Глава 2. "Фиксируемый воздух"

В начале XVIII в. многие врачи бились над проблемой удаления мочевых камней. Применяемые для этой цели едкие щелочи были небезопасны для- организма. А нельзя ли найти более "мягкие" щелочи? Этим занялся английский врач Джозеф Блэк. Конечно, он не предполагал, что его исследования приведут к совершенно другому открытию.

Что знали в то время о щелочах? Очень немного. Считалось, едкость их зависит от "огненной материи". Так, при прокаливании известняк превращается в едкую (негашеную) известь вследствие присоединения "огненной материи". Если едкую известь (СаО) долго хранить, она теряет свои свойства, ибо "огненная материя" улетучивается.

Блэк решил собрать эту материю в момент выделения ее из вещества и изучить ее свойства. Но первые же опыты разочаровали его... "Ничего не выделяется", - записывает Блэк в дневнике, а даже наоборот - "воздух поглощается"! Что же за опыты проводил Блэк? Он взял определенное количество негашеной извести, поместил ее в сосуд, соединенный трубкой с приемником газов, т.е. использовал пневматическую ванну. Через несколько дней известь утратила свою едкость, но вес ее при этом не уменьшился, а увеличился. Значит, "огненная материя" здесь ни при чем? А что же тогда происходит при прокаливании известняка? Применяя пневматическую ванну, Блэк обнаружил, что вместо поглощения "огненной материи" выделяется какой-то "воздух", а вес известняка уменьшается. Следовательно, в известняке в связанном виде содержится определенный вид "воздуха", который при прокаливании высвобождается. Блэк назвал его "фиксируемым воздухом" ("связанным воздухом").

А как поведет себя "белая магнезия" - основной карбонат магния-в аналогичных условиях? Оказывается, точно так же. Новый "воздух" выделяется из карбонатов не только при прокаливании, но и при действии на них кислот. Вот как пишет об этом Блэк: "В разбавленную кислоту, заключенную в баллоне, положил мел или магнезию и... сделал отверстие в пробке, в которое вставил согнутую трубку. Другой ее конец ввел (способ д-ра Гейлса) в перевернутую банку, наполненную водой и помещенную в кадку с водой. Можно было наблюдать выделение пузырьков газа, которые обильно поднимались кверху, где собирались и двигались через воду в банку".

Все свои опыты Блэк проводил, тщательно взвешивая вещества. Он, например, определил, что при обжиге 120 гран (1 гран = 0,0622 г) мела выделяется 52 грана "фиксируемого воздуха" и 68 гран извести (СаО). Блэк продолжал изучать открытый газ. Оказывается, он тяжелее обычного воздуха, не поддерживает горение, непригоден для дыхания; от него мутнеет известковая вода.

Если едкая известь на воздухе поглощает этот газ, значит, окружающая нас атмосфера состоит по крайней мере из двух различных веществ: обычного воздуха и "фиксируемого воздуха", а не является элементом, как считали еще со времен древнегреческих философов. Это был важный вывод из работ Блэка.

Далее. "Связанный воздух", как и твердые вещества, и жидкие, может вступать в химические реакции. Теперь стало возможным объяснить процесс обжига известняка (выделение СO₂ из карбоната кальция) и затвердевание известкового раствора (поглощение гидроксидом кальция СO₂). "Фиксируемый воздух" может образовываться как при нагревании минералов, так и при горении древесины. Это было одно из первых указаний на химическую общность неживой и живой природы.

Работы Блэка по изучению углекислого газа принесли ему известность-в 1756 г. его назначают профессором химии университета г. Глазго.

Исследованием "фиксируемого воздуха" занялись и другие ученые. Так, знаменитый английский химик Джозеф Пристли, изучая растворимость углекислого газа в воде, приготовил "стакан чрезвычайно приятной газированной воды", которая почти не отличалась от сельтерской (воды известного в Европе минерального источника). Такой напиток (содовая вода) многим понравился, и Пристли был удостоен золотой медали Королевского общества. В Англии пытались использовать напиток во флоте как средство против цинги.

А каков же состав "связанного воздуха"? Решить эту проблему удалось А. Лавуазье. Он сжег небольшую навеску алмаза и исследовал образовавшийся газ - в нем оказалось 23,5-28,9 части углерода и 71,1-76,5 части кислорода. Теперь нетрудно было установить, что формула "связанного воздуха" - СO₂ (диоксид углерода).

Сейчас общеизвестно, что СO₂ является основным (наряду с водой) исходным веществом для фотосинтеза, важнейшим звеном в круговороте углерода в природе.

В прошлом веке содержание СO₂ в атмосфере было постоянным (0,03%). В настоящее время оно увеличилось до 0,033% (на 11%) за счет интенсивного сжигания топлива. Прирост на первый взгляд не очень большой, но, возможно, это сыграло свою роль в том, что температура у поверхности Земли повысилась на один градус.

Значительно большие, чем на Земле, количества СO₂ находятся на некоторых планетах. Так, атмосфера Венеры почти на 90% состоит из этого газа; он же является основным компонентом атмосферы Марса, причем часть его заморожена (полярные "шапки").

Следующим газом, который открыли вслед за диоксидом углерода, был водород.