«Основы химии, Том I»

Определенное число атомов n элемента A, соединяясь с несколькими атомами m другого элемента B, дает соединение AnBm, каждая молекула которого будет содержать атомы элементов A и B в этом отношении, и поэтому соединение будет представлять определенный состав, выражаемый формулой AnBm, где A и B — веса атомов, а n и m — их относительное число. Если те же элементы A и B помимо AnBm дают также другое соединение ArBq, то, выражая состав первого соединения через AnrBmr (что представляет тот же состав, что и AnBm), а второго — через ArnBqn, мы получаем закон кратных отношений, потому что для данного количества первого элемента, Arn, получаются количества второго элемента, находящиеся в таком же отношении друг к другу, в каком m относится к q; а так как m, r, q и n суть целые числа, их произведения также являются целыми числами, что и выражается законом кратной пропорции. Следовательно, атомная теория находится в согласии с первыми законами определенных химических соединений — законом постоянства состава и законом кратных отношений — и вызывает их к жизни.

Точно так же обстоит дело и с отношением атомной теории к третьему закону определенных химических соединений — закону кратных эквивалентных весов, который заключается в следующем: если определенный вес некоторого вещества C соединяется с весом a вещества A и с весом b вещества B, то вещества A и B также будут соединяться между собой в количествах a и b (или в кратных им). Это должно следовать из самого понятия об атомах. Пусть A, B и C обозначают веса атомов трех веществ, и для простоты рассуждения предположим, что соединение происходит между отдельными атомами. Очевидно, что если вещество дает AC и BC, то вещества A и B образуют соединение AB либо их кратное A_n B_m. И именно так оно и есть в действительности в природе.

Сера соединяется с водородом и с кислородом. Сернистый водород содержит тридцать две весовые части серы на две весовые части водорода; это выражается формулой H_2S. Сернистый ангидрид, SO_2, содержит тридцать две части серы и тридцать две части кислорода, и поэтому из закона эквивалентных весов мы заключаем, что кислород и водород будут соединяться в пропорции двух частей водорода и тридцати двух частей кислорода либо в кратных им числах. И мы видели, что это действительно так. Перекись водорода содержит тридцать две части кислорода, а вода — шестнадцать частей на две части водорода; и так обстоит дело во всех остальных случаях. Это следствие атомной теории согласуется с природой и результатами анализа и представляет собой один из важнейших законов химии. Это закон, поскольку он указывает на отношение между весами веществ, вступающих в химическое соединение. Более того, это чрезвычайно точный закон, а не приближенный. Закон эквивалентных весов есть закон природы и отнюдь не гипотеза, ибо даже если вся теория атомов будет опровергнута, законы кратных отношений и эквивалентных весов все равно останутся, поскольку они имеют дело с фактами. К ним можно прийти путем догадки на основе атомной теории, и исторически закон эквивалентных весов тесно с ней связан; однако они не тождественны, а лишь связаны между собой. Закон эквивалентных весов формулируется с большой легкостью и является непосредственным следствием атомной теории; без нее его даже трудно понять. Данные для его развития существовали и ранее, но он не был сформулирован до тех пор, пока эти данные не получили истолкования с помощью атомной теории — гипотезы, которая до настоящего времени не противоречила ни эксперименту, ни факту, являясь полезной и общеприменимой. Такова природа гипотез. Они незаменимы для науки; они привносят порядок и простота, которых трудно достичь без их помощи. Вся история науки служит тому доказательством. И поэтому можно с полным правом сказать, что лучше держаться гипотезы, которая впоследствии может оказаться неверной, чем не иметь никакой. Гипотезы облегчают научную труд и делают ее последовательной. Подобно плугу земледельца, в поисках истины они способствуют продвижению работы труженика.

Примечания:

[1] Этот вывод, сделанный мной еще в 1878 году (Moniteur Scientifique) путем представления молекул озона (см. далее) как более сложных, чем молекулы кислорода, и озона — как содержащего большее количество тепла, чем кислород, был подтвержден экспериментально в исследованиях Майльфера (Mailfert, 1880), показавших, что пропускание тихого разряда через литр кислорода при 0° может образовывать до 14 миллиграммов озона, а при -30° — до 60 миллиграммов; но лучше всего это видно из определений Шаппюи и Отфёй (Chappuis, Hautefeuille, 1880), которые нашли, что при температуре -25° тихий разряд превращает 20 проц. кислорода в озон, тогда как при 20° не удавалось получить более 12 проц., а при 100° получалось менее 2 проц. озона.

[2] Серию электрических искр можно получить с помощью обычной электрической машины, электрофорных машин Гольца и Теплова и др., лейденских банок, катушек Румкорфа или подобных средств, когда противоположные электричества способны накапливаться на клеммах проводников и разряд достаточной электрической интенсивности проходит через непроводники — воздух или кислород.

[3] Тихий разряд представляет собой такое соединение противоположных статичеких (потенциальных) электричеств, которое происходит (обычно между большими поверхностями) регулярно, без искр, медленно и спокойно (как при рассеянии электричества). Разряд светится только в темноте; наблюдаемого повышения температуры не происходит, и благодаря этому образуется большее количество озона. Но тем не менее при продолжении пропускания тихого разряда через озон он разрушается. Для того чтобы это действие стало заметным, необходима большая поверхность, а следовательно, и источник электричества высокого потенциала. По этой причине тихий разряд лучше всего производить с помощью катушки Румкорфа как наиболее удобного средства получения значительного потенциала статического электричества при использовании сравнительно слабого тока гальванической батареи.

[4] Аппарат фон Бабо был одним из первых приборов, сконструированных для озонирования кислорода посредством тихого разряда (и он до сих пор остается одним из лучших). Он состоит из ряда (двадцати и более) длинных тонких стеклянных капиллярных трубок, запаянных с одного конца. В другой конец каждой трубки вводится платиновая проволока, проходящая по всей ее длине, после чего этот конец запаивается вокруг проволоки так, что ее конец выступает наружу из трубки. Выступающие концы проволок располагаются поочередно с двух сторон таким образом, что с одной стороны находится десять запаянных концов и десять проволок. Пучок таких трубок (сорок штук должны составлять пучок диаметром не более 1 см) помещается в стеклянную трубку, а концы проволок соединяются с двумя проводниками и впаиваются в концы окружающей трубки. Через эти концы проволок пропускается разряд катушки Румкорфа, а через трубку пропускается сухой воздух или кислород, подлежащий озонированию. Если пропускать кислород, озон получается в больших количествах и свободным от окислов азота, которые частично образуются при действии на воздух. При низких температурах озон образуется в больших количествах. Поскольку озон действует на пробки и индий-каучук, аппарат должен быть изготовлен целиком из стекла. При мощной катушке Румкорфа и сорока трубках озонирование идет столь интенсивно, что газ при пропускании через раствор йодистого калия не только выделяет йод в свободном состоянии, но даже окисляет его до йодата калия, так что через пять минут газопроводная трубка засоряется кристаллами нерастворимого йодата.

