Повна версія

Головна arrow Природознавство arrow ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ МАСИ

Флогістону теорія була остаточно відкинута в другій половині XVIII ст. в результаті появи багатьох нових експериментальних фактів і відкриття першого фундаментального закону хімії - закону збереження маси. Це відкриття пов'язане з діяльністю першого великого російського вченого М. В. Ломоносова.

Михайло Васильович Ломоносов народився 8 листопада 1711 р в селі Денісовкс поблизу м Холмогори Архангельської губернії в сім'ї рибалки-помора. Навчившись читання та письма у одного грамотного односельця, Ломоносов скоро перечитав всі книги, які тільки міг дістати в селі. Величезна допитливість і пристрасна тяга до знання спонукали його у віці 19 років покинути рідне село. Взимку 1730 Ломоносов пішки і майже без грошей відправився в Москву, де домігся зарахування в Слов'яно-греко-латинську академію - єдиного на той час в Москві вищий навчальний заклад.

Сувора обстановка в академії і важке матеріальне становище не зломили прагнення молодого Ломоносова до знань. Блискучі здібності і наполеглива праця дозволили йому за чотири роки пройти програму семи класів академії. Останній клас Ломоносов закінчив, гак як був переведений, в числі 12 кращих учнів, в Петербург для навчання в університеті при Академії наук.

Менше ніж через рік після переїзду в Петербург Ломоносов був направлений за кордон для вивчення металургії та гірничої справи. У 1741 р після повернення на батьківщину Ломоносов був призначений ад'юнктом Академії по фізичному класу, а незабаром став професором хімії і повноправним членом Російської академії наук.

Ломоносов належав до числа тих рідкісних виключно обдарованих натур, наукові ідеї яких на багато десятиліть випереджають свою епоху. Його кипуча наукова і практична діяльність відрізнялася вражаючою широтою і різнобічністю. Характеризуючи цю діяльність, академік С. І. Вавилов в 1947 р писав: «Тільки тепер, через два століття, можна з достатньою повнотою охопити і належним чином оцінити все зроблене цим дивним богатирем науки. Досягнуте їм одним в областях фізики, хімії, астрономії, приладобудування, геології, географії, мовознавства, історії гідно було б діяльності цілої Академії ».

Ломоносов вперше визначив хімію як науку, в той час як його сучасники - західноєвропейські хіміки розглядали її як опис операцій, за допомогою яких можна опанувати мистецтво «розкладати змішані тіла (складні речовини) на їх складові частини або отримувати тіла з'єднанням складових частин». Ломоносов вказував, що предметом хімії є не самі хімічні операції, а то, що відбувається «в змішаних тілах» при хімічних операціях.

За Ломоносову, «хімія - наука про зміни, що відбуваються в змішаному тілі ...». Цю науку Ломоносов уявляв собі як хімічні факти, об'єднані математичним способом викладу і наведені в систему на основі уявлень про будову речовини. Людина, що володіє знанням внутрішньої природи речовини, «може пояснити всі можливі зміни його, і в тому числі поділ, з'єднання і т.д.». «Істинний хімік повинен бути теоретиком і практиком», - говорив Ломоносов. Точні досліди з чистими речовинами, із застосуванням «заходи і ваг» повинні супроводжуватися теоретичним аналізом результатів. Ломоносов вказував, яке важливе значення має при цьому уявлення про будову речовини: «У темряві повинні звертатися фізики, і особливо хіміки, не знаючи внутрішнього нечутливих частинок будови». Випередивши на десятиліття своїх сучасників, Ломоносов розробив корпускулярну теорію будови речовини, що передбачила атомно-молекулярну теорію.

Ломоносов вважав своєю головною професією хімію, але він був в той же час і першим чудовим російським фізиком.

Ясно представляючи необхідність тісного зв'язку між хімією і фізикою, він вважав, що хімію слід вивчати за допомогою фізики і що хімічні явища можуть отримати правильне тлумачення тільки на основі фізичних законів. У «Слові про користь хімії» Ломоносов писав: «Хімік без знання фізики схожий на чоловіка, який за все шукати повинен дотик. І ці дві науки так з'єднані між собою, що одна без іншої досконало бути не можуть ».

Застосовуючи фізику для пояснення хімічних явищ, Ломоносов заклав основи нової науки - фізичної хімії. У «Курсі істинної фізичної хімії» він вперше дав чітке визначення цієї дисципліни: «Фізична хімія є наука, що пояснює на підставі положень і дослідів фізики те, що відбувається в змішаних тілах за допомогою хімічних операцій».

Глибоко вірячи в могутність людського знання, Ломоносов всі роки свого перебування на посаді академіка невтомно боровся за поширення освіти в Росії, за процвітання російської науки. Зокрема, за проектом Ломоносова і указу імператриці Єлизавети в 1755 р був відкритий Московський університет, який став найважливішим центром російської освіти і науки.

Одним з головних питань, які займали хіміків того часу, було питання про природу вогню і про сутність процесів горіння і випалення металів. Флогістону теорія пояснювала ці процеси тим, що пекуче метали втрачають флогистон. Поряд з цією теорією широке поширення мала теорія, запропонована 1673 р Р. Бойл, згідно з якою при обпечені металів найтонша «матерія вогню» проникає в метали і, з'єднуючись з ними, викликає збільшення їх маси.

