От флогистона к невидимому газу: как ученые открыли кислород
1 августа исполнилось 250 лет со дня открытия кислорода учеными. Удивительно, но до 1774 года люди ничего не знали о самом распространенном на Земле химическом элементе. Так, в эпоху античности воздух считался одним из четырех основных элементов вместе с землей, огнем и водой. Хотя сейчас это представление может показаться примитивным, в то время оно было вполне логичным и оставалось неоспоримым до конца XVIII века. Рассказываем, как произошло открытие кислорода, как этот газ получил свое название и какие его новые свойства были выявлены учеными в последнее время.
Что было до того, как открыли кислород?
До открытия кислорода было проведено множество экспериментов, направленных на понимание связи между воздухом и горением. Тогда было выдвинуто немало ошибочных теорий.
Одним из первых был эксперимент древнегреческого физика Филона, который жил в III веке до н. э. Он заметил, что пламя свечи гаснет под перевернутым сосудом, и предположил, что это связано с образованием вакуума. Позже, в начале XVI века, Леонардо да Винчи повторил этот эксперимент и заключил, что часть воздуха расходуется на горение.
В 1659 году ирландский изобретатель Роберт Бойль и британский полимат Роберт Гук разработали вакуумный насос и выяснили, что горение невозможно без воздуха. А в 1674 году английский химик Джон Мейоу, основываясь на их работе, экспериментально подтвердил, что определенная часть воздуха необходима для горения и дыхания, назвав ее spiritus nitroaereus.
Однако, несмотря на эти открытия, до XVIII века господствовала теория флогистона, предложенная немецкими химиками Иоганном Бехером и Георгом Эрнстом Шталем. Согласно этой теории, горючие вещества содержали флогистон, который улетучивался при горении, а воздух не играл никакой роли в этом процессе. Только с открытием кислорода были пересмотрены прежние представления о горении и природе воздуха.
Как кислород получил свое название и определение?
Это случилось благодаря работам нескольких ученых. В 1771 году шведский фармацевт Карл Вильгельм Шееле первым выделил кислород, нагревая оксиды ртути, серебра и золота. Он назвал его «огненный воздух» за способность поддерживать горение. Однако работы исследователя были опубликованы только в 1777 году, что позволило другим ученым первыми заявить об открытии этого газа.
Британский философ Джозеф Пристли независимо открыл кислород в 1774 году, наблюдая выделение газа при нагревании оксида ртути. Он назвал его «дефлогистированный воздух» и описал свойства в своих трудах, опубликованных в 1775 году. Открытие философа стало известно раньше работы Карла Шееле, поэтому Пристли часто приписывают первенство в обнаружении кислорода.
В том же 1774 году французский химик Антуан Лавуазье также выявил кислород и провел точные количественные эксперименты, отвергнув теорию флогистона. Он доказал, что газ, выделенный Шееле и Пристли, представляет из себя уникальный химический элемент. Лавуазье дал ему название «кислород» (от греческих слов, означающих «производящий кислоту»), предположив, что он является компонентом всех кислот, что позже оказалось неверным, но название сохранилось.
Какие свойства кислорода ученые открыли совсем недавно?
В мае 2023 года ученые из Копенгагенского университета сделали важное открытие, касающееся свойств кислорода в древних океанах. Они выяснили, что около 575 млн лет назад, во время Авалонского взрыва, газ в воде содержался в очень небольших количествах, что способствовало возникновению и развитию сложных многоклеточных организмов, включая эдиакарскую биоту. Таким образом было установлено, что на самом деле она возникла в результате дефицита кислорода, а не его накопления, как считалось ранее.
В пользу этой теории говорят и другие исследования. Так, например, опыты испанских ученых из Университета Валенсии показали, что ограниченное количество кислорода создает благоприятные условия для созревания стволовых клеток и развития тканей, предотвращая неконтролируемые процессы, которые могут возникнуть при избытке этого газа и нанести вред организму.
Кроме того, в июле 2024 года британские ученые обнаружили новый источник кислорода в глубоководных регионах Тихого океана. Они выявили в этих областях избыток газа, который они назвали «темным кислородом». Этот термин указывает на то, что источник этого газа находится вне досягаемости солнечного света и не связан с известными процессами вроде фотосинтеза. Одна из гипотез объясняет происхождение «темного кислорода» через электролиз, происходящий в железомарганцевых конкрециях. Эти образования могут вырабатывать кислород за счет разницы потенциалов между ионами металлов.