[5] Для соединения озонатора с любым другим аппаратом невозможно использовать индий-каучук, ртуть или замазки и т.п., поскольку они сами подвергаются действию озона и действуют на него. Все соединения должны быть, как впервые предложил Броди, герметично закрыты серной кислотой, на которую озон не действует. Так, на вертикальный конец трубки надевается пробка, поверх которой проходит широкая трубка так, что конец первой трубки выступает над пробкой; на пробку сначала наливается ртуть (для предотвращения ее взаимодействия с серной кислотой), а затем поверх ртути наливается серная кислота. Выступающий конец первой трубки накрывается нижним концом третьей трубки, погруженной в серную кислоту.

[6] Описанный выше метод является единственным, который был хорошо исследован. Примесь азота или даже водорода и особенно фтористого кремния, по-видимому, способствует образованию и сохранению озона. Среди других способов получения озона можно упомянуть следующие: 1. При действии кислорода на фосфор при обычной температуре часть кислорода превращается в озон. При обычной температуре палочка фосфора, наполовину погруженная в воду, а наполовину находящаяся на воздухе в большом стеклянном сосуде, вызывает появление у воздуха запаха озона. Следует также заметить, что если воздух оставить надолго в контакте с фосфором или в отсутствие воды, образующийся озон разрушается фосфором. 2. Действием серной кислоты на перекись бария. Если последнюю покрыть крепкой серной кислотой (кислота, разбавленная даже одной десятой частью воды, озона не дает), то при низкой температуре выделяющийся кислород содержит озон, причем в гораздо больших количествах, чем тот озон, который получается при действии электрических искр или фосфора. 3. Озон может быть также получен разложением крепкой серной кислоты марганцовокислым калием, особенно с добавлением перекиси бария.

[7] Озон отнимает водород от соляной кислоты; при этом выделяется хлор, способный растворять золото. Йод непосредственно окисляется озоном, но не кислородом. Аммиак, NH_3, окисляется озоном до нитрита (и нитрата) аммония, 2NH_3 + O_3 = NH_4NO_2 + H_2O, и поэтому капля аммиака, падая в газ, дает густое облако образующихся солей. Озон превращает окись свинца в перекись, а закись таллия (которая бесцветна) — в окись (которая бурая), так что эта реакция используется для обнаружения присутствия озона. Сернистый свинца, PbS (черный), превращается озоном в сульфат, PbSO_4 (бесцветный). Нейтральный раствор сульфата марганца дает осадок перекиси марганца, а кислый раствор может быть окислен до марганцовой кислоты, HMnO_4. Что касается окисляющего действия озона на органические вещества, то можно упомянуть, что с простым эфиром, C_4H_{10}O, озон дает перекись этила, способную разлагаться со взрывом (по Бертоле) и расщепляемую водой на спирт, 2C_2H_6O, и перекись водорода, H_2O_2.

[8] Эта реакция обычно используется для обнаружения присутствия озона. В большинстве случаев бумага пропитывается растворами йодистого калия и крахмала. Такая озонометрическая или йодокрахмальная бумага во влажном состоянии синеет в присутствии озона, причем получаемый оттенок значительно варьируется в зависимости от продолжительности воздействия и количества присутствующего озона. По степени окраски, приобретаемой бумагой, при условии предварительной постановки проб можно даже до некоторой степени судить о количестве озона в данном газе.

[,Тест-бумага для определения озона готовится следующим образом: один грамм нейтрального йодистого калия растворяют в 100 граммах дистиллированной воды; затем в этом растворе взбалтывают 10 граммов крахмала и смесь кипятят до превращения крахмала в клейстер. Этот клейстер намазывают на промокательную бумагу и оставляют сохнуть. Однако всегда следует помнить, что цвет йодокрахмальной бумаги изменяется не только под действием озона, но и многих других окислителей; например, окислов азота (особенно N_2O_3) и перекиси водорода. Уззо предложил пропитывать обычную лакмусовую бумагу раствором йодистого калия, которая в присутствии йода синела бы вследствие образования KHO. Чтобы определить, не вызвано ли синее окрашивание щелочью (аммиаком) в газе, часть бумаги не пропитывают йодистым калием, а смачивают водой; эта часть также посинеет, если присутствует аммиак. Реактив для достоверного отличия озона от перекиси водорода неизвестен, и поэтому эти вещества в очень малых количествах (например, в атмосфере) легко могут быть спутаны. До последних лет часто совершалась ошибка, когда изменение йодокрахмальной бумаги на воздухе приписывали присутствию озона; в настоящее время есть основания полагать, что чаще всего оно обусловлено присутствием азотистой кислоты (Илошва, 1889).]

[8 бис] Фтор (гл. XI), действуя на воду при обыкновенной температуре, присоединяет водород и выделяет кислород в виде озона (Муассан, 1889), а потому эту реакцию следует выражать следующим образом: 3H2O + 3F2 = 6HF + O3.

[9] Озон есть, так сказать, оксид кислорода, точно так же как вода есть оксид водорода. Подобно тому как водяной пар состоит из двух объемов водорода и одного объема кислорода, которые при соединении сгущаются в два объема водяного пара, так и в озоне два объема кислорода соединены с одним объемом кислорода для образования двух объемов озона. При действии озона на различные вещества с другими телами соединяется лишь та дополнительная часть его молекулы, которой он отличается от обыкновенного кислорода, и потому при этих условиях объем озонированного кислорода не изменяется. Начиная с двух объемов озона, теряется одна треть его веса и остается два объема кислорода.

[10] Приведенные выше наблюдения Соре над способностью скипидара растворять озон, наряду с исследованиями Шенбейна об образовании озона при окислении скипидара и подобных летучих растительных масел (входящих в состав духов), объясняют также действие этого эфирного масла на самые разнообразные вещества. Известно, что скипидарное масло при смешении со многими веществами способствует их окислению. В этом случае оно, вероятно, не только само способствует образованию озона, но и растворяет озон из атмосферы, приобретая тем самым способность окислять многие вещества. Оно отбеливает полотно и пробку, обесцвечивает индиго, способствует окислению и высыханию вареного льняного масла и т.д. Эти свойства скипидарного масла находят применение на практике. Грязное полотно и многие запятнанные материалы легко очищаются скипидаром не только потому, что он растворяет жир, но и потому, что он его окисляет. Примесь скипидара к высыхающему (вареному) маслу, масляным краскам и лакам способствует их быстрому высыханию, так как он притягивает озон. Различные масла, встречающиеся в растениях и входящие в состав духов и некоторых пахучих экстрактов, также действуют как окислители. Они действуют точно так же, как масло скипидара и масло корицы. Этим, возможно, объясняется то освежающее влияние, которое они оказывают в духах и других подобных препаратах, а также целебность воздуха сосновых лесов. Вода, на которую налит слой скипидарного масла, при отстаивании на свету приобретает дезинфицирующие и окислительные свойства озонированного скипидара в целом (происходит ли это вследствие образования H2O2?).

[10] Наиболее плотные, сложные и тяжелые частицы вещества должны при равных условиях, очевидно, менее легко переходить в состояние газового движения, быстрее достигать жидкого состояния и обладать большей силой сцепления.

