Гиперзвуковая вода 1 этап

Первый этап научного изучения, 17-18 век

Начиная с 1650-годов мистическая и «волшебная» наука «алхимия» постепенно отходит в сторону и уступает дорогу «химии» - классической науке. Принято считать, что все ученые, работавшие в этой отрасли знания с 300-го по 1600 год, в одночасье из алхимиков стали химиками. И здесь требуется лингвистическое пояснение. Греческий термин «;;;;;;» - «химия»,  который, возможно, означает «искусство приготовления соков», был позаимствован в 6-м веке арабами, которые образовали согласно своей грамматике слово в виде «al-kimyia» -  «алхимия». Следовательно, алхимия это прямой грамматический родственник слов алгебра, алкоголь и т.п. Но последние 350 лет существуют два химических направления – названное греческим словом химия, которое обозначает дисциплину, имеющую строго научную основу, и названное арабским словом алхимия – которое обозначает  учение в какой-то степени мистическое и «волшебное».

Первый документально зафиксированный биологический эксперимент с водой был проведен в 30-е годы 17-го века голландским естествоиспытателем Ван Гельмонтом (1580-1644). Ван Гельмонт в течение 5-ти лет выращивал иву [96], проводя точные замеры весовых характеристик дерева, почвы и поливальной воды. По завершению опыта ван Гельмонт  обнаружил, что ива за 5 лет прибавила в весе на 74 кг (164 фунта), а земля, в которую ива была высажена, убавилась в весе лишь на 57 г. (2 унции). Это привело ван Гельмонта к выводу, что существуют всего два элемента - вода и воздух. А третий элемент – вещественный – включающий растения, деревья, и т.д., и даже землю, образуется в основном из воды. Не признавал ван Гельмонт и элемент «огонь», хотя вполне ясно, что ива, выращенная в темном помещении, будет существенно отличаться от ивы, выращенной ван Гельмонтом на солнечном свете. Пренебрег в своем опыте ван Гельмонт и газовым обменом растения, в данном случае ивы, что тем более удивительно, тем, что именно ван Гельмонт первым обозначил группу летучих химических веществ термином «газ», от греческого слова «;;;;», а до ван Гельмонта применялся термин «;;;;;» - воздух.

Химики с 1600 г. занимались многими вопросами в области научных химических опытов со многими веществами, но изучение воды, как основного элемента всей природы, целенаправленно проводили мало. Отметим основные достижения.

В 1665 г. голландский механик Христиан Гюйгенс (1629-1695) предлагает, как основные точки для термометра, точки плавления льда и кипения воды.

В 1667 г. Гюйгенс показывает, что вода при замерзании расширяется со значительной силой, в опыте он разрывает железную трубку силой замерзающей воды.

В 1674 г. французский физик Дени Папен (1674-1713) наблюдает зависимость температуры кипения воды от давления и устанавливает факт, что при более низком давлении вода закипает при более низкой температуре. Он же в 1681 г. проводит опыт на котле с предохранительным клапаном, и устанавливает повышение температуры закипания воды с увеличением давления в закрытом котле.

В 1704 г. английский физик Исаак Ньютон (1642-1727) изучал цвет чистой воды и определил его как зеленый.

В 1755 г. швейцарский ученый Жан Андре Делюк (1727-1817) впервые наблюдает, что для того, чтобы расплавить лед, недостаточно нагреть его до температуры плавления, т.е. до 0+10С, а требуется некоторое дополнительное количество теплоты, чтобы вода сменила свое агрегатное состояние. Он же в 1772 г. обнаружил, что вода имеет максимальную плотность не при температуре замерзания в 00С, а при +40С.

1766-1783 гг. оказались этапными в изучении химии воды. Последовательно химики получили водород, кислород, а затем разложили на эти газы (тогда их называли и эластичными жидкостями) воду. Для описания этих и последующих работ будем применять принятые в химии обозначения.

В 1766 г. английский физик Генри Кавендиш (1731-1810) описывает открытый им газ, который он назвал «легковоспламеняющимся воздухом» - это был водород. Водород Н2 выделялся при действии разбавленной серной H2SO4 или соляной HCl кислоты на металлы, в частности на железо Fe, цинк Zn. Возможна такая реакция:

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2

В 1770 г. французский ученый Антуан Лоран Лавуазье (1743-1794), исследуя предполагаемое ван Гельмонтом превращение воды в землю, приходит к заключению, что суммарный вес замкнутого стеклянного сосуда и долго кипевшей в нем воды (100 дней) остается неизменным, а земля (осадок) образуется из стекла сосуда. Для опыта Лавуазье применил дождевую воду, которую очистил восьмикратной перегонкой – дистилляцией.

