøgelsen af gasser i denne periode blev ydet af Joseph Louis Gay-Lussac og John Dalton , som begyndte i 1802 uafhængige undersøgelser af elasticiteten af gasser afhængig af temperatur, såvel som fordampningsprocesserne. Gay-Lussac opnåede en meget nøjagtig værdi for den termiske udvidelseskoefficient for gasser og fandt ud af, at dette tal er det samme for alle gasser, på trods af den generelt accepterede tro på, at forskellige gasser udvider sig på forskellige måder, når de opvarmes ( Gay-Lussacs lov ).

I 1808 udgav Gay-Lussac en kort note "On the Reciprocal Combination of Gaseous Substances", indeholdende resultaterne af de første kvantitative undersøgelser af reaktioner mellem gasser. Konklusionerne i denne artikel viste sig at være så vigtige, at de senere fik navnet på loven om volumetriske forhold. Gay-Lussac fastslog, at "gasser, der virker på hinanden, er forbundet i simple relationer, for eksempel 1 til 1, 1 til 2 eller 2 til 3" . I disse år tog atomistisk teori kun sine første skridt, så Gay- Lussacs konklusioner var ægte Gay-Lussac fandt også ud af, at dette forhold ikke ændrer sig med temperaturen, i modsætning til de dengang almindeligt anerkendte forestillinger om, at antallet af elementarpartikler, der udgør en gas, ændres med temperaturen og i forskellige proportioner for forskellige gasser.

Resultaterne af Gay-Lussacs forskning dannede grundlaget for en af kemiens vigtige grundlæggende bestemmelser, formuleret i 1811 af Amedeo Avogadro : "Lige volumener af forskellige gasser, taget ved samme temperatur og tryk, indeholder det samme antal molekyler" .

Dannelsen af den atomare-molekylære teori satte en stopper for perioden med pneumatisk kemi, som blev private dele af kemi og fysik.

Betydningen af den pneumatiske kemiperiode

Udviklingen af pneumatisk kemi og analytisk forskning i anden halvdel af det 18. århundrede havde en væsentlig indflydelse på kemikernes forståelse af grundstofferne. Kendsgerningen om eksistensen af flere typer luft vidnede om styrkelsen af ideen om dem som kemisk individuelle stoffer, herunder dannelsen af en hypotese om eksistensen af forskellige elementer, der er uopløselige i nogen komponenter og ikke kan omdannes til hinanden, kombination af hvilke danner kemiske forbindelser og bestemmer deres egenskaber.

Udvidelse af objekter for kemisk forskning i anden halvdel af det 18. århundrede. førte til opdagelsen af et så stort antal af de mest forskelligartede eksperimentelle fakta, at de ikke længere kunne systematiseres inden for rammerne af phlogistonteorien. Fremkomsten af gaskemi og formuleringen af spørgsmålet om vægtforhold spillede en ledende rolle her. Den teoretiske gentænkning af kemisk information af en række fremtrædende forskere markerede begyndelsen på den første kemiske revolution: udskiftningen af teorien om phlogiston med iltbegrebet forbrænding, revisionen af det accepterede system af sammensætninger af kemikalier, gentænkningen af begrebet et kemisk element, og dannelsen af ideer om afhængigheden af stoffers egenskaber af deres kvalitative og kvantitative sammensætning.

Se også

Noter

↑ Priestley J. Eksperimenter og observationer om forskellige slags lufter. 6 bind. 1:228, 1774
↑ En introduktion til kemiens historie og metode . Hentet 4. september 2012. Arkiveret fra originalen 21. juli 2017. (ubestemt)
↑ Det er tilstrækkeligt at sige, at den berømte digter og opfinder Thomas Wedgwood stillede tusinde pund til sin rådighed, og skaberen af dampmaskinen, James Watt , forsynede sine laboratorier med det nødvendige udstyr.
↑ Davy G. Kemiske og filosofiske undersøgelser vedrørende primært dinitrogenoxid eller dephlogisticated luft og dens indånding . Hentet 3. september 2012. Arkiveret fra originalen 27. august 2016. (ubestemt)
↑ Citeret. af Youth Humphrey Davy. Eksperimenter med lattergas Arkiveret 3. december 2016 på Wayback Machine

Litteratur

Azimov A. Kort kemihistorie. Udvikling af ideer og idéer inden for kemi. - M . : Mir, 1983. - 187 s.
Dzhua M. Kemihistorie . - M . : Mir, 1966. - 452 s.
Figurovsky N. A. Essay om kemiens generelle historie. Fra oldtiden til begyndelsen af det 19. århundrede. - M. : Nauka, 1969. - 455 s.

Links

Ordbøger og encyklopædier	Britannica (online) Universalis