Chimie pneumatică

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 29 ianuarie 2019; verificările necesită 7 modificări .

Chimie pneumatică (pneumatologie) (din grecescul πνεῦμα  - respirație, respirație, spirit) - denumirea chimiei gazelor , folosită la sfârșitul secolului al XVIII-lea - începutul secolului al XIX-lea. În prezent este folosit exclusiv ca termen istoric care caracterizează perioada timpurie a studiului chimic al gazelor.

Devenind

Până la mijlocul secolului al XVII-lea, gazele nu se distingeau încă și erau considerate doar tipuri diferite de aer. Chimistul flamand Jan Van Helmont , se pare, primul care a arătat că existența unui număr de corpuri diferite asemănătoare aerului, pe care le-a numit gaze ( gaz franceză , din greacă haos  - haos ), ar trebui recunoscută. El a pus bazele chimiei pneumatice cu observațiile sale privind formarea „ gazului de pădure ” ( gaz sylvestre ), spre deosebire de aer, în timpul acțiunii acizilor asupra calcarului , în timpul fermentației vinului tânăr și în timpul arderii cărbunelui.

După Van Helmont, cercetători separați au fost implicați în studiul gazelor. Jean Re în 1630 a sugerat participarea aerului la arderea metalelor . Robert Boyle , fondatorul abordării experimentale a determinării elementelor, a proiectat una dintre primele pompe de aer și a descoperit cu ajutorul său în 1660 legea gazelor care îi poartă acum numele. În 1665, Robert Hooke , în Micrographia, a sugerat și prezența unei substanțe speciale în aer, asemănătoare substanței conținute în stare legată în salpetru . Aceste opinii au fost dezvoltate în continuare în cartea „Despre salpetru și spiritul aerului al salitrului”, scrisă în 1669 de chimistul englez John Mayow . Meiou, după ce a efectuat celebrele experimente cu o lumânare aprinsă sub un clopot, a încercat să demonstreze că aerul conține un gaz special ( spiritus nitroaëreus ), care susține arderea și este necesar pentru respirație.

Formarea în a doua jumătate a secolului al XVII-lea a teoriei flogistului  - prima teorie științifică a chimiei - a servit ca un stimul puternic pentru dezvoltarea cercetării cantitative, fără de care era imposibil să se confirme experimental ipoteza elementelor chimice . O consecință importantă a apariției teoriei flogistului a fost studiul activ de către chimiști a gazelor în general și a produselor gazoase de ardere în special. Faptul că aerul este ușor de compresibil a devenit un argument indubitabil în favoarea renașterii ideilor atomiste și deja primele experimente cu substanțe gazoase au condus la ipoteza unei structuri discrete ( corpusculare , din lat. corpuscula - particule) a materiei.

La începutul secolului al XVIII-lea. chimiștii au arătat puțin interes pentru studiul gazelor. Motivul principal pentru aceasta a fost lipsa unor metode convenabile de obținere, colectare și studiere a proprietăților gazelor individuale aflate la dispoziție. Cu toate acestea, unii oameni de știință încă au încercat să investigheze proprietățile gazelor cunoscute la acea vreme, folosind pompa de aer Boyle și dispozitive primitive pentru colectarea gazelor eliberate în diferite procese. Deci, Mihail Lomonosov , care a studiat mecanismul de dizolvare a metalelor în acizi , a obținut oxizi de azot prin dizolvarea cuprului în acid azotic și a descris unele dintre proprietățile acestui gaz. A folosit o bulă de taur pentru a colecta gaz.

Un pas important la începutul secolului al XVIII-lea pentru a depăși dificultățile experimentale a fost făcut de chimistul englez Stephen Hales , care a inventat „ baia pneumatică ” - un dispozitiv pentru captarea gazelor eliberate în timpul descompunerii substanțelor, care era un vas cu apă scufundat cu capul în jos. într-o baie de apă. Astfel, cercetătorii au primit cel mai important instrument pentru izolarea, identificarea și studiul diferitelor substanțe volatile.