Ломоносов вельми скептично ставився до «всякого роду невагомим матерій», переміщенням яких в той час пояснювали явища тепла і холоду, електрики і світла. У своїй дисертації «Роздуми про причини тепла і холоду», почуте Академії в 1745 р, він піддає різкій критиці теорію «теплотворної матерії», або «теплорода», доводить неможливість існування такої матерії і викладає розроблену ним механічну теорію тепла, що пояснює теплові явища рухом найдрібніших частинок, що утворюють всі тіла. У цій же роботі Ломоносов вперше висловлює думку про те, що збільшення маси металів при прожаренні може відбуватися не від проникнення в них «матерії вогню», як припускав Бойль, але від з'єднання металів з навколишнім повітрям. Ця ж думка в більш категоричній формі виражена Ломоносовим в 1748 р в його листі до знаменитого математику Л. Ейлера, де, розбираючи досліди Бойля з обпаленням металів, він пише: «Немає жодного сумніву, що частинки повітря, безперервно поточного над обпікає тілом, з'єднуються з ним і збільшують вагу його ».

Пізніше, добившись після довгих зусиль організації при Академії наук хімічної лабораторії, Ломоносов приступає до дослідної перевірки своїх припущень. З цією метою він вирішує перш за все перевірити досліди Бойля з обпаленням металів.

Бойль прожарюють метали в запаяних скляних ретортах. Коли на металах утворювалося кілька окалини, Бойль розкривав реторти, відзначаючи при цьому входження в них повітря як доказ герметичності запаювання реторт, після чого зважував їх. Ломоносов зробив такі ж досліди, як і Бойль, з тією лише різницею, що він зважував реторти з металом до і після прожарювання, не розкриваючи їх. Збереглася наступна запис Ломоносова про ці досліди: «Робив досліди в заплавлен- них міцно скляних судинах, щоб дослідити, прибуває чи вага металу від чистого спеку. Ними ж дослідами знайшлося, що славного Роберта Бойля думку помилково, бо без пропущених зовнішнього повітря вага спаленого металу залишається в одній мірою ».

З дослідів Ломоносова насамперед випливало, що збільшення маси при обпечені металів не може бути пояснено ні приєднанням до них «матерії вогню», як вважав Бойль, ні втратою ними флогистона, як стверджували флогістікі. У той же час, розкриваючи судини після закінчення дослідів, Ломоносов встановив, що маса судин збільшується саме тому, що в них входить повітря. Тим самим він довів, що збільшення маси металу при прожарюванні походить від з'єднання металу з повітрям. Так найпростіші з сучасної точки зору, але ретельно продумані досліди Ломоносова дозволили встановити закон збереження маси в застосуванні до хімічних реакцій.

Сумарна маса речовин до реакції дорівнює сумарній масі речовин після реакції.

Саме це і було показано Ломоносовим. В реакції вступали частина вміщеного в посудину металу і частина наявного там повітря, але маса продуктів реакції разом з не набрали реакцію речовинами залишалася незмінною. Наведемо закон збереження маси, як він був сформульований Ломоносовим в 1760 р .: «Всі зміни, в натурі трапляються, такого суть стану, що скільки чого в одного тіла відніметься, стільки ж додати до іншого. Так коли де убуде трохи матерії, то збільшиться в іншому місці ». На 18 років пізніше Ломоносова закон збереження маси відкрив великий французький хімік А. Лавуазьє. В Європі не були знайомі з працями Ломоносова, але це, звичайно, не його вина. Сам Ломоносов спирався на праці попередників і, зокрема, вивчав роботи Р. Бойля.

Думка про те, що речовина взагалі не може зникати або виникати знову, що кількість його у Всесвіті залишається незмінним, була висловлена грецькими філософами ще в V ст. до н.е. і приймалася багатьма філософами XVII і XVIII ст. як правило, не потребує ніяких доказів. Однак хіміки того часу ще не оцінили всієї важливості цього положення для хімії і не звертали належної уваги па кількісну сторону хімічних процесів.

Ломоносову належить заслуга введення в хімію кількісних визначень. При всіх хімічних дослідах він незмінно користувався вагами, визначаючи вагу (маси) речовин, узятих для проведення реакції і отриманих в результаті реакції.

Як з'ясувалося в ході подальшого розвитку науки, закон збереження маси є граничним випадком збереження маси-енергії для процесів, що супроводжуються порівняно невеликими енергетичними ефектами. Такими процесами є всі хімічні реакції. Зміни маси реагуючих речовин за рахунок виділення або поглинання енергії знаходяться далеко за межами досягнутої точності визначення маси.

Закон збереження маси неодноразово піддавався перевірці протягом XIX і початку XX ст. Особливою ретельністю відрізняються дослідження Г. Г. Ландольта, що відносяться до 1909 р Ландольта виробляв зважування з точністю до 10 _6 % і прийшов до висновку, що в цих межах маса речовини при хімічних реакціях залишається незмінною.

 
<<   ЗМІСТ   >>