[11] Голубой цвет, свойственный озону, можно видеть через трубку длиной в один метр, наполненную кислородом, содержащим 10 об. % озона. Плотность жидкого озона, насколько мне известно, не была определена.

[12] Все взрывчатые тела и смеси (порох, гремучий газ и т.д.) при взрыве выделяют тепло, то есть реакции, сопровождающие взрывы, экзотермичны. Подобным образом озон при разложении выделяет скрытое тепло, хотя при разложении обычно тепло поглощается. Это показывает смысл и причину взрыва.

[13] В Париже было обнаружено, что чем дальше от центра города, тем больше количество озона в воздухе. Причина этого очевидна: в городе имеется множество условий для разрушения озона. Именно поэтому мы отличаем деревенский воздух как свежий. Весной воздух содержит больше озона, чем осенью; воздух полей — больше, чем воздух городов.

[13 бис] Вопрос о присутствии озона в воздухе еще не полностью выяснен, так как те реакции, с помощью которых обычно обнаруживают озон, свойственны также азотистой кислоте (и ее соли аммония). Илошвай де Илошва (1889), в целях исключения влияния подобных тел, пропускал воздух через 40-процентный раствор едкого натра, а затем через 20-процентный раствор серной кислоты (эти растворы не разрушают озон) и проверял очищенный таким образом воздух на присутствие озона. Поскольку озон при этом не был обнаружен, автор заключает, что все эффекты, которые ранее приписывались озону, следует относить на счет азотистой кислоты. Однако этот вывод требует более тщательной проверки, учитывая исследования проф. Шенбейна о присутствии перекиси водорода в атмосфере.

[14] Окислительное действие озона может быть использовано в технических целях; например, для разрушения красящих веществ. Он даже применялся для отбеливания тканей и для быстрого приготовления уксуса, хотя эти методы еще не получили широкого применения.

[15] Изомерия у элементов называется аллотропией.

[16] Целый ряд веществ напоминает озон в том или ином отношении. Так, циан C2N2, хлористый азот и др. разлагаются со взрывом и выделением тепла. Азотистый ангидрид N2O3 образует синюю жидкость, подобную озону, и в ряде случаев окисляет подобно озону.

[17] Очевидно, что здесь ощущается недостаток слов для различения кислорода O как предельного элемента от кислорода O2 как свободного элемента. Последний следовало бы называть газообразным кислородом, если бы обычай и длина выражения не делали это неудобным.

[18] Шенбейн утверждает, что образование перекиси водорода наблюдается при всяком окислении в воде или в присутствии водяного пара. По данным Струве, перекись водорода содержится в снеге и дождевой воде, а ее образование наряду с озоном и нитратом аммония вероятно даже в процессах дыхания и горения. Раствор олова в ртути, или жидкая оловянная амальгама, при взбалтывании в воде, содержащей серную кислоту, дает перекись водорода, в то время как железо при тех же условиях не приводит к ее образованию. Присутствие малых количеств перекиси водорода в этих и подобных случаях распознается по многим реакциям. Среди них очень характерно ее действие на хромовую кислоту в присутствии эфира. Перекись водорода превращает хромовую кислоту в высший оксид Cr2O7, который имеет темно-синий цвет и растворяется в эфире. Этот эфирный раствор до известной степени устойчив, и поэтому присутствие перекиси водорода можно обнаружить, смешивая исследуемую жидкость с эфиром и прибавляя несколько капель раствора хромовой кислоты. При взбалтывании смеси эфир растворяет образовавшийся высший оксид хрома и приобретает синий цвет. Образование перекиси водорода при горении и окислении веществ, содержащих водород или выделяющих его, должно пониматься в свете представления, которое будет рассмотрено позже, о молекулах, занимающих равные объемы в газообразном состоянии. В момент своего выделения молекула H2 соединяется с молекулой O2 и дает H2O2. Поскольку это вещество неустойчиво, большая его доля разлагается, и неизменным остается лишь небольшое количество. Если оно получено, из него легко образуется вода; эта реакция выделяет тепло, а обратное действие мало вероятно. Прямые определения показывают, что реакция H2O2 = H2O + O выделяет 22 000 тепловых единиц. Из этого станет понятно, насколько легко разложение перекиси водорода, а также тот факт, что целый ряд веществ, непосредственно не окисляющихся кислородом, окисляется перекисью водорода и озоном, который при разложении также выделяет тепло. Такое представление о происхождении перекиси водорода развивалось мной с 1870 года. Недавно (1890) Траубе высказал сходное мнение, заявив, что Zn под действием воды и воздуха дает, помимо ZnH2O2, также и H2O2.

[19] Образование перекиси водорода из перекиси бария методом двойного разложения служит примером целого ряда косвенных способов получения. Вещество A не соединяется с B, но AB получается из AC при его действии на BD (см. Введение), когда образуется CD. Вода не соединяется с кислородом, но как гидрат кислот она действует на соединение кислорода с оксидом бария, потому что этот оксид дает соль с кислотным ангидридом; или, что то же самое, водород с кислородом непосредственно не образуют перекиси водорода, но будучи соединен с галоидом (например, с хлором), под действием перекиси бария BaO2 он приводит к образованию соли бария и H2O2. Следует отметить, что переход оксида бария BaO в перекись BaO2 сопровождается выделением 12 100 тепловых единиц на 16 весовых частей соединенного кислорода, а переход H2O в перекись H2O2 напрямую не происходит, так как он сопровождался бы поглощением 22 000 единиц тепла на 16 весовых частей соединенного кислорода. Перекись бария при действии на кислоту выделяет, очевидно, меньше тепла, чем оксид, и именно эта разность тепла поглощается в перекиси водорода. Ее энергия приобретается за счет тепла, выделяющегося при образовании соли бария.

[20] Оксиды свинца и марганца и другие аналогичные перекиси (см. гл. III, прим. 9) не дают перекиси водорода при этих условиях, а выделяют хлор с соляной кислотой.

[21] Полученная таким образом нечистая перекись бария может быть легко очищена. Для этого ее растворяют в разбавленном растворе азотной кислоты. Всегда остается определенное количество нерастворимого осадка, от которого раствор отделяют фильтрованием. Раствор будет содержать не только соединение перекиси бария, но и соединение самого оксида бария, некоторое количество которого всегда остается несоединенным с кислородом. Кислотные соединения перекиси и оксида бария легко различимы по своей устойчивости. Перекись дает неустойчивое соединение, а оксид — прочную соль. Добавляя водный раствор оксида бария к полученному раствору, можно осадить всю перекись, содержащуюся в растворе, в виде чистого водного соединения (Курилов в 1889 г. получил тот же результат прибавлением избытка BaO2). Первые порции осадка будут состоять из примесей — например, оксида железа. Затем выделяется перекись бария, которую собирают на фильтре и промывают; она образует вещество определенного состава, BaO2·8H2O, и отличается высокой чистотой. Чистая перекись водорода должна всегда приготавливаться из столь очищенной перекиси бария.