Descoperirea și cercetarea gazelor în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea

Începutul chimiei pneumatice a fost stabilit de munca savantului englez Joseph Black . Black a stabilit (1756) că atunci când magnezia albă este încălzită, se eliberează gaz din ea și se formează magnezia arsă cu o pierdere de masă . Pe baza acestor experimente, Black a concluzionat că compoziția alcalinelor moi ( săruri carbonice ) include un anumit „ aer legat ”, numit mai târziu dioxid de carbon . Black a descoperit și reacția de absorbție a dioxidului de carbon cu „ apa de var ”. De aici a apărut ideea că, datorită anumitor influențe, este posibilă izolarea gazelor individuale din amestecurile lor. Această experiență a fost cea mai importantă condiție prealabilă pentru apariția analizei gazelor . În plus, Black a descoperit posibilitatea de a determina masa substanțelor gazoase luând în considerare compușii acestora în stare solidă.

Descoperirea metodelor de obținere a acizilor minerali (în primul rând sulfuric și clorhidric ) în secolul al XVII-lea a marcat începutul observațiilor despre eliberarea unui anumit „aer” atunci când acizii acționează asupra fierului și a altor metale. Omul de știință englez Henry Cavendish a fost primul care a descris natura acestui gaz . În 1766, Cavendish a publicat Artificial Air, care a raportat descoperirea „aerului combustibil” ( hidrogen ) și a descris metode de colectare, purificare și studiere a gazelor. Cavendish a reușit să obțină hidrogen pur și dioxid de carbon, să le stabilească densitatea relativă și alte proprietăți.

În 1781, Cavendish a determinat compoziţia aerului, iar în 1784, prin arderea hidrogenului, a stabilit compoziţia calitativă a apei, infirmând noţiunea de elementaritate a acesteia (indecompunerea în substanţe mai simple). În cercetările sale, Cavendish a aplicat o nouă metodă - acțiunea unei descărcări electrice asupra unui amestec de gaze din vase de sticlă izolate de aer. Acesta este modul în care Cavendish a obținut pentru prima dată apă dintr-un amestec de hidrogen și oxigen. În 1785, Cavendish a atras atenția asupra bulelor de „aer rezidual” (1/120 din volumul inițial), care nu s-au schimbat sub influența electricității (abia în 1894 Lord Rayleigh a stabilit că „aerul rezidual” este cel inert). gaz argon ). Concluzia că „aerul combustibil” este o substanță simplă a fost făcută în 1784 de chimistul francez Antoine Lavoisier . Mai întâi a obținut-o din apă și a dat acestei substanțe numele de Hidrogeniu (hidrogen).

Preotul protestant Joseph Priestley a obținut un mare succes în izolarea gazelor și studierea proprietăților acestora . Lângă Leeds , unde slujea, era o fabrică de bere, de unde se putea obține „aer legat” în cantități mari pentru experimente. Priestley a descoperit că gazele se pot dizolva în apă și a sugerat să le colecteze nu peste apă, ci peste mercur. Așa că a reușit să colecteze și să studieze „ gazul de râs ”, amoniacul , clorura de hidrogen , dioxidul de sulf . În 1774, Priestley a făcut cea mai importantă descoperire a sa - oxigenul : prin încălzirea oxidului de mercur roșu , a eliberat un gaz în care substanțele ardeau deosebit de puternic. Ca susținător al teoriei flogistului, el a numit gazul „aer deflogistic”. Gazul descoperit de Priestley părea a fi antiteza „aerului flogistic” ( azot ) inert chimic izolat în 1772 de chimistul englez Daniel Rutherford .