В 1771 (или в 1772) г. английский химик Джозеф Пристли (1733-1804) получил кислород O2 путем нагрева селитры КNO3. Его опыт соответствует такой реакции:

2КNO3 + (нагрев) = 2КNO2 + O2

Пристли посчитал выделявшийся в указанном опыте газ за обычный воздух, в 1773 г. он видит в нем закись азота N2O (это «веселящий газ»), которую он получил при реакции влажных железных опилок и окиси азота («азотистого воздуха»), но в 1774 г. Пристли понял, что ему удалось получить «дефлогистированный воздух» - кислород.

Этому выводу предшествовал другой опыт Пристли, проведенный 1 августа 1774 г., схема которого приведена на рис. 


С помощью двойной линзы Пристли фокусировал солнечные лучи на красный окисел ртути HgO, его сильный нагрев приводил к выделению металлической ртути Hg в виде шариков, которые стекали на ртутный столбик, и газа, заполнявшего стеклянную пробирку и оказавшегося  кислородом O2.  Его опыт соответствует такой реакции:

2HgO + (нагрев) = 2Hg + O2

Газ Пристли назвал «дефлогистированным воздухом» и установил, что он повышает жизнедеятельность мыши, вдыхающей его, и вызывает яркое горение свечи.

Существует мнение, что в это же время, или даже чуть ранее, кислород получил и шведский аптекарь Карл Шееле (1742-1786). Шееле подробно описал в книге [97], изданной в 1777 г., свои опыты по получению кислорода, состоявшие в нагреве веществ, непрочно удерживающих кислород, и столь же подробно описал свойства кислорода, который он называл «огненный воздух». Впрочем, в указанной книге уже есть ссылки на работы Пристли, а в приведенном письме от 13 июля 1777 г., пояснено, что свои работы Шееле завершил за два года до даты письма, т.е. в 1775 г.

В конце 1774 г. при посещении Парижа Пристли встретился с Лавуазье и рассказал ему о своих опытах по получению «дефлогистированного воздуха». Лавуазье заинтересовался этими опытами и их результатами, в 1775 г. он провел свои опыты с нагревом окиси ртути и установил, что воздух состоит из двух газов в соотношении 1:5. В «огненном» - «дефлогистированном воздухе», который Лавуазье назвал кислородом, подопытная мышь чувствовала себя хорошо. В воздухе, в котором отсутствовала доля кислорода – мышь задыхалась. Эту часть воздуха Лавуазье назвал азотом от греческого слова «;;;;;;» - безжизненный. Азот N2 уже был получен Генри Кавендишем в ходе химических опытов, выполненных в 1772 г.

В 1781 г. практически одновременно шотландский физик Джеймс Уатт (1736-1819) и Генри Кавендиш получили воду из водорода и кислорода. Опыт Кавендиша состоял в пропускании через смесь водорода и кислорода (это «гремучий газ») электрической искры в трубке над сосудом с ртутью. Смесь взрывалась с образованием воды. Кавендиш установил, что при взрыве смеси из двух объемов водорода и одного объема кислорода расходуется весь газ, а вес образовавшейся воды равен весу газовой смеси в трубке. Так фактически была установлена химическая формула воды - H2O. Результаты своих опытов Кавендиш опубликовал в 1785 г.

Окончательно формулу воды установил Лавуазье:
• в июне 1783 г. Лавуазье повторяет опыт Кавендиша – в присутствии французских ученых из кислорода и водорода он синтезирует 2,5 г. воды;
• в это же время Лавуазье проводит качественный химический опыт без использования электричества и взрывов – через раскаленный докрасна железный ружейный ствол он пропускает горячий водяной пар, при этом в стволе образуется окалина – ржавчина, а из дула ствола выходит газ – это оказался водород;
• окончательно состав воды Лавуазье определил в опыте с железными опилками. Он проводит водяные пары через раскаленные железные опилки, заранее взвешенные, и собирает водород, затем он взвешивает воду, водород и окислившиеся железные опилки. Результат взвешивания точно свидетельствует – вода состоит из одной доли кислорода и двух долей водорода.

Так в 1783 г. была  точно установлена химическая формула воды - H2O.

От автора - ресурс не  поддерживает греческий язык и нижний и верхний индексы - и это видно по тексту.