[22] На холоде крепкая серная кислота с перекисью бария дает озон; будучи разбавлена определенным количеством воды, она дает кислород (см. прим. 6), а перекись водорода получается только при действии очень слабой серной кислоты. Соляная, плавиковая, угольная, кремнефтористоводородная и другие кислоты при разбавлении водой также дают перекись водорода с перекисью бария. Профессор Шене, очень тщательно исследовавший перекись водорода, показал, что она образуется при действии многих из вышеупомянутых кислот на перекись бария. При приготовлении перекиси водорода посредством серной кислоты раствор следует держать холодным. Раствор максимальной концентрации может быть получен последовательными обработками серной кислотой возрастающей крепости. Таким путем можно получить раствор, содержащий от 2 до 3 граммов чистой перекиси в 100 см³ воды (В. Курилов).

[23] С большинством кислот образующаяся соль бария остается в растворе; так, например, при использовании соляной кислоты в растворе остаются перекись водорода и хлорид бария. Для получения чистой перекиси водорода из такого раствора потребовались бы сложные процессы. Гораздо удобнее воспользоваться действием углекислого ангидрида на чистый гидрат перекиси бария. Для этого гидрат взбалтывают в воде и через воду пропускают быструю струю углекислого ангидрида. Образуется нерастворимый в воде карбонат бария, а перекись водорода остается в растворе, так что ее можно отделить от карбоната простым фильтрованием. В большом масштабе применяется кремнефтористоводородная кислота, соль бария которой также нерастворима в воде.

[23 бис] Перекись водорода может быть извлечена из очень разбавленных растворов с помощью эфира, который ее растворяет, и при смешении с ним перекись водорода может даже перегоняться. Раствор перекиси водорода в воде можно укрепить охлаждением до низкой температуры, при которой вода выкристаллизовывается — то есть превращается в лед, — в то время как перекись водорода остается в растворе, так как она замерзает лишь при очень низких температурах. Следует заметить, что перекись водорода в крепком растворе в чистом виде чрезвычайно неустойчива даже при обычной температуре, а потому ее следует хранить в сосудах, постоянно содержащихся на холоде, иначе она выделяет кислород и образует воду.

[24] Перекись натрия (гл. XII, прим. 49) приготавливается сжиганием натрия в сухом воздухе.

[24 бис] Перекись водорода должна, по-видимому, найти промышленное применение в искусствах и ремеслах, например: (1) в качестве отбеливающего средства, имеющего важное преимущество перед хлорной известью, SO2 и т.д. в том, что она не действует на обрабатываемый материал. Ее можно использовать для отбеливания перьев, волос, шелка, шерсти, дерева и т.д., она также удаляет пятна всех видов, такие как винные, чернильные и от фруктов; (2) она уничтожает бактерии подобно озону, не оказывая никакого вредного воздействия на человеческий организм. Ее можно использовать и для промывания всякого рода ран, для очищения воздуха в больничной палате и т.д., и (3) в качестве консервирующего средства для консервированного мяса и т.д.

[25] В результате тщательных исследований некоторые каталитические явления, или явления контакта, получили точное объяснение, которое показывает участие присутствующего вещества в процессе реакции, не изменяющего при этом ряда превращений, происходящих только вследствие механических действий. Профессор Шене из Петровской академии уже объяснил ряд реакций перекиси водорода, которые ранее были не поняты. Так, например, он показал, что со щелочами перекись водорода дает перекиси щелочных металлов, которые соединяются с оставшейся перекисью водорода, образуя неустойчивые соединения, легко разлагающиеся, и поэтому щелочи проявляют разлагающее (каталитическое) влияние на растворы перекиси водорода. Хорошо сохраняться могут только кислые растворы перекиси водорода, да и то лишь разбавленные.

[26] Перекись водорода как вещество, содержащее много кислорода (а именно 16 частей на одну весовую часть водорода), проявляет множество окислительных реакций. Так, она окисляет мышьяк, превращает известь в перекись кальция, оксиды цинка и меди — в перекиси; она отдает свой кислород многим сульфидам, превращая их в сульфаты и т.д. Так, например, она превращает черный сульфид свинца PbS в белый сульфат свинца PbSO4, сульфид меди — в сульфат меди и т.д. На этом действии основано восстановление старых масляных картин перекисью водорода. Масляные краски обычно смешиваются с белилами, и во многих случаях цвет масляных красок с течением времени темнеет. Это отчасти объясняется содержащимся в воздухе сероводородом, который действует на белила, образуя сульфид свинца, имеющий черный цвет. Примесь черного цвета затемняет остальное. При очищении картины раствором перекиси водорода черный сульфид свинца превращается в белый сульфат, и краски светлеют благодаря исчезновению черного вещества, которое прежде их затемняло. Перекись водорода с особенной энергией окисляет вещества, содержащие водород и способные легко отдавать его окисляющим веществам. Так, она разлагает иодистоводородную кислоту, выделяя йод в свободном состоянии и превращая содержащийся в ней водород в воду; точно так же она разлагает сероводород, выделяя серу в свободном состоянии. Крахмальный клейстер с йодистым калием не окрашивается, однако, непосредственно перекисью водорода при полном отсутствии свободных кислот; но добавления к смеси небольшого количества сульфата железа (зеленого купороса) или ацетата свинца достаточно для полного почернения клейстера. Это весьма чувствительный реактив (проба) на перекись водорода, подобно пробе с хромовой кислотой и эфиром (см. прим. 8).

[27] Для объяснения этого явления Броди, Клаузиус и Шенбейн выдвинули гипотезу, которая предполагает обыкновенный кислород электрически нейтральным веществом, состоящим, так сказать, из двух электрически противоположных родов кислорода — положительного и отрицательного. Предполагается, что перекись водорода содержит один род такого полярного кислорода, тогда как в оксидах вышеназванных металлов кислород имеет противоположную полярность. Предполагается, что в оксидах металлов кислород электроотрицателен, а в перекиси водорода — электроположителен, и что при взаимном соприкосновении этих веществ выделяется обыкновенный нейтральный кислород вследствие взаимного притяжения кислородов противоположной полярности. Броди допускает полярность кислорода в соединении, но не в несвязанном состоянии, в то время как Шенбейн полагает несвязанный кислород также полярным, рассматривая озон как электроотрицательный кислород. Предположение о том, что кислород озона отличен от кислорода перекиси водорода, опровергается тем фактом, что при действии на перекись бария крепкая серная кислота образует озон, а разбавленная кислота — перекись водорода.

