Вода, активированная гиперзвуком

путем нагрева селитры КNO

. Его опыт соответствует такой реакции:

2КNO

+ (нагрев) = 2КNO

+ O

Пристли посчитал выделявшийся в указанном опыте газ за обычный воздух, в 1773 г. он видит в нем закись азота N

O (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 2.

Рис. 2

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 O

Его опыт соответствует такой реакции:

2HgO + (нагрев) = 2Hg + O

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 N

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 – H

O. 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 – H

O.

Второй этап научного изучения, 19 век

На рубеже 19-го века, предположительно в декабре 1799 г., итальянский физик Алессандро Вольта изготовил первую электрическую батарею, которая представляла собой столбик из чередующихся медных и цинковых кружков, разделенных кружочками сукна или войлока вымоченного в слабом водном растворе серной кислоты. Первое сообщение об этой батарее, которую Вольта называет «снарядом, слабо заряженным, но действующим непрерывно, подобно лейденской банке», последовало 20 марта 1800 г. в письме от Вольта к президенту Лондонского Королевского общества Джозефу Банксу. Письмо содержит описание и рисунки Вольта, и рекомендации по применению в батарее разных металлов.

30 апреля 1800 г. английский химик Уильям Николсон (1753—1815) и его напарник хирург Энтони Карлайл (1768—1840) на основе вышеупомянутого письма изготовили «столб Вольта» и полностью проверили его работоспособность. Николсон в ходе опыта для улучшения контакта верхней проволоки с цинковым кружком налил на него немного воды и случайно (!) обнаружил, что на этой проволоке, выделяются пузырьки – экспериментатор по запаху предположил, что это водород. Николсон и Карлайл провели новый эксперимент – в пробирке с водой, в которую через пробки были введении проволоки от «столба Вольта», они впервые разложили воду с помощью электричества на водород и кислород. Водород исследователи собрали, а кислород определили по тому, что у них произошло окисление одной медной проволоки.

В сентябре 1800 г. немецкий физик Иоганн Риттер (177—1810) сообщает о своем опыте по разложению воды электричеством, при этом ему удалось собрать и водород и кислород.

Так в самом начале 19-го века для исследования состава воды частично случайно впервые была использована электрическая батарея постоянного тока.

В 1805 г. французский физик Жозеф Гей-Люссак (1778—1850) и немецкий натуралист Александр фон Гумбольт (1769—1859) устанавливают закон кратных объемов при химическом взаимодействии газов и находят, что два объема водорода соединяются с одним объемом кислорода в воду.

В 1815 г. удивительную и революционную гипотезу выдвинул английский химик Уильям Праут (1785—1850). Он утверждал, что первичной материей является водород, а все остальные элементы «сделаны» из него. Идея Праута базировалась на том, что если атомный вес водорода принять за 1, то атомные веса всех известных к тому времени элементов будут выражаться целыми числами, в частности кислород будет иметь атомный вес 16. Гипотезу Праута опровергли тем, что хлор уже имел при таком исчислении атомный вес 35,5. И все же Праут оказался прав – атомы всех элементов действительно имели в составе своего ядра – ядра водорода и нейтроны, имеющие практически такую же массу, как ядро водорода. Частицу, образующую ядро водорода, в честь Праута назвали «протон», а загадка хлора была разгадана – в его атомном весе наряду со стабильным изотопом Cl-35 большую роль сыграл стабильный изотоп Cl-37, о существовании которого в 19-м веке не знали. Так завершились поиски основного элемента нашего мира – это оказалась не вода, а ядро атома водорода, следовательно, древние философы оказались правы в своих воззрениях ровно наполовину.

В 1843 г. французский химик Жан Батист Дюма (1800—1884) занимался определением состава воды, и установил, что отношение весов водорода и кислорода в воде составляет 2:16.

В 1846 г. французский физик Эдмон Беккерель (1820—1891) провел измерение электропроводности жидкостей.

В 1847 г. немецкий химик Роберт Бунзен (1811—1899) исследует в длинных трубках воду исландских гейзеров и показывает, что чистая вода, кажется синей. Это было первое правильное использование спектра воды для определения ее чистоты (напомним, что Ньютон считал цвет воды зеленым). Впрочем, с давних времен люди знали, что свежевыпавший снег – кристаллы воды – имеют голубоватый оттенок.

В 1847 г. английский физик Майкл Фарадей (1791—1867) и независимо от него немецкий физик Юлиус Плюккер (1801—1868) занимались изучением магнитных свойств газов, и установили, что все газы – в т.ч. водород и водяной пар – диамагнитные. Исключение составил кислород, обладающий существенным парамагнетизмом. Термин «диамагнетизм» в сентябре 1848 г. предложил Фарадей. В научном плане диамагнетизм означает возникновение силы отталкивания у вещества от внешнего магнитного поля. В практическом плане невесомый магнит, например, кольцевой ток в невесомом сверхпроводнике будет отталкиваться от поверхности воды, т.е. явление левитации – хождения по воде – не является чудом, а имеет строгое научное объяснение.

Современные сведения о строении воды

В начале 20-го века знания о воде стабилизировались, и ничего не предвещало новых достижений.

В 1909 году датский биохимик Сёрен Сёренсен (1868—1939), возглавлявший лабораторию в пивной компании «Карлсберг» в Копенгагене, разработал методы определения концентрации ионов водорода в растворах, и ввел водородный показатель Рн (который называют и кислотностью) и шкалу Рн. Рн-метры, – приборы, работающие по шкале Сёренсена, используются и в настоящее время для контроля воды и пищевых продуктов на ее основе.

Прошло 10 лет и свою огромную лепту в изучение воды стали вносить физики-ядерщики.

В 1920 г. британский физик Эрнест Резерфорд (1871—1937) и независимого от него американский физик Уильям Харкинс (1873—1951) предсказали существование стабильного изотопа водорода, имеющего атомную массу 2 – 

Н.

В 1929 г. американские физики Херрик Джонстон (1898—1965) и Уильям Джиок (1895—1982) экспериментами доказали существование стабильных изотопов кислорода с атомными массами 17 и 18 –

О,

О. До этого открытия химики считали, что кислород существует только в виде стабильного изотопа с массой 16 –

О. От массы изотопа

О были рассчитаны массы всех известных к 1929 г. химических элементов. И неожиданно оказалось, что масса кислорода О в «Таблице Менделеева» не 16,0, а 16,0035. Открытие Джонстона и Джиока было очень значительным, оно заставило пересчитать все атомные массы. Кроме того, пошатнулась сама идея вписать все изотопы химического элемента в одну «клеточку» таблицы Менделеева. Особенно ярко это проявилось в 1932 г.

Сегодня за опорную массу принята масса изотопа углерода

С. А «табличная» масса кислорода О = 15,9994 рассчитана с учетом распространенности его стабильных изотопов на Земле:

О – 99,759%,

О – 0,037%,