Din puterea și strălucirea mai mare a flăcării lumânării în acest aer pur, se poate concluziona că acesta (gazul lui Priestley) poate fi deosebit de util pentru plămâni în anumite cazuri dureroase. Am avut ocazia să experimentez efectul ei asupra mea inhalând o cantitate semnificativă dintr-un tub. Mi-a dat o senzație minunată de libertate și ușurință în piept. Cine ar putea nega că într-o zi acest aer curat va deveni un mijloc de distracție la modă? Până acum însă, doar doi șoareci și cu mine am avut privilegiul de a o respira.
Nu pot decât să mă flatez că, în timp util, utilizarea acestor diverse tipuri de gaze va fi utilizată pe scară largă în medicină.

— Per. de [1]

De menționat că proprietățile gazului eliberat de Priestley au fost descrise încă din 1771 de chimistul suedez Carl Wilhelm Scheele , care l-a obținut prin descompunerea salitrului , dar mesajul său, din cauza neglijenței editorului, a apărut doar în tipărire. în 1777. Scheele a numit acest gaz „aer de foc” și a raportat despre experiența sa cu Lavoisier. Scheele a folosit vezicile respiratorii ale peștilor mari pentru a capta gazele. Numai abilitățile extraordinare ale lui Scheele ca experimentator i-au permis, cu ajutorul acestei tehnici primitive, să facă descoperiri remarcabile precum cea a clorului (1774) și a hidrogenului sulfurat (1776).

O etapă importantă care a contribuit la descoperirea oxigenului a fost lucrarea chimistului francez Pierre Bayen , care a publicat lucrări despre oxidarea mercurului și descompunerea ulterioară a oxidului său (1784).

În cele din urmă, A. Lavoisier și-a dat seama în cele din urmă natura gazului rezultat, folosind informații de la Priestley și Scheele. Recurgând constant la cântăriri precise în cercetările sale, Lavoisier a arătat că în timpul procesului de ardere, substanța nu este eliberată din corpul care arde, ci se alătură acestuia. După ce a stabilit noua sa viziune asupra proceselor de ardere și oxidare (lucrări din 1775-1789), Lavoisier a înțeles în același timp corect compoziția aerului. Prin analiză și sinteză, el a arătat că aerul este un amestec de două gaze: unul dintre ele este un gaz care susține în principal arderea, „aer sănătos ( salubre ), aer curat, aer vital, oxigen”, așa cum l-a numit în mod constant Lavoisier însuși, celălalt gaz - aer nesănătos ( moffette ) sau azot. Opera sa a avut o mare importanță, deoarece datorită ei, teoria flogistului care domina la acea vreme și împiedica dezvoltarea chimiei a fost răsturnată.

Lavoisier a mai sugerat (1778) că prezența oxigenului în compoziția unei substanțe determină proprietățile sale acide (această ipoteză a fost cea care a dat numele oxigenului ca element chimic). Faptul de a obține hidrogen (aer combustibil) și oxigen (aer extrem de pur) din apă a fost stabilit în 1783 de celebrul inventator al mașinii cu abur, James Watt . În același an, Lavoisier a verificat experimentele lui Cavendish și Priestley și a afirmat deja cu siguranță că apa nu este un element, dar poate fi descompusă și recombinată. Watt a aflat despre această explicație a lui Lavoisier și, cu un sentiment de profund resentiment, i-a scris unuia dintre prietenii săi:

Lavoisier era conștient de teoria mea, dar nu m-a menționat deloc. Oamenilor bogați li se permite să facă fapte slabe.

— Citat. conform [2]

În ultimul sfert de secol, chimia s-a îmbogățit prin descoperirea diferitelor substanțe gazoase, printre care nu a fost găsită vreodată nicio substanță identică cu flogistonul. Astfel, până la sfârșitul secolului al XVIII-lea, a avut loc o revoluție în concepțiile teoretice ale chimiștilor, numită de obicei „revoluția chimică”. Descoperirile gazelor și teoria oxidării lui Lavoisier au condus la raționalizarea chimiei. Din acel moment, studiul gazelor a început să aibă loc exclusiv pe baza metodelor de cântărire, măsurare a volumului și presiunii.