[27 бис] Следует упомянуть, что Шилов (1893), взяв 3-процентный раствор H2O2, прибавив к нему соду, а затем извлекая перекись водорода из смеси взбалтыванием с эфиром, получил 50-процентный раствор H2O2, который, будучи совершенно свободным от других кислот, давал отчетливо кислую реакцию с лакмусом. И здесь прежде всего следует обратить внимание на то, что перекиси металлов соответствуют H2O2 подобно солям кислоте, например Na2O2 и BaO2 и т.д. Кроме того, следует помнить, что O является аналогом S (главы XV и XX), а сера дает H2S, H2SO3 и H2SO4. И сернистая кислота H2SO3 неустойчива как гидрат и дает воду и ангидрид SO2. Если серу заменить кислородом, то вместо H2SO3 и SO2 мы имеем H2OO3 и OO2. Последнее есть озон, в то время как соль K2O4 (перекись калия) соответствует гидрату H2O4 как кислоте. А между H2O и H2O4 могут существовать промежуточные кислотные соединения, первым из которых был бы H2O2, у которого по аналогии с серными соединениями следовало бы ожидать кислотных свойств. Кроме того, можно упомянуть, что для серы, помимо H2S (который является слабой кислотой), известны H2S2, H2S3, H2S5. Таким образом, во многих отношениях H2O2 обнаруживает сходство с кислыми соединениями, а в отношении своих качественных (реактивных) аналогий она не только напоминает Na2O2, BaO2 и др., но также надсерную кислоту HSO4 (которой соответствует ангидрид S2O7) и Cu2O7 и др., которые будут описаны в дальнейшем.

[28] Тамман и Каррара (1892) показали путем определения понижения (падения температуры образования льда, гл. I и VII), что молекула перекиси водорода содержит H2O2, а не HO или H3O3.

[28 бис] Низшие оксиды азота и хлора и высшие оксиды марганца также образуются с поглощением тепла и потому, подобно перекиси водорода, действуют сильно окисляющим образом и получаются не теми же способами, что большинство других оксидов. Очевидно, что, обладая более богатым запасом энергии (приобретенной при соединении или путем поглощения тепла), такие вещества по сравнению с другими, бедными энергией, будут проявлять большее разнообразие случаев химического действия с другими веществами.

[29] Если точка опоры тела лежит на вертикальной линии ниже центра тяжести, оно находится в неустойчивом равновесии. Если центр тяжести лежит ниже точки опоры, состояние равновесия весьма устойчиво, и около этого положения устойчивого равновесия могут происходить колебания, как у маятника или весов, когда тело в конце концов принимает положение устойчивого равновесия. Но если, придерживаясь того же механического примера, тело опирается не на точку в геометрическом смысле этого слова, а на малую плоскость, то состояние неустойчивого равновесия может сохраняться, если оно не разрушено внешними воздействиями. Так, человек стоит прямо, опираясь на плоскость или на несколько точек поверхностей своих стоп, имея центр тяжести над точками опоры. Колебание тогда возможно, но оно ограничено, в противном случае при выходе за пределы возможного равновесия достигается другое, более устойчивое положение, около которого колебание становится более возможным. Призма, погруженная в воду, может иметь несколько более или менее устойчивых положений равновесия. То же самое справедливо и в отношении атомов в молекулах. Одни молекулы представляют состояние более устойчивого равновесия, чем другие. Отсюда из этого простого сравнения сразу станет очевидным, что устойчивость молекул может значительно варьировать, что одни и те же элементы, взятые в том же количестве, могут давать изомериды различной устойчивости и, наконец, что могут существовать состояния равновесия, столь неустойчивые, столь эфемерные, что они возникают лишь при особо специальных условиях — как, например, некоторые гидраты, упоминавшиеся в первой главе (см. прим. 57, 67 и др.). И если в одном случае неустойчивость данного состояния равновесия выражается его ненадежностью при изменении температуры или физического состояния, то в других случаях она выражается легкостью, с которой оно разлагается под влиянием контакта или химического влияния других веществ.

[30] Когда, например, какой-либо элемент образует несколько оксидов, они подчиняются закону кратных отношений. Для данного количества неметалла или металла количества кислорода в различных степенях окисления относятся как 1:2, или как 1:3, или как 2:3, или как 2:7 и так далее. Так, например, медь соединяется с кислородом по меньшей мере в двух пропорциях, образуя оксиды, встречающиеся в природе и называемые закисью и окисью меди, Cu2O и CuO; окись содержит вдвое больше кислорода, чем закись. Свинец также представляет две степени окисления — оксид и перекись, и в последней содержится вдвое больше кислорода, чем в первой, PbO и PbO2. Когда основание и кислота способны образовывать несколько родов солей — нормальные, кислые, основные и ангидридные, обнаруживается, что они также наглядно иллюстрируют закон кратных отношений. Это было продемонстрировано Волластоном вскоре после открытия рассматриваемого закона. Мы видели в первой главе, что соли обнаруживают различные степени соединения с кристаллизационной водой и что они подчиняются закону кратных отношений. И более того, неопределенные химические соединения, существующие в виде растворов, могут, как мы видели в той же главе, быть подведены под закон кратных отношений посредством гипотезы о том, что растворы представляют собой неустойчивые гидраты, образующиеся по закону кратных отношений, но находящиеся в состоянии диссоциации. Посредством этой гипотезы закон кратных отношений становится еще более общим, и ему подчиняются все виды химических соединений. Направление всего современного состояния химии было определено открытиями Лавуазье и Дальтона. Пытаясь доказать, что в растворах мы имеем не что иное, как жидкие продукты диссоциации определенных гидратов, я ставлю своей целью подвести и эту категорию неопределенных соединений под общий принцип, сформулированный Дальтоном; точно так же как астрономы обнаружили в возмущениях подтверждение, а не отрицание законов Ньютона.

[31] Левкипп, Демокрит и особенно Лукреций в классические эпохи представляли материю состоящей из атомов, то есть из частей, неспособных к дальнейшему делению. Геометрическая невозможность такого допущения, равно как и выводы, которые делали древние атомисты из своих основоположений, удерживали других философов от следования за ними, и учение об атомах, подобно очень многим другим, жило, не будучи подтвержденным фактом, в воображении его последователей. Между современной атомной теорией и учением вышеназванных древних философов существует, естественно, отдаленная историческая связь, как между учением Пифагора и Коперника, но они существенно различны. Для нас атом неделим не в геометрическом абстрактном смысле, а лишь в физическом и химическом смысле. Атомы было бы лучше называть неделимыми индивидуумами. Греческое слово atom = латинскому individual как по этимологии, так и по первоначальному смыслу слов, но с течением времени эти два слова приобрели разное значение. Индивидуум механически и геометрически делимо и неделимо лишь в особом смысле. Земля, солнце, человек или муха суть индивидуумы, хотя и геометрически делимые. Таким образом, «атомы» современной науки, неделимые в химическом смысле, образуют те единицы, с которыми мы имеем дело при исследовании естественных явлений материи, точно так же как человек является неделимой единицей при исследовании социальных отношений или как звезды, планеты и светила служат единицами в астрономии. Образование вихревой гипотезы, в которой, как мы увидим в дальнейшем, атомы представляют собой целые вихри, механически сложные, но физико-химически неделимые, наглядно показывает, что ученые нашего времени, придерживаясь атомной теории, заимствовали у древних философов лишь слово и форму выражения, а не сущность их атомного учения. Ошибочно воображать, что современные представления атомистов есть не что иное, как повторение метафизических рассуждений древних. Чтобы показать истинное значение атомизма древних философов и глубокое различие между их аргументами и доводами современных ученых, я привожу следующие основные положения Демокрита (ок. 470–380 гг. до н.э.) как лучшего выразителя атомного учения древности: (1) Ничто не может происходить из ничего, ничто существующее не может исчезнуть или уничтожиться (и следовательно, материя), и всякое изменение состоит лишь в соединении или разделении. (2) Ничто не случайно, для всего есть причина и необходимость. (3) Все, кроме атомов и пустоты, есть разум и небытие. (4) Атомы, бесконечные по числу и форме, составляют видимую вселенную своим движением, ударом и вытекающим отсюда вращательным движением. (5) Разнообразие предметов зависит лишь от различия в числе, форме и порядке атомов, из которых они образованы, а не от качественного различия их атомов, которые действуют друг на друга только посредством давления и удара. (6) Дух, подобно огню, состоит из мелких, сферических, гладких, весьма подвижных и всепроникающих атомов, движение которых образует явление жизни. Эти демокритовские, преимущественно метафизические принципы атомизма столь существенно отличаются от принципов современного учения об атомах, которое применяется исключительно к объяснению явлений внешнего мира, что полезно упомянуть сущность атомных положений Босковича, славянина, жившего в середине XVIII века и считающегося основоположником современных атомных учений, которые, однако, не укрепились в умах ученых и редко применялись до Дальтона — то есть до начала XIX века. Учение Босковича было изложено им в 1758–1764 гг. в его «Philosophiæ naturalis theoria redacta ad unicam legem virium in natura existentium». Боскович считает, что материя состоит из атомов, а атомы суть точки или центры сил (точно так же как звезды и планеты могут рассматриваться как точки пространства), действующих между телами и их частями. Эти силы изменяются с расстоянием, так что за пределами некоторого весьма малого расстояния все атомы, а следовательно, и их скопления притягиваются по закону Ньютона, но на меньших расстояниях чередуются волнообразные сферы постепенно убывающего притяжения и возрастающего (по мере уменьшения расстояния) отталкивания, пока наконец на минимальном расстоянии не остается только отталкивающее действие. Атомы поэтому не могут сливаться друг с другом. Следовательно, атомы удерживаются на некотором расстоянии друг от друга и потому занимают пространство. Боскович сравнивает сферу отталкивания, окружающую атомы, со сферами действий стрельбы отряда солдат. Согласно его учению, атомы неразрушимы, не сливаются друг с другом, имеют массу, вечны и подвижны под действием присущих им сил. Максвелл справедливо называет эту гипотезу «крайней» среди существующих для объяснения материи, но многие стороны учения Босковича повторяются в воззрениях наших дней с тем существенным отличием, что вместо математической точки, наделенной свойствами массы, атомы наделены телесностью, точно так же как звезды и планеты телесны, хотя в определенных аспектах их взаимодействия они могут рассматриваться как математические точки. По моему мнению, атомизм наших дней должен прежде всего рассматриваться лишь как удобный метод исследования весомой материи. Подобно тому как геометр, рассуждая о кривых, представляет их составленными из последовательности прямых линий, так как такой метод позволяет ему проанализировать исследуемый предмет, ученый применяет атомную теорию как метод анализа явлений природы. Естественно, существуют люди теперь, как в древности и как они будут существовать всегда, которые переносят реальность на воображаемое, а потому можно встретить атомистов крайних взглядов; но не в их духе следует признавать те великие заслуги, которые оказало атомное учение всей науке, каковое учение, развившись по существу независимо, представляет собой, если пожелать свести все идеи к учениям древних, соединение древних динамического и атомного учений.

[32] Дальтон и многие его преемники различали атомы элементов и соединений, чем они четко символизировали отличие своего мнения от представлений древних. Теперь индивидуумы элементов, неделимые физическими и химическими силами, называются только атомами, а индивидуумы соединений, неделимые при физических изменениях, называются молекулами; последние делимы на атомы химическими силами.

[33] При нынешнем состоянии науки атомная или динамическая гипотеза неизбежно вынуждена допускать существование невидимого и неощутимого движения в материи, без которого невозможно понять ни свет, ни теплоту, ни газовое давление, ни какие-либо механические, физические или химические явления. Древние видели жизненное движение только в животных, но для нас малейшая частица материи, наделенная vis viva, или энергией в той или иной степени, непостижима без самобытного движения. Таким образом, движение стало понятием, неразрывно связанным с понятием материи, и это подготовило почву для возрождения динамической гипотезы о строении материи. В атомной теории возникла та обобщающая идея, согласно которой мир атомов построен подобно вселенной небесных тел с ее солнцами, планетами и метеорами, наделенными вечной силой движения, образующими молекулы так же, как небесные тела образуют системы, подобные солнечной системе, — молекулы, которые лишь относительно неделимы точно так же, как неделимы планеты солнечной системы, причем они столь же устойчивы и долговечны, сколь долговечна солнечная система. Такое представление, не требуя абсолютной неделимости атомов, выражает все, что наука может требовать для гипотетического представления о строении материи. К динамической гипотезе строения материи ближе всего стоит неоднократно возрождавшаяся вихревая гипотеза. Декарт первым попытался выдвинуть ее; Гельмгольц и Томсон (лорд Кельвин) придали ей более полную и современную форму; многие ученые применили ее к физике и химии. Идея вихревых колец служит отправной точкой этой гипотезы; они всем хорошо знакомы в виде колец табачного дыма и могут быть получены искусственно путем резкого удара по стенкам картонной коробки с кру、глым отверстием, наполненной дымом. Фосфористый водород, как мы увидим далее, при пузырении через воду в спокойной атмосфере всегда образует весьма правильные вихревые кольца. В таких кольцах легко наблюдать постоянное круговое движение вокруг их осей и заметить ту устойчивость, которой кольца обладают при своем поступательном движении. Эта неизменяемая масса, наделенная быстрым внутренним движением, уподобляется атому. В среде, лишенной трения, такое кольцо, как показывают теоретические соображения на этот счет с механической точки зрения, было бы вечным и неизменяемым. Кольца способны группироваться вместе и при соединении, не будучи абсолютно неделимыми, остаются неделимыми. Вихревая гипотеза утвердилась в наше время, но она еще не полностью разработана; ее применение к химическим явлениям неясно, хотя и не невозможно; она не разрешает сомнений относительно природы пространства, существующего между кольцами (точно так же, как неясно, что существует между атомами и между планетами), равно как не говорит нам, какова природа движущегося вещества кольца, и поэтому пока представляет лишь зародыш гипотетического представления о строении материи; следовательно, я считаю излишним говорить о ней более подробно. Однако мысли исследователей в настоящее время (и естественно будут обращаться к этому в будущем), как и во времена Дальтона, часто обращаются к вопросу об ограничении механического деления материи, и атомисты искали ответ в самых разных сферах природы. Я выбираю один из испытанных методов, который вовсе не относится к химии, чтобы показать, как тесно связаны между собой все области естествознания. Волластон предложил исследование атмосферы небесных тел как средство для подтверждения существования атомов. Если делимость материи бесконечна, то воздух должен распространяться по всему космическому пространству точно так же, как он распространяется по всей земле благодаря своей упругости и диффузии. Если допустить бесконечную делимость материи, невозможно, чтобы какая-либо часть всего пространства вселенной была полностью лишена составных частей нашей атмосферы. Но если материя делима лишь до определенного предела — а именно до атома, — то может существовать небесное тело, лишенное атмосферы; и если такое тело будет обнаружено, оно послужит важным фактором в пользу признания справедливости атомного учения. Луна издавна считалась таким светилом, и это обстоятельство, особенно ввиду ее близости к земле, приводилось в качестве лучшего доказательства справедливости атомного учения. Это доказательство по видимости (Пуассон) лишено некоторой доли своей силы из-за возможности превращения составных частей нашей атмосферы в твердое или жидкое состояние на огромных высотах над поверхностью земли, где температура чрезвычайно низка; но ряд исследований (Пуие) показал, что температура космического пространства сравнительно не столь уж низка и достижима экспериментальными средствами, так что при существующем низком давлении сжижения газов атмосферы нельзя ожидать даже на Луне. Поэтому отсутствие атмосферы у Луны, если бы оно не подлежало сомнению, могло бы считаться веским доказательством теории атомов. В качестве доказательства отсутствия лунной атмосферы приводится то обстоятельство, что Луна при своем самостоятельном движении среди звезд при затмении звезды — то есть проходя между глазом и звездой — не обнаруживает никаких признаков преломления у своего края; изображение звезды не меняет своего положения на небе при приближении к поверхности Луны, следовательно, на поверхности Луны нет атмосферы, способной преломлять лучи света. Таков вывод, на основании которого признается отсутствие лунной атмосферы. Но этот вывод крайне слаб, и существуют даже факты, находящиеся с ним в прямом противоречитии, которыми может быть доказано существование лунной атмосферы. Вся поверхность Луны покрыта множеством гор, имеющих в большинстве случаев коническую форму, свойственную вулканам. Вулканический характер лунных гор подтвердился в октябре 1866 года, когда было замечено изменение формы одного из них (кратера Линнея). Эти горы должны находиться на краю лунного диска. Видимые в профиль, они заслоняют друг друга и мешают наблюдениям поверхности Луны, так что при взгляде на край лунного диска мы вынуждены вести наблюдения не на поверхности Луны, а на вершинах лунных гор. Эти горы выше наших земных, и следовательно, на их вершинах лунная атмосфера должна быть чрезвычайно разреженной, даже если она обладает заметной плотностью у поверхности. Зная, что масса Луны в восемьдесят два раза меньше массы Земли, мы можем приблизительно определить, что наша атмосфера у поверхности Луны была бы примерно в двадцать восемь раз легче, чем на Земле, а следовательно, у самой поверхности Луны преломление света лунной атмосферой должно быть очень слабым, а на высотах лунных гор — и вовсе незаметным и теряться в пределах экспериментальной ошибки. Поэтому отсутствие преломления света у края лунного диска пока еще нельзя приводить в пользу отсутствия лунной атмосферы. Существует даже серия наблюдений, заставляющих нас признать существование этой атмосферы. Эти исследования принадлежат сэру Джону Гершелю. Вот что он пишет: «Нередко отмечалось, что во время затмения звезды Луной происходит странная оптическая иллюзия: кажется, будто звезда перед исчезновением проходит по краю Луны и видна сквозь лунный диск порою довольно долгое время. Я сам наблюдал это явление, и оно наблюдалось заслуживающими полного доверия наблюдателями. Я приписываю это оптической иллюзии, но следует признать, что звезду можно было видеть на лунном диске сквозь какое-то глубокое ущелье на Луне». Женийе в Бельгии (1856), следуя мнению Кассини, Эйлера и других, дал объяснение этого явления: он считает его следствием преломления света в долинах лунных гор, находящихся на краю лунного диска. В самом деле, хотя эти долины, вероятно, не имеют формы прямых ущелий, все же иногда может случиться, что свет звезды преломляется так, что ее изображение можно видеть, несмотря на отсутствие прямого пути для световых лучей. Далее он отмечает, что плотность лунной атмосферы должна быть различной в разных местах из-за очень длинных ночей на Луне. На темной, или неосвещенной части, вследствие этих долгих ночей, длящихся тринадцать наших суток, должно быть чрезмерное холода, и отсюда — более плотная атмосфера, в то время как на освещенной части атмосфера, напротив, должна быть гораздо более разреженной. Это изменение температуры различных участков лунной поверхности объясняет также отсутствие облаков при возможном присутствии воздуха и водяного пара на видимой части Луны. Присутствие атмосферы вокруг солнца и планет, судя по астрономическим наблюдениям, можно считать полностью доказанным. На Юпитере и Марсе можно различить даже полосы облаков. Таким образом, атомное учение, допускающее лишь конечную механическую делимость, должно, по крайней мере пока, приниматься лишь как средство — подобно тому средству, которое применяет математик, когда расчленяет непрерывную криволинейную линию на ряд прямых линий. В атомах есть простота представления, но нет абсолютной необходимости прибегать к ним. Понятие об индивидуальности частей материи, проявляющейся исключительно в химических элементах, является необходимым и достоверным.

ГЛАВА V АЗОТ И ВОЗДУХ

Газообразный азот составляет около четырех пятых (по объему) атмосферы; вследствие этого воздух содержит поистине громадную его массу. Будучи столь значительной составной частью воздуха, азот не кажется играющим какую-либо активную роль в атмосфере, химическое действие которой главным образом зависит от содержащегося в ней кислорода. Но это представление не совсем верно, поскольку животная жизнь не может существовать в чистом кислороде, в котором животные переходят в ненормальное состояние и погибают; а азот воздуха, хотя и медленно, образует различные соединения, многие из которых играют важнейшую роль в природе, особенно в жизни организмов. Однако ни растения, [1] ни животные не поглощают азот воздуха напрямую, а берут его из уже готовых азотистых соединений; причем растения питаются азотистыми веществами, содержащимися в почве и воде, а животные — азотистыми веществами, содержащимися в растениях и других животных. Атмосферное электричество способно содействовать переходу газообразного азота в азотистые соединения, как мы увидим в дальнейшем, и образующиеся вещества переносятся дождем в почву, где служат питанием для растений. Обильные урожаи, прекрасные травостои, бурный рост деревьев — при прочих равных условиях — получаются только тогда, когда почва содержит уже готовые азотистые соединения, состоящие либо из тех, которые присутствуют в воздухе и воде, либо из остатков разложения других растений или животных (как в навозе). Азотистые вещества, содержащиеся в животных, происходят от тех веществ, которые образуются в растениях. Таким образом, азот атмосферы служит источником всех азотистых веществ, встречающихся в животных и растениях, хотя и не прямо, а после предварительного соединения с другими элементами воздуха.

Азотистые соединения, входящие в состав растений и животных, имеют первостепенное значение; ни одна растительная или животная клетка — то есть элементарная форма организма — не существует без содержания азотистого вещества, к тому же органическая жизнь проявляется прежде всего в этих азотистых веществах. Зародыши, семена и те части, посредством которых клетки размножаются, изобилуют азотистыми веществами; вся совокупность явлений, свойственных организмам, зависит в первую очередь от химических свойств азотистых веществ, входящих в их состав. Достаточно, например, указать на тот факт, что растительные и животные организмы, четко различимые как таковые, характеризуются разной степенью энергии своей природы и в то же время различием в количестве содержащихся в них азотистых веществ. В растениях, которые по сравнению с животными обладают лишь небольшой активностью, будучи неспособными к самостоятельному движению и т. д., количество азота значительно меньше, чем у животных, ткани которых почти исключительно образованы азотистыми веществами. Замечательно, что азотистые части растений, главным образом низших порядков, иногда представляют как формы, так и свойства, приближающиеся к таковым у животных организмов; например, зооспоры водорослей или те части, с помощью которых последние размножаются. Эти зооспоры при выходе из водоросли во многом напоминают низшие ступени животной жизни, обладая, подобно последним, свойством движения. По своему составу они также приближаются к животному царству, причем их внешняя оболочка содержит азотистое вещество. Как только зооспора покрывается той безозотистой или клеточной оболочкой, которая свойственна всем обычным клеткам растений, она теряет всякое сходство с животным организмом и становится маленьким растением. Из этого можно заключить, что причиной различия в жизненных процессах животных и растений является разное количество содержащихся в них азотистых веществ. Азотистые вещества, встречающиеся в растениях и животных, принадлежат к ряду чрезвычайно сложных и очень изменчивых химических соединений; один лишь их элементарный состав свидетельствует об этом; помимо азота, они содержат углерод, водород, кислород и серу. Отличаясь очень высокой неустойчивостью при многих условиях, в которых другие соединения остаются неизменными, эти вещества приспособлены к тем непрерывным изменениям, которые составляют первое условие жизнедеятельности. Эти сложные и изменчивые азотистые вещества организма называются протеиновыми веществами. Белок яиц служит привычным примером такого вещества. Они также содержатся в мясе животных, творожистых элементах молока, клейком веществе пшеничной муки, или так называемой клейковине, составляющей главный компонент макарон и т. д.

Азот встречается в земной коре в соединениях, которые либо образуют остатки растений и животных, либо происходят из азота атмосферы вследствие его соединения с другими составными частями воздуха. В других видах в земной коре он не встречается; так что азот, в противовес кислороду, следует рассматривать как элемент чисто поверхностный и не проникающий в глубины земли. [1 bis]

Азот выделяется в свободном состоянии при разложении азотистых органических веществ, входящих в состав организмов, — например, при их сгорании. Все органические вещества при нагревании докрасна с кислородом (или веществами, легко его отдающими, такими как оксид меди) сгорают; кислород соединяется с углеродом, серой и водородом, а азот выделяется в свободном состоянии, поскольку при высокой температуре он не образует никаких устойчивых соединений, а остается несвязанным. Из углерода и водорода образуются соответственно углекислота и вода, и поэтому для получения чистого азота необходимо удалить углекислоту из полученных газообразных продуктов. Это можно сделать очень легко действием щелочей — например, едкого натра. Количество азота в органических веществах определяется методом, основанным на этом.

Также очень легко получить азот из воздуха, поскольку кислород соединяется со многими веществами. Для удаления кислорода из воздуха обычно применяют фосфор или металлический кoпep, но, естественно, можно использовать и целый ряд других веществ. Если небольшое блюдечко с положенным на него кусочком фосфора поместить на пробку, плавающую на воде, поджечь фосфор и накрыть все стеклянным колоколом, то воздух под колоколом лишится кислорода и останется один азот, вследствие чего при охлаждении вода до определенного уровня поднимется в колокол. Той же цели (получения азота из воздуха) достигают гораздо удобнее и совершеннее, пропуская воздух через раскаленную трубку, содержащую медные опилки. При температуре каления металлическая медь соединяется с кислородом и дает черный порошок оксида меди. Если слой меди достаточно велик, а ток воздуха медлен, весь кислород поглотится, и из трубки выйдет один азот. [2]

Азот можно также добывать из многих его соединений с кислородом [3] и водородом, [4] но лучше всего для этой цели подходит солевая смесь, содержащая, с одной стороны, соединение азота с кислородом, называемое азотистым ангидридом, N2O3, а с другой — аммиак, NH3, то есть соединение азота с водородом. При нагревании такой смеси кислород азотистого ангидрида соединяется с водородом аммиака, образуя воду, и выделяется газообразный азот, 2NH3 + N2O3 = 3H2O + N4. Азот добывают этим способом следующим образом: раствор едкого кали насыщают азотистым ангидридом, благодаря чему образуется нитрит калия. С другой стороны, готовят раствор соляной кислоты, насыщенный аммиаком; в растворе образуется солеобразное вещество, называемое нашатырем, NH4Cl. Оба приготовленных таким образом раствора смешивают и нагревают. Реакция протекает в силу того, что нитрит калия и хлорид аммония суть соли, которые при обмене своими металлами дают хлорид калия и нитрит аммония, NH4NO2, распадающийся на воду и азот. Эта реакция не происходит без помощи тепла, но при умеренной температуре протекает очень легко. Из образующихся веществ газообразным является только азот. Чистый азот можно получить, высушивая получившийся газ и пропуская его через раствор серной кислоты (для поглощения некоторого количества аммиака, который выделяется в реакции). [4 bis]

Азот представляет собой газообразное вещество, мало отличающееся по физическим свойствам от воздуха; его плотность по отношению к водороду приблизительно равна 14 — то есть он немного легче воздуха, причем его плотность по отношению к воздуху составляет 0,972; один литр азота весит 1,257 грамма. Азот, смешанный с кислородом, который немного тяжелее воздуха, образует воздух. Это газ, который, подобно кислороду и водороду, с трудом сжижается и малорастворим в воде и других жидкостях. Его абсолютная точка кипения [5] лежит около -140°; выше этой температуры он не сжижается под давлением, а при более низких температурах остается в газообразном состоянии под давлением в 50 атмосфер. Жидкий азот кипит при -193°, так что его можно использовать как источник сильного холода. Приблизительно при -203° при испарении в условиях пониженного давления азот затвердевает в бесцветную массу, похожую на снег. Азот не горит, [5 bis] не поддерживает горения, не поглощается никакими реактивами, применяемыми в газовом анализе, по крайней мере при обычной температуре, — словом, он обнаруживает целый ряд отрицательных химических свойств; это выражают, говоря, что данный элемент не обладает энергиею к соединению. Хотя он способен образовывать соединения как с кислородом и водородом, так и с углеродом, однако эти соединения образуются лишь при особых обстоятельствах, к рассмотрению которых мы сейчас перейдем. При температуре каления азот соединяется с бором, титаном и кремнием, барием, магнием и т. д., образуя весьма устойчивые азотистые соединения, [6] свойства которых совершенно отличны от свойств соединений азота с водородом, кислородом и углеродом. Однако соединение азота с углеродом, хотя и не происходит прямо между элементами при температуре каления, все же протекает с сравнительной легкостью при нагревании смеси древесного угля со щелочным карбонатом, особенно карбонатом калия или карбонатом бария, докрасна, причем образуются карбонитриды или цианиды металлов; например, K2CO3 + 4C + N2 = 2KCN + 3CO. [7]