Explorarea gazelor la începutul secolului al XIX-lea

Cercetările privind acțiunea gazelor (în special a oxigenului) asupra organismelor vii, începute de Priestley și Scheele, au dat naștere unui hobby la modă de scurtă durată, dar foarte curios, numit „ medicina pneumatică ”. Dr. Thomas Beddoe a devenit fascinat de perspectiva utilizării gazelor pentru a trata boli, în special tuberculoza , prin inhalarea gazelor; ideile sale au primit un răspuns foarte cald și tot felul de ajutor în societate [3] . În martie 1799, la inițiativa lui Beddo, pe cheltuiala patronilor , în apropiere de Bristol a fost creat Institutul de Pneumatică  - o instituție științifică și medicală cu laboratoare, un spital cu 10 paturi și un departament de policlinică . Institutul a efectuat teste ample de inhalații de oxigen, hidrogen, azot și unele hidrocarburi descoperite recent , a creat și testat primele inhalatoare , spirometre , cilindri pentru gaze comprimate etc. Cercetările lui Beddo și a colegilor săi au pus bazele terapiei respiratorii moderne. : a fost folosit pentru prima dată cu oxigen țintă terapeutic; sunt dezvoltate bazele aerosoliterapiei; capacitatea pulmonară totală a fost măsurată prin metoda diluării hidrogenului.

.

În același an, tânărul chimist Humphrey Davy , invitat la Institutul de Pneumatică, și-a început munca privind studiul gazelor . Davy a acordat o atenție deosebită protoxidului de azot . Proprietățile narcotice ale acestui gaz i-au permis lui Davy să-l numească mai devreme „laughing” ( gaz de râs ). În 1800, Davy descrie efectele analgezice ale inhalării de protoxid de azot:

În timpul erupției unui dinte nefericit, numit dentes sapientiae, am experimentat o inflamație acută a gingiilor, însoțită de dureri mari, care a interferat în mod egal atât cu odihna, cât și cu munca conștientă. Odată, când inflamația era extrem de sensibilă, am inhalat trei doze mari de protoxid de azot. Durerea a dispărut complet după primele patru sau cinci respirații, iar disconfortul a fost înlocuit de o senzație de plăcere pentru câteva minute. Când starea anterioară de conștiință a revenit, starea din organ a revenit odată cu ea și chiar mi s-a părut că durerea a fost mai puternică după experiență decât înainte.

— Citat. conform [4]

Marele merit al lui Davy în timpul activității sale la Institutul Pneumatic a fost dezvoltarea unor metode de purificare a gazelor din impuritățile toxice. Davy și-a popularizat pe scară largă descoperirile prin prelegeri publice la Instituția Regală, înființată la inițiativa lui Benjamin Thompson (Earl Rumfoord) , Joseph Banks și Henry Cavendish . Potrivit unui contemporan, „... oameni de prim rang și talent, din societatea literară și știință, practicieni și teoreticieni,” ciorapi albaștri „și doamne din înalta societate, bătrâni și tineri - toate au umplut cu lăcomie publicul ” [5] .

Interesul publicului pentru inhalarea „gazului de râs” a fost atât de mare încât s-a reflectat chiar și în numeroase pamflete și desene animate .

Interesul publicului pentru „medicina pneumatică” a scăzut rapid. Motivul pentru aceasta a fost lipsa oricărei baze științifice pentru utilizarea empirică a gazelor în diferite boli. După ceva timp, „medicina pneumatică” a fost declarată și interzisă și interzisă, Institutul de Pneumatică a fost închis deja în 1802.

O contribuție semnificativă la studiul gazelor în această perioadă a avut -o Joseph Louis Gay-Lussac și John Dalton , care au început în 1802 studii independente asupra elasticității gazelor în funcție de temperatură, precum și a proceselor de vaporizare. Gay-Lussac a obținut o valoare foarte precisă pentru coeficientul de dilatare termică a gazelor și a constatat că acest număr este același pentru toate gazele, în ciuda credinței general acceptate că diferitele gaze se extind în moduri diferite atunci când sunt încălzite ( legea lui Gay-Lussac ).

În 1808, Gay-Lussac a publicat o scurtă notă „On the Reciprocal Combination of Gaseous Substances”, care conținea rezultatele primelor studii cantitative ale reacțiilor dintre gaze. Concluziile făcute în acest articol s-au dovedit a fi atât de importante încât au primit ulterior denumirea de legea rapoartelor volumetrice. Gay-Lussac a stabilit că „gazele, acționând unele asupra altora, sunt legate în relații simple, de exemplu 1 la 1, 1 la 2 sau 2 la 3” . În acei ani, teoria atomistă abia făcea primii pași, așa că Gay- Concluziile lui Lussac au fost reale Gay-Lussac a mai descoperit că acest raport nu se modifică cu temperatura, spre deosebire de noțiunile general acceptate de atunci că numărul de particule elementare care alcătuiesc un gaz se modifică cu temperatura și în proporții diferite pentru diferite gaze.

Rezultatele cercetărilor lui Gay-Lussac au stat la baza uneia dintre prevederile de bază importante ale chimiei, formulată în 1811 de Amedeo Avogadro : „Volume egale de gaze diferite, luate la aceeași temperatură și presiune, conțin același număr de molecule” .

Formarea teoriei atomo-moleculare a pus capăt perioadei chimiei pneumatice, care a devenit secțiuni private de chimie și fizică.

Semnificația perioadei de chimie pneumatică

Dezvoltarea chimiei pneumatice și a cercetării analitice în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea a avut un impact semnificativ asupra înțelegerii de către chimiști a elementelor. Faptul existenței mai multor tipuri de aer a mărturisit întărirea ideii lor ca substanțe individuale din punct de vedere chimic, inclusiv formarea unei ipoteze despre existența diferitelor elemente necompuse în orice componente și netransmutabile unele în altele, combinație dintre care formează compuși chimici și determină proprietățile acestora.

Extinderea obiectelor de cercetare chimică în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea. a condus la descoperirea unui număr atât de mare dintre cele mai diverse fapte experimentale, încât acestea nu mai puteau fi sistematizate în cadrul teoriei flogistului. Apariția chimiei gazelor și formularea problemei raporturilor de greutate au jucat aici un rol principal. Regândirea teoretică a informațiilor chimice de către un număr de cercetători de seamă a marcat începutul primei revoluții chimice: înlocuirea teoriei flogistului cu conceptul de ardere a oxigenului, revizuirea sistemului acceptat de compoziție a substanțelor chimice, regândirea conceptul de element chimic și formarea de idei despre dependența proprietăților substanțelor de compoziția lor calitativă și cantitativă.

Vezi și

Note

  1. ^ Priestley J. Experiments and Observations on Different Kinds of Airs. 6 voi. 1:228, 1774
  2. ↑ O introducere în istoria și metodologia chimiei . Preluat la 4 septembrie 2012. Arhivat din original la 21 iulie 2017.
  3. ↑ Este suficient să spunem că celebrul poet și inventator Thomas Wedgwood a pus la dispoziție o mie de lire sterline, iar creatorul mașinii cu abur, James Watt , și-a aprovizionat laboratoarele cu echipamentul necesar.
  4. ^ Davy G. Investigații chimice și filozofice privind în principal protoxidul de azot sau aerul deflogistic și inhalarea acestuia . Preluat la 3 septembrie 2012. Arhivat din original la 27 august 2016.
  5. ↑ Citat. de Tineretul Humphrey Davy. Experimente cu protoxid de azot Arhivat 3 decembrie 2016 la Wayback Machine

Literatură

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii