«Основы химии, Том I»

Азот находится с кислородом в воздухе, но они не соединяются легко. Кавендиш, однако, в прошлом столетии показал, что азот соединяется с кислородом под влиянием серии электрических искр. Электрические искры, проходя через влажную [8] смесь азота и кислорода, заставляют эти элементы соединяться, образуя красновато-бурые пары оксидов азота, [9] которые дают азотную кислоту, [10] NHO3. Присутствие последней легко распознается не только по тому, что она окрашивает лакُمсовую бумажку в красный цвет, но и по ее действию в качестве сильного окислителя даже по отношению к ртути. Подобные условия имеют место в природе во время грозы или при других электрических разрядах, происходящих в атмосфере; откуда можно считать доказанным, что воздух и дождевая вода всегда содержат следы азотной и азотистой кислот. [11] Кроме того, Крукс (1892) показал, что при определенных обстоятельствах и при прохождении через воздух электричества высокого потенциала [11 bis] соединение азота с кислородом сопровождается образованием истинного пламени. Это наблюдалось также ранее (1880) при прохождении электрических разрядов через воздух.

Дальнейшие наблюдения показали, что под влиянием электрических разрядов, [12] как тихих, так и со смещением искр, азот способен вступать во многие реакции с водородом и со многими углеводородами; хотя эти реакции не удается осуществить при воздействии температуры каления. Так, например, серия электрических искр, пропущенная через смесь азота и водорода, заставляет их соединяться и образовывать аммиак [13] или гидрид азота, NH3, состоящий из одного объема азота и трех объемов водорода. Это соединение ограничивается образованием 6 процентов аммиака, потому что аммиак разлагается, хотя и не полностью (94/100), электрическими искрами. Это означает, что под влиянием электрического разряда реакция NH3 = N + 3H обратима, следовательно, представляет собой диссоциацию, в которой достигается состояние равновесия. Равновесие может быть разрушено добавлением газообразной соляной кислоты, HCl, так как с аммиаком она образует твердое солевое соединение — нашатырь, NH4Cl, которое (будучи образовано из газовой смеси 3H, N и HCl) связывает аммиак. Оставшаяся масса азота и водорода под действием искр снова образует аммиак, и таким образом получается твердый нашатырь до конца под действием серии электрических искр на смесь газообразных N, H3 и HCl. [14] Бертело (1876) показал, что под действием тихого разряда многие безазотистые органические вещества (бензол, C6H6, целлюлоза в виде бумаги, смола, глюкоза, C6H10O5 и другие) поглощают азот и образуют сложные азотистые соединения, способные подобно белковым веществам выделять свой азот в виде аммиака при нагревании со щелочами. [15]

Посредством таких окольных путей газообразный азот атмосферы дает свои первичные соединения, в виде которых он проникает в растения и перерабатывается в них в сложные белковые вещества. [15 bis] Но, начиная с заданного соединения азота с водородом или кислородом, мы можем без помощи организмов получить, как отчасти будет показано далее, самые разнообразные и сложные азотистые вещества, которые никоим образом не могут быть получены непосредственно из газообразного азота. В этом мы видим пример не только разницы между элементом в свободном состоянии и элементом внутренне присущим, но также и тех кружных, или окольных, путей, которыми вещества образуются в природе. Открытие, предсказание и вообще изучение таких окольных путей получения и образования веществ составляет одну из существующих задач химии. Из того факта, что А совершенно не действует на В, нельзя заключать, что соединение АВ не может образоваться. Вещества А и В содержат атомы, которые присутствуют в АВ, но их состояние или характер их движения могут быть совсем не теми, какие требуются для образования АВ, и в этом веществе химическое состояние элементов может быть столь же отличным, как состояние атомов кислорода в озоне и в воде. Таким образом, свободный азот неактивен; но в своих соединениях он очень легко вступает в изменения и отличается большой активностью. Знакомство с соединениями азота подтверждает это. Но прежде чем приступить к этой теме, рассмотрим воздух как массу, содержащую свободный азот.

Судя по уже изложенному, будет очевидно, что атмосферный воздух [16] содержит смесь нескольких газов и паров. Одни из них встречаются в нем почти в постоянных пропорциях, тогда как количество других, напротив, весьма изменчиво. Главные составные части воздуха, расположенные в порядке их относительных количеств, суть следующие: азот, [16 bis] кислород, водяной пар, углекислота, азотная кислота, соли аммиака, оксиды азота, а также озон, перекись водорода и сложные органические азотистые вещества. Помимо этого, воздух обычно содержит воду в виде брызг, капель и снега, а также частицы твердых тел, в некоторых случаях, возможно, космического происхождения, но в большинстве случаев происходящие от механического переноса твердых частиц ветром из одной местности в другую. Эти мелкие твердые и жидкие частицы (обладающие большой поверхностью по отношению к своему весу) взвешены в воздухе подобно тому, как твердое вещество взвешено в мутной воде; они часто оседают на поверхность земли, но воздух никогда не бывает совершенно свободен от них, поскольку они никогда не находятся в состоянии полного покоя. Затем воздух нередко содержит случайные примеси различных веществ, в чем каждый убеждается на опыте. Эти случайные вещества иногда принадлежат к разряду вредоносных — зародышей низших организмов, например плесени, и к классу переносчиков заразных болезней.

В воздухе различных стран земли, при различных долготах и на различных высотах над ее поверхностью, на океане или на суше — словом, в воздухе самых разнообразных местностей земного шара — кислород и азот повсеместно находятся в постоянном соотношении. Это, кроме того, само собой разумеется вследствие того, что воздух постоянно диффундирует (перемешивается благодаря внутреннему движению газовых частиц), а также приводится в движение и перемешивается ветром, каковые процессы выравнивают его состав по всей поверхности земли. В тех местах, где воздух подвержен изменениям и находится в более или менее замкнутом пространстве или, по крайней мере, в непроветриваемом пространстве, его состав может весьма существенно измениться. По этой причине воздух в жилищах, подвалах и колодцах, где имеются вещества, поглощающие кислород, содержит меньше этого газа, в то время как воздух на поверхности стоячей воды, изобилующей низшими растительными организмами, выделяющими кислород, содержит избыток этого газа. [17] Постоянный состав воздуха над всей поверхностью земли доказан рядом самых тщательных исследований. [18]

Ана́лиз воздуха осуществляется превращением кислорода в негазообразное соединение с целью отделения его от воздуха. Сначала измеряют первоначальный объем воздуха, а затем объем оставшегося азота. Количество кислорода вычисляют либо по разности между этими объемами, либо по весу образовавшегося соединения кислорода. Все объемные измерения должны быть исправлены на давление, температуру и влажность (главы I и II). Применяемое для превращения кислорода в негазообразное вещество средство должно позволять извлекать его из азота до самого конца без выделения какого-либо газообразного вещества. Так, например, [19] смесь пирогаллола, C6H6O3, с раствором едкой щелочи с большой легкостью поглощает кислород при обычной температуре (раствор чернеет), но она непригодна для точного анализа, поскольку требует водного раствора щелочи и изменяет состав воздуха, действуя на него как растворитель. [20] Однако для приближенных определений этот простой метод дает результаты, вполне удовлетворительные.

Определения в эвдиометре (глава III) дают более точные результаты, если принять во внимание все необходимые поправки на изменения давления, температуры и влажности. Это определение в общих чертах проводится следующим образом: в эвдиометр вводят определенное количество воздуха и определяют его объем. Затем в эвдиометр пропускают примерно равный объем сухого водорода и снова определяют объем. После этого смесь взрывают способом, описанным для определения состава воды. Оставшийся объем газовой смеси снова измеряют; он окажется меньше второго из ранее измеренных объемов. Из трех исчезнувших объемов один принадлежал кислороду и два — водороду, следовательно, одна треть уменьшения объема указывает на количество кислорода, содержащегося в воздухе. [21]

Наиболее полный метод анализа воздуха, сопряженный с наименьшим количеством погрешностей, заключается в непосредственном взвешивании, насколько это возможно, содержащихся в нем кислорода, азота, воды и углекислоты. Для этого воздух сначала пропускают через аппаратуру для удержания влаги и углекислоты (которая будет рассмотрена ниже), а затем проводят через трубку, содержащую стружку металлической меди и предварительно взвешенную. Длинный слой такой меди, нагретый докрасна, поглощает весь кислород из воздуха и оставляет чистый азот, вес которого должен быть определен. Это делают, собирая его в взвешенный и исчерпанный шар, в то время как весовое количество кислорода обнаруживается по увеличению веса трубки с медью после опыта.

Рис. 38. Аппарат Дюма и Буссенго для анализа воздуха по весу. Шар B вмещает 10–15 литров. Воздух из него предварительно выкачивают насосом, и шар взвешивают пустым. Соединенная с ним трубка T наполнена медью и взвешена пустой от воздуха. Ее нагревают в угольной печи. Когда медь накалится докрасна, кран r (возле R) слегка открывают, и воздух проходит через сосуды L, содержащие раствор поташа, f, содержащие растворы и кусочки едкого кали, которые удаляют из воздуха углекислоту, а затем через o и t, содержащие серную кислоту (предварительно прокипяченную для вытеснения растворенного воздуха) и пемзу, которые удаляют из воздуха влагу. Затем чистый воздух отдает свой кислород меди в T. Когда воздух перестает поступать в T, кран R шара B открывают, и он наполняется азотом. Когда ток воздуха прекращается, краны закрывают, а шар B и трубку T взвешивают. Затем из трубки выкачивают азот и взвешивают ее снова. Увеличение веса трубки показывает количество кислорода, а разность второго и третьего взвешиваний трубки вместе с увеличением веса шара дает вес азота.

Воздух, свободный от влаги и углекислоты, [22] содержит от 20,95 до 20,88 [23] частей кислорода по объему; среднее количество кислорода составит поэтому 20,92 ± 0,05 процента. Принимая плотность воздуха за 1, кислорода за 1,105 и азота за 0,972, состав воздуха по весу будет составлять 23,12 процента кислорода и 76,88 процента азота. [24]

Рис. 39. Аппарат для поглощения и промывания газов, известный как шарики Либиха. Газ входит в m, давит на абсорбирующую жидкость и проходит из m последовательно в b, c, d и e, выходя через f.

Рис. 40. Поташные шарики Гейслера. Газ входит через a и проходит через раствор поташа в нижних шариках, где углекислота поглощается, а газ выходит через b. Нижние шарики расположены в виде треугольника, так что аппарат может стоять без поддержки.

Рис. 41. Трубка для поглощения углекислоты. В шарик помещен тампон из ваты, чтобы порошок натронной извести не уносился газом. Трубка содержит натронную известь и хлористый кальций.

Возможность изменения состава воздуха под простым действием растворителя очень наглядно показывает, что составные части воздуха находятся в состоянии смеси, в которой могут присутствовать любые газы; они не образуют в данном случае определенного соединения, хотя состав атмосферы при обычных условиях и кажется постоянным. Тот факт, что его состав варьирует при различных условиях, подтверждает истинность этого заключения, а потому постоянство состава воздуха ни в коем случае не должно рассматриваться как зависящее от природы входящих в его состав газов, но исключительно как проистекающее из космических явлений, содействующих этому постоянству. Следует признать, следовательно, что процессы, выделяющие кислород, и главным образом процессы дыхания растений, по своей силе равны тем процессам, которые поглощают кислород по всей поверхности земли. [25]

Воздух всегда содержит больше или меньше влаги [26] и углекислоты, образующейся при дыхании животных и сгорании углерода и углеродистых соединений. Последняя проявляет свойства кислотного ангидрида. Для определения количества углекислоты в воздухе применяют вещества, которые ее поглощают, — а именно щелочи в растворе или в твердом виде. Раствор едкого кали, KHO, наливают в легкие стеклянные сосуды, через которые пропускают воздух, и количество углекислоты определяют по увеличению веса сосуда. Но лучше всего брать твердую пористую щелочную массу, такую как натронная известь. [27] При медленном токе воздуха слоя натронной извести длиной 20 см достаточно, чтобы полностью лишить 1 кубический метр воздуха содержащейся в нем углекислоты. Перед аппаратом для поглощения углекислоты помещают ряд трубок с хлоридом кальция для поглощения влаги, [28] и через весь аппарат с помощью аспиратора прогоняют измеренную массу воздуха. Таким образом определение влажности совмещается с поглощением углекислоты. Устройство, показанное на рис. 38, представляет собой именно такое сочетание.

Количество углекислоты [29] в свободном воздухе несравненно более постоянное, чем количество влаги. Среднее количество в 100 объемах сухого воздуха составляет приблизительно 0,03 объема — то есть 10 000 объемов воздуха содержат около трех объемов углекислоты, чаще всего около 2,95 объема. Поскольку удельный вес углекислоты по отношению к воздуху равен 1,52, отсюда следует, что 100 весовых частей воздуха содержат 0,045 весовой части углекислоты. Это количество колеблется в зависимости от времени года (больше зимой), высоты над уровнем моря (меньше на больших высотах), близости к лесам и полям (меньше) или городам (больше) и т. д. Но колебания эти малы и редко выходят за пределы от 2½ до 4 десятитысячных по объему. [30] Так как существует множество естественных местных влияний, которые либо увеличивают количество углекислоты в воздухе (дыхание, горение, разложение, вулканические извержения и т. д.), либо уменьшают его (поглощение растениями и водой), то причину большой постоянности количества этого газа в воздухе следует искать, во-первых, в том, что ветер перемешивает воздух различных местностей, а во-вторых, в том, что воды океана, удерживающие угольную кислоту в растворе, [31] образуют громадный резервуар для регулирования количества этого газа в атмосфере. Как только парциальное давление углекислоты в воздухе падает, вода выделяет ее, а когда парциальное давление растет, она поглощает ее, и таким образом природа обеспечивает условия для естественного состояния подвижного равновесия в этом, как и во многих других случаях. [32]

Помимо азота, кислорода, влаги и угольной кислоты, все остальные вещества, встречающиеся в воздухе, обнаруживаются в ничтожно малых весовых количествах, и поэтому вес кубической меры воздуха зависит в заметной степени лишь от вышеназванных компонентов. Мы уже упоминали, что при 0° и давлении 760 мм вес кубического литра воздуха составляет 1,293 грамма. Этот вес изменяется с ускорением силы тяжести g, так что если g выражено в метрах, вес литра воздуха e = g × 0,131844 грамма. Для Санкт-Петербурга g составляет около 9,8188, и поэтому e равен примерно 1,2946, [33] причем подразумевается, что воздух сухой и свободен от углекислоты. Принимая количество последней за 0,03 на 100 объемов, получаем больший вес; например, для Санкт-Петербурга e = 1,2948 вместо 1,2946 грамма. Вес одного литра влажного воздуха, в котором упругость [34] водяного пара (парциальное давление) = f мм, при общем давлении воздуха в H миллиметров и температуре t, будет (то есть, если при 0° и 760 мм вес сухого воздуха = e) равен e / (1 + 0,00367 t) × (H - 0,38 f) / 760. Например, если H = 730 мм, t = 20° и f = 10 мм (влажность тогда немного ниже 60%), вес литра воздуха в Санкт-Петербурге = 1,1527 грамма. [35]

Присутствие в воздухе аммиака, соединения азота с водородом, обозначается тем фактом, что все кислоты, выставленные на воздух, через некоторое время поглощают из него аммиак. Соссюр наблюдал, что сульфат алюминия превращается на воздухе в двойной сульфат аммония и алюминия, или так называемые аммиачные квасцы. Количественные определения показали, что количество аммиака [36], содержащегося в воздухе, в разные периоды колеблется. Однако можно принять, что 100 кубических метров воздуха содержат не менее 1 и не более 5 миллиграммов аммиака. Замечательно, что горный воздух содержит больше аммиака, чем воздух долин. Воздух в тех местах, где скапливаются изменяющиеся животные вещества, и особенно воздух конюшен, обычно содержит гораздо большее количество этого газа. Этим объясняется своеобразный едкий запах, замечаемый в таких местах. Кроме того, аммиак, как мы узнаем в следующей главе, соединяется с кислотами и потому должен находиться в воздухе в виде таких соединений, поскольку воздух содержит угольную и азотную кислоты.

Присутствие азотной кислоты в воздухе доказывается вне всякого сомнения тем фактом, что дождевая кислота содержит ее в заметном количестве.

Далее (как уже упоминалось в главе IV), воздух содержит озон, перекись водорода и азотистую кислоту (и ее аммиачную соль), то есть вещества, обладающие прямым окислительным действием (например, на йодированную крахмальную бумажку), но они присутствуют в очень малых количествах. [37]

Помимо веществ в газообразном или парообразном состоянии, [38] в воздухе всегда обнаруживается более или менее значительное количество веществ, которые не известны в парообразном состоянии. Эти вещества присутствуют в воздухе в виде пыли. [39] Если положить смоченную кислотой полотняную поверхность в совершенно чистый воздух, то в смывах обнаруживаются натрий, кальций, железо и калий. Полотно, смоченное щелочью, поглощает угольную, серную, фосфорную и соляную кислоты. Кроме того, присутствие органических веществ в воздухе было доказано аналогичным опытом. Если наполнить стеклянный шар льдом и поместить его в комнате, где находится много людей, то в воде, конденсирующейся на поверхности шара, можно обнаружить присутствие органических веществ, подобных белковым. Возможно, миазмы, вызывающие заражение в болотистых местах, больницах и при определенных эпидемических заболеваниях, происходят от присутствия таких веществ в воздухе (а особенно в воде, содержащей множество микроорганизмов), а также от присутствия в воздухе зачатков низших организмов в виде мельчайшей пыли. Пастер доказал существование таких зародышей в воздухе следующим опытом: он поместил в стеклянную трубку пироксилин (бездымный хлопок), имеющий вид обычной ваты. Пироксилин растворим в смеси эфира и спирта, образуя так называемый коллодий. Через трубку долго пропускали ток воздуха, после чего пироксилин растворяли в смеси эфира и спирта. Получался нерастворимый осадок, который действительно содержал зародыши организмов, что было доказано микроскопическими наблюдениями и их способностью развиваться в организмы (плесень и т. д.) при благоприятных условиях. Присутствие этих зародышей обусловливает свойство воздуха вызывать процессы гниения и брожения — то есть коренное изменение органических веществ, сопровождающееся полным изменением их свойств. В этих процессах всегда отмечается появление низших организмов, как растительных, так и животных. Так, например, в процессе брожения, когда, например, вино получается из сладкого виноградного сока, выделяется осадок, известный под названием дрожжей, содержащий своеобразные дрожжевые организмы. Прежде чем эти организмы могут появиться, необходимы зародыши. Они плавают в воздухе и попадают из него в сладкую бродящую жидкость. Оказываясь в благоприятных условиях, зародыши развиваются в организмы; они питаются за счет органического вещества и в процессе роста изменяют и разрушают его, вызывая брожение и гниение. Именно поэтому, например, виноградный сок, находящийся внутри кожицы плода, которая пропускает воздух, но непроницаема для зародышей, не бродит, не изменяется, пока кожица остается целой. По этой же причине животные вещества при ограждении от доступа воздуха могут сохраняться очень долго. Консервированные продукты для долгих морских путешествий хранят именно так. [40] Отсюда очевидно, что сколь ничтожно малым ни было бы количество переносимых в атмосфере зародышей, все же они имеют громадное значение в природе. [41]

Итак, мы видим, что воздух содержит великое множество веществ. Азот, которого в нем содержится наибольшее количество, оказывает наименьшее влияние на те процессы, которые совершаются под действием воздуха. Кислород, который встречается в меньшем количестве, чем азот, напротив, принимает важнейшее значение в целом ряде реакций; он поддерживает горение и дыхание, вызывает гниение и всякий процесс медленного окисления. Роль влаги воздуха хорошо известна. Углекислота, встречающаяся в еще меньших количествах, имеет громадное значение в природе, поскольку служит питанием для растений. Важность аммиака и азотной кислоты очень велика, так как они служат источниками азотистых веществ, составляющих непременный элемент всех живых организмов. И, наконец, ничтожное количество зародышей также имеет большое значение в ряде процессов. Таким образом, не количественные, а качественные отношения составных частей атмосферы определяют ее значение в природе. [42]

Воздух, будучи смесью различных веществ, может претерпевать значительные изменения вследствие случайных обстоятельств. Особенно необходимо отметить те изменения в составе воздуха, которые происходят в жилищах и в различных местах, где людям приходится находиться в течение продолжительного времени. Дыхание людей и животных изменяет воздух. [43] Подобное ухудшение воздуха производится влиянием разлагающихся органических веществ, и особенно горящих в нем веществ. [44] Отсюда необходимо заботиться об очищении воздуха жилищ. Обновление воздуха, замену испорченного воздуха свежим называют «вентиляцией», [45] а удаление из воздуха посторонних и вредных примесей называют «дезинфекцией». [46] Накопление всякого рода нечистот в воздухе жилищ и городов служит причиной того, что воздух гор, лесов, морей и неболотистых местностей, покрытых растительностью или снегом, отличается своей свежестью и во всех отношениях благотворным действием.

Примечания:

[1] См. примечание 15 bis.

[1 bis] Причину того, почему внутри земной массы нет иных азотистых веществ, кроме тех, которые попали туда с остатками организмов и из воздуха с дождевой водой, следует искать в двух обстоятельствах. Во-первых, в неустойчивости многих азотистых соединений, склонных распадаться с образованием газообразного азота; и во-вторых, в том, что соли азотной кислоты, составляющие продукт действия воздуха на многие азотистые и особенно органические соединения, очень растворимы в воде и при проникновении в глубины земли (с водой) отдают свой кислород. Результатом изменений азотистых органических веществ, попадающих в землю, без сомнения, часто, если не всегда, является образование газообразного азота. Так, газ, выделяющийся из каменного угля, всегда содержит много азота (наряду с болотным газом, углекислотой и другими газами).

[2] Медь (лучше всего в виде стружки, представляющей большую поверхность) поглощает кислород с образованием CuO при обычной температуре в присутствии растворов кислот или, еще лучше, в присутствии раствора аммиака, когда образуется синевато-фиолетовый раствор оксида меди в аммиаке. Азот добывается этим способом очень легко. Колба, наполненная медной стружкой, закрывается пробкой, снабженной воронкой и краном. В воронку наливают раствор аммиака и дают ему медленно капать на медь. Если в то же время через колбу медленно пропускать ток воздуха (из газометра), то весь кислород из него поглотится, а азот пройдет из колбы. Его следует промыть водой для удержания аммиака, который может уноситься вместе с ним.

[3] Кислородные соединения азота (например, N_2O, NO, NO_2) при калении разлагаются сами по себе, а под действием раскаленных меди, железа, натрия и т. д. они отдают свой кислород металлам, оставляя азот в свободном состоянии. По данным Мейера и Ланге (1885), закись азота, N_2O, разлагается ниже 900°, хотя и не полностью.

[4] Хлор и бром (в избытке), а также хлорная известь (гипохлориты) отнимают водород у аммиака, NH_3, оставляя азот. Азот лучше всего добывать из аммиака действием раствора гипобромита натрия на твердый нашатырь.

[4 bis] Лорд Рэлей в 1894 г. при определении веса объема тщательно очищенного азота путем взвешивания его в одной и той же колбе нашел, что газ, полученный из воздуха действием накаленной меди (или железа либо удалением кислорода закисью железа), всегда на 1/200 тяжелее азота, полученного из его соединений, например из оксида или закиси азота, разложенных накаленным порошкообразным железом, или из аммиачной соли азотистой кислоты. Для азота, добытого из воздуха, он получил при 0° и давлении 760,4 мм вес, равный 2,310 г, в то время как для азота, полученного из его соединений — 2,299 г. Эта разница примерно в 1/200 не могла быть объяснена тем, что азот был недостаточно очищен, или неточностью опыта, и послужила средством для замечательного открытия присутствия в воздухе тяжелого газа, о котором будет упомянуто в примечании 16 bis.

[5] См. главу II, примеч. 29.

[5 bis] См. примеч. 11 bis.

[6] Соединение бора с азотом сопровождается выделением достаточного количества теплоты, чтобы раскалить массу докрасна; титан соединяется с азотом настолько легко, что его трудно получить в свободном от этого элемента виде; магний легко поглощает азот при красном калении. Замечательным и поучительным фактом является то, что эти соединения азота весьма прочны и нелетучи. Углерод (C = 12) с азотом дает циан, C_2N_2, который газообразен и очень нестоек, и молекула его невелика, тогда как бор (B = 11) образует азотистое соединение, которое твердо, нелетуче и весьма прочно. Его состав, BN, подобен составу циана, но молекулярный вес, B_nN_n, вероятно, больше. Его состав, как и состав N_2Mg_3, NNa_3, N_2Hg_3 и многих металлических нитридов, соответствует аммиаку с замещением всего его водорода металлом. По моему мнению, подробное изучение превращений ныне известных нитридов должно привести к открытию многих фактов в истории азота.

[7] Эта реакция, насколько известно, не идет далее определенного предела, вероятно потому, что сам циан, CN, распадается на углерод и азот.

[8] Фреми и Беккерель брали сухой воздух и наблюдали образование бурых паров оксидов азота при пропуске искр.

[9] Если сжечь смесь одного объема азота и четырнадцати объемов водорода, то образуются вода и значительное количество азотной кислоты. Отчасти вследствие этого определенное количество азотной кислоты получается при медленном окислении азотистых веществ в избытке воздуха. Этому особенно способствует присутствие щелочи, с которой образующаяся азотная кислота может соединяться. Если пропустить гальванический ток через воду, содержащую в растворе азот и кислород воздуха, то выделяющиеся водород и кислород соединяются с азотом, образуя аммиак и азотную кислоту.

Когда медь окисляется за счет воздуха при обычной температуре в присутствии аммиака, кислород поглощается не только для соединения с медью, но также для образования азотной кислоты.

Соединение азота с кислородом даже, например, под действием электрических искр не сопровождается взрывом или быстрым соединением, как при действии искры на смесь кислорода и водорода. Это объясняется тем, что при соединении азота с кислородом теплота не выделяется, а поглощается — требуется затрата энергии, выделения энергии не происходит. На самом деле не будет происходить передачи теплоты от частицы к частице, которая имеет место при взрыве гремучего газа. Каждая искра будет способствовать образованию определенного количества соединения кислорода и азота, но не будет вызывать такового в соседних частицах. Другими словами, соединение водорода с кислородом представляет собой экзотермическую реакцию, а соединение азота с кислородом — эндотермическую реакцию.

Условием, особенно благоприятным для окисления азота, является взрыв гремучего газа и воздуха, если первый находится в избытке. Если взорвать смесь двух объемов гремучего газа и одного объема воздуха, то одна десятая часть воздуха превращается в азотную кислоту, и вследствие этого после того, как взрыв произошел, остается только девять десятых первоначально взятого объема воздуха. Если взять большую пропорцию воздуха — например, четыре объема воздуха на два объема гремучего газа — то температура взрыва понижается, взятый объем воздуха остается неизменным и азотная кислота не образуется. Отсюда вытекает правило, которого следует придерживаться при пользовании эвдиометром, а именно: для ослабления силы взрыва к взрывчатой смеси нужно добавлять не менее чем равный объем воздуха. С другой стороны, нельзя брать слишком большой избыток, так как тогда взрыва не последует (см. главу III, примеч. 34). Вероятно, в будущем будут найдены средства для получения соединений азота в большом промышленном масштабе с помощью электрических разрядов и используя неисчерпаемую массу азота в атмосфере.

[10] В действительности сначала образуется окись азота, NO, но с кислородом и водой она дает (бурые пары) азотистый ангидрид, который, как мы узнаем впоследствии, в присутствии воды и кислорода дает азотную кислоту.

[11] Азотная кислота, содержащаяся в почве, речной воде (глава I, примеч. 2), колодцах и т. д., происходит (подобно углекислому ангидриду) от окисления органических соединений, попавших в воду, почву и т. д.

[11 bis] Крукс применял ток силой 15 ампер и напряжением 65 вольт и пропускал его через индукционную катушку с 330 вибрациями в секунду, получая между полюсами, установленными на расстоянии 46 мм, пламя, которое после появления дуги и пламени можно было увеличить до 200 мм. Платиновая проволока плавилась в этом пламени.

[12] Это свойство азота, который в нормальных условиях инертен, приводит к мысли, что под влиянием электрического разряда газообразный азот изменяет свои свойства; если и не постоянно, подобно кислороду (электролизованный кислород или озон не реагирует на азот, по данным Бертело), то, возможно, временно в момент действия разряда, точно так же как некоторые вещества под действием тепла изменяются необратимо (то есть, раз изменившись, остаются таковыми — например, белый фосфор переходит в красный и т. д.), тогда как другие изменяются лишь временно (диссоциация S_6 в S_2 или нашатыря на аммиак и соляную кислоту). Подобному предположению благоприятствует тот факт, что азот дает два вида спектров, с которыми мы впоследствии ознакомимся. Возможно, что молекулы N_2 дают тогда менее сложные молекулы N, содержащие один атом, или образуют сложную молекулу N_3, подобно кислороду при переходе в озон. Вероятно, под действием тихого разряда молекулы кислорода, O_2, частично разлагаются, и отдельные атомы O соединяются с O_2, образуя озон, O_3.

[13] Эта реакция, открытая Шабрие и исследованная Тенаром, была понята правильно лишь тогда, когда Девилль применил к ней принципы диссоциации.

[14] Действие азота на ацетилен (Бертело) напоминает эту реакцию. Смесь этих газов под влиянием тихого разряда дает синильную кислоту: C_2H_2 + N_2 = 2CNH. Эта реакция не может идти далее определенного предела, потому что она обратима.

[15] Бертело с успехом применял в этих опытах электричество даже слабого потенциала, каковой факт привел его к мысли, что в природе, где действие электричества происходит очень часто, часть сложных азотистых веществ может происходить из газообразного азота воздуха этим путем.

Поскольку азотистые вещества организмов играют в них важнейшую роль (органическая жизнь не может существовать без них) и так как азотистые вещества, вносимые в почву, способны поднять ее урожайность (конечно, в присутствии других питательных начал, необходимых для растений), вопрос о средствах превращения атмосферного азота в азотистые соединения почвы или в усвояемый азот, способный поглощаться растениями и образовывать в них сложные (белковые) вещества, представляет огромный теоретический и практический интерес. Искусственное (техническое) превращение атмосферного азота в азотистые соединения, несмотря на неоднократные попытки, еще нельзя считать осуществленным выгодным для практики образом, хотя его возможность уже очевидна. Электричество, вероятно, поможет разрешить эту важнейшую практическую задачу. Когда теоретическая сторона вопроса подвинется дальше, тогда без сомнения будет найден выгодный способ получения азотистых веществ из азота воздуха; а в этом нуждается прежде всего земледелец, для которого азотные удобрения составляют дорогую статью и важнее всех прочих навозов.

Тысяча тонн навоза обычно содержит не более четырех тонн азота в виде сложных азотистых веществ, и это количество азота содержится в двадцати тоннах сульфата аммония; поэтому действие массы навоза в отношении внесения азота может быть произведено небольшими количествами искусственных азотных удобрений (см. примеч. 15 bis).

[15 bis] Хотя многочисленные и по возможности точные и разнообразные исследования по физиологии растений доказали, что высшие растения не способны непосредственно поглощать азот атмосферы и превращать его в сложные белковые вещества, тем не менее издавна и неоднократно наблюдалось, что количество азотистых веществ в почве увеличивается при культивации растений бобового (мотыльковых) семейства, таких как горох, акация и др. Более пристальное изучение этих растений показало, что это связано с образованием своеобразных узловатых утолщений на их корнях, вызываемых ростом особых микроорганизмов (бактерий), которые сожительствуют в почве с корнями и способны поглощать азот из воздуха, то есть превращать его в усвоенный азот. Эта ветвь физиологии растений, служащая еще одним доказательством важной роли микроорганизмов в природе, не может быть рассмотрена в настоящем труде, но ее следует упомянуть, так как она представляет большой теоретический и практический интерес, к тому же явления такого рода, открытые в последнее время, обещают объяснить, по крайней мере отчасти, некоторые сложные проблемы, касающиеся развития жизни на земле.

[16] Под названием атмосферного воздуха химик и физик понимают обыкновенный воздух, содержащий только азот и кислород, несмотря на то, что другие составные части воздуха имеют очень важное влияние на живое вещество земной поверхности. То, что воздух так представляется в науке, основано на том факте, что только два вышеназванных компонента встречаются в воздухе в постоянном количестве, в то время как остальные переменны. Твердые примеси могут быть отделены от воздуха, требующегося для химического или физического исследования, простой фильтрацией через длинный слой ваты, помещенной в трубе. Органические примеси удаляются пропусканием воздуха через раствор перманганата калия. Углекислый ангидрид, содержащийся в воздухе, поглощается щелочами — лучше всего натронной известью, которая в сухом виде пористыми кусками поглощает его с чрезвычайной быстротой и полнотой. Водяной пар удаляется пропусканием воздуха через хлористый кальций, концентрированную серную кислоту или фосфорный ангидрид. Очищенный таким образом воздух принимается содержащим только азот и кислород, хотя на самом деле он все же содержит некоторое количество водорода и углеводородов, от которых он может быть очищен пропусканием над оксидом меди, нагретым докрасна. Оксид меди окисляет тогда водород и углеводороды — он сжигает их, образуя воду и углекислый ангидрид, которые могут быть удалены, как описано выше. Когда говорят, что при определении плотности газов вес воздуха принимается за единицу, подразумевается именно такой воздух, содержащий только азот и кислород.

[16 bis] Благодаря замечательному открытию, сделанному летом 1894 г. лордом Рэлеем и проф. Рамзаем, к хорошо известным составным элементам воздуха теперь должно быть добавлено 1 об. % тяжелого газа (плотность около 19, H = 1), инертного подобно азоту, который был открыт в исследованиях лорда Рэлея по плотности азота, упомянутых в примечании 4 bis. До настоящего времени этот газ всегда определялся вместе с азотом, так как он не соединяется ни с водородом в эвдиометре, ни с медью при гравиметрическом методе определения состава воздуха, а потому всегда оставался с азотом. Его удалось отделить от азота благодаря тому, что магний поглощает азот при красном калении, в то время как этот газ остается непоглощенным, и было найдено, что его плотность почти в полтора раза больше плотности азота (не полимер ли это азота, N_3?). Теперь также известно, что этот газ дает световой спектр, содержащий яркую синюю линию, наблюдаемую в спектре азота. Вследствие того, что он является чрезвычайно инертным веществом, даже более инертным, чем азот, он был назван аргоном. Дальнейшие упоминания о нем будут сделаны в Приложении.

[17] В качестве еще одного доказательства того, что определенные обстоятельства могут изменять состав воздуха, достаточно указать, что воздух, содержащийся в полостях ледников, содержит лишь до 10 % кислорода. Это зависит от того, что при низких температурах кислород гораздо более растворим в талой воде и снеге, чем азот. При взбалтывании с водой состав воздуха должен изменяться, так как вода растворяет неравные количества кислорода и азота. Мы уже видели (глава I), что воздух, выжженный кипячением из воды, насыщенной примерно при 0°, содержит около тридцати пяти объемов кислорода и шестидесяти пяти объемов азота, и мы рассмотрели причину этого.

[18] Анализ воздуха по весу, осуществленный Дюма и Буссенго в Париже, который они повторяли много раз между 27 апреля и 22 сентября 1841 г. при различных погодных условиях, показал, что весовое количество кислорода колеблется лишь между 22,89 % и 23,08 %, причем среднее количество составляет 23,07 %. Бруннер в Берне в Швейцарии и Браве на Фаульхорне в Бернских Альпах на высоте двух километров над уровнем моря, Мариньяк в Женеве, Леви в Копенгагене и Стас в Брюсселе проанализировали воздух теми же методами и нашли, что его состав не выходит за пределы, определенные для Парижа. Самые недавние определения (с точностью ±0,05 %) подтверждают вывод о том, что состав атмосферы постоянен.

Поскольку имеются некоторые основания (которые будут упомянуты вскорости) считать, что состав воздуха на больших высотах слегка отличается от состава на достигаемых высотах — а именно, что он богаче более легким азотом — несколько фрагментарных наблюдений, сделанных в Мюнхене (Йолли, 1880), дали повод думать, что в восходящих течениях (то есть в области минимального барометрического давления или в центрах метеорологических циклонов) воздух богаче кислородом, чем в нисходящих течениях воздуха (в областях антициклонов или барометрических максимумов); но более тщательно проведенные наблюдения показали это предположение неверным. Усовершенствованные методы анализа воздуха показали, что некоторые незначительные колебания его состава действительно имеют место, но, во-первых, они зависят от случайных местных влияний (от прохождения воздуха над горами и большими водными поверхностями, областями леса и травостоя и т. п.), а во-вторых, ограничены количествами, которые едва отличимы от возможных погрешностей в анализах. Исследования, проведенные Крейслером в Германии (1885), особенно убедительны.

Соображения, которые приводят к предположению, что атмосфера на больших высотах содержит меньше кислорода, чем у поверхности земли, основаны на законе парциальных давлений (глава I). Согласно этому закону, равновесие кислорода в слоях атмосферы не зависит от равновесия азота, и изменение плотностей обоих газов с высотой определяется давлением каждого газа в отдельности. Детали расчетов и соображений, задействованных здесь, содержатся в моей работе «О барометрическом нивелировании», 1876, стр. 48.

На основе закона парциального давления и гипсометрических формул, выражающих законы изменения давлений на различных высотах, можно сделать вывод, что в верхних слоях атмосферы доля азота по отношению к кислороду возрастает, но это возрастание не превысит доли процента даже на высотах от четырех с половиной до шести миль — наибольшей высоты, доступной людям как при восхождении на горы, так и с помощью аэростатов. Этот вывод подтверждается анализами воздуха, собранного Уэлчем в Англии во время его аэронавтических подъемов.

[19] Полное поглощение кислорода может быть достигнуто введением влажного фосфора в определенный объем воздуха; наступление этого узнается по тому факту, что фосфор перестает светиться в темноте. Количество кислорода может быть определено измерением объема оставшегося азота. Этот метод однако не может дать точных результатов вследствие растворения части воздуха в воде, соединения некоторой части азота с кислородом и необходимости введения и извлечения фосфора, что не может быть выполнено без введения пузырьков воздуха.

[20] Для быстрых и приближенных анализов (технических и гигиенических) такая смесь очень удобна для определения количества кислорода в газовых смесях, из которых предварительно были удалены вещества, поглощаемые щелочами. По некоторым наблюдениям, эта смесь выделяет определенное (небольшое) количество оксида углерода после поглощения кислорода.

[21] Детали эвдиометрического анализа, как было указано в гл. III, примеч. 32, следует искать в трудах по аналитической химии. То же замечание относится к другим аналитическим методам, упомянутым в настоящем труде. Они описаны лишь с целью показать разнообразие приемов химического исследования.

[22] Воздух, свободный от углекислого ангидрида, после взрыва обнаруживает присутствие небольшого количества углекислого ангидрида, как отмечал де Соссюр, а воздух, свободный от влаги, после пропускания над раскаленным оксидом меди неизменно оказывается содержащим небольшое количество воды, как наблюдал Буссенго. Эти наблюдения приводят к предположению, что воздух всегда содержит некоторое количество газообразных углеводородов, вроде болотного газа, который, как мы узнаем впоследствии, выделяется из земли, болот и т. д. Количество его, однако, не превышает нескольких сотых долей процента.

[23] Анализы воздуха сопровождаются погрешностями, и существуют колебания состава, достигающие сотых долей процента; поэтому средний нормальный состав воздуха верен лишь до первого десятичного знака.

[24] Эти цифры выражают средний состав воздуха по усреднению наиболее точных определений; они точны в пределах ±0,05 %.

[25] В главе III, примеч. 4, делается приближенный расчет для определения баланса кислорода во всей атмосфере; поэтому можно предполагать, что состав воздуха будет время от времени изменяться по мере того, как меняется соотношение между растительностью и процессами, поглощающими кислород; но так как атмосфера земли едва ли может иметь определенную границу и мы уже видели (глава IV, примеч. 33), что имеются наблюдения, подтверждающие это, отсюда следует, что наша атмосфера должна изменяться в своих составных частях вместе со всем небесным пространством, а потому следует предполагать, что любое изменение состава воздуха по весу может происходить лишь чрезвычайно медленно и незаметным для опыта образом.

[26] Количество влаги, содержащейся в воздухе, рассматривается более подробно в курсе физики и метеорологии, и этот предмет уже упоминался выше, в главе I, примеч. 1, где были указаны способы поглощения влаги из газов.

[27] Натронная известь приготовляется следующим образом: не гашеная известь тонко измельчается и смешивается со слегка согретым и очень крепким раствором едкого натра. Смешивание следует производить в железной чашке, и материалы нужно хорошо перемешивать вместе до тех пор, пока известь не начнет гаситься. Когда масса становится горячей, она вскипает, вспучивается и затвердевает, образуя пористую массу, очень богатую щелочью и способную быстро поглощать углекислый ангидрид. Кусок едкого натра или едкого кали представляет гораздо меньшую поверхность для поглощения и потому действует гораздо менее быстро. После прибора для поглощения углекислого ангидрида необходимо поместить прибор для поглощения воды, так как щелочь при поглощении первого выделяет воду.

[28] Очевидно, что хлористый кальций, применяемый для поглощения воды, должен быть свободен от извести или других щелочей, дабы он не удерживал углекислый ангидрид. Такой хлористый кальций может быть приготовлен следующим образом: из извести и соляной кислоты приготавливают совершенно нейтральный раствор хлористого кальция; затем его осторожно выпаривают сначала на водяной, а потом на песочной бане. Когда раствор достигает определенной густоты, образуется пенка, которая затвердевает на поверхности. Эту пенку собирают, и она оказывается свободной от едких щелочей. В любом случае ее необходимо испытать перед употреблением, иначе в результаты может вкрасться большая погрешность вследствие присутствия свободной щелочи (извести). Лучше всего пропустить через трубку, содержащую хлористый кальций, углекислый ангидрид в течение некоторого времени перед опытом, чтобы насытить любую свободную щелочь, которая может остаться от разложения части хлористого кальция водой: CaCl_2 + 2H_2O = CaOH_2O + 2HCl.

[29] К специальным методам прибегают тогда, когда определение учитывает лишь углекислый ангидрид воздуха. Например, его поглощают щелочью, не содержащей карбонатов (баритовой водой или едким натром, смешанными с баритом), а затем углекислый ангидрид вытесняют избытком кислоты и определяют его количество по выделившемуся объему. Быстрый метод определения CO_2 (для гигиенических целей) дается падением упругости, производимым введением щелочи (при предварительном осушении воздуха или насыщении его влагой). На этом принципе основан прибор д-ра Шидловского. Вопрос о количестве углекислого ангидрида, присутствующего в воздухе, был подвергнут многим объёмистым и точным исследованиям, особенно Реизе, Шлёсингом, Мюнцем и Ообеном, которые показали, что количество это не подвержено таким колебаниям, какие объявлялись сначала на основании неполных и недостаточно точных определений.

[30] Иначе обстоит дело в замкнутых пространствах, в жилищах, подвалах, колодцах, пещерах и шахтах, где затруднено обновление воздуха. При этих обстоятельствах могут скапливаться большие количества углекислого ангидрида. В городах, где имеется много условий для выделения углекислого ангидрида (дыхание, разложение, горение), его количество больше, чем в свободном воздухе, однако даже в тихую погоду разница эта редко превышает одну десятитысячную (то есть редко достигает 4 вместо 2,9 об. в 10000 об. воздуха).

[31] Как в море, так и в пресной воде углекислота встречается в двух формах: непосредственно растворенной в воде и связанной с известью в виде бикарбоната кальция (жесткие воды иногда содержат очень много углекислоты в этом виде). Упругость углекислого ангидрида в первой форме изменяется с температурой, а количество его — с парциальным давлением; то же происходит и в форме кислых солей при тех же условиях, так как прямые опыты показали сходную зависимость и в этом случае, хотя количественные соотношения в обоих случаях различны.

[32] При изучении явлений природы приходит к заключению, что повсеместно царящее состояние подвижного равновесия составляет главную причину того стройного порядка, который поражает всех наблюдателей. Нередко случается, что мы не видим причин, регулирующих порядок и гармонию; в частном случае углекислого ангидрида поразительно то обстоятельство, что в первом случае производились поиски гармоничной и строгой закономерности, и в случайных (недостаточно точных и отрывочных) наблюдениях даже находили условия для заключения о ее отсутствии. Когда впоследствии правило этой закономерности подтвердилось, тогда были обнаружены и причины, регулирующие такой порядок. Исследования Шлёсинга носили именно такой характер. В них высказана идея Девилля о диссоциации кислых карбонатов морской воды. Во многих других случаях также правильное истолкование может последовать только из детального исследования.

[33] Различие веса литра сухого воздуха (свободного от углекислого ангидрида) при 0° и 760 мм на различных долготах и высотах зависит от того, что сила тяжести при этих условиях изменяется, а вместе с ней изменяется и давление барометрического столба. Об этом подробно трактуется в моих трудах «Об упругости газов» и «О барометрических нивелированиях», а также в «Изданиях Депо мер и весов» («Журнал Русского физико-химического общества», 1894).

В действительности вес измеряется не в абсолютных единицах веса (в силах — см. труды по механике и физике), а в относительных единицах (граммах, гирях), масса которых неизменна, а потому здесь не следует принимать во внимание изменение самого веса гирь при изменении силы тяжести, ибо мы имеем здесь дело с весами, пропорциональными массам, так как при изменении местности вес гирь изменяется так же, как вес данного объема воздуха. Другими словами: масса вещества всегда остается постоянной, но производимое ею давление изменяется с ускорением силы тяжести: грамм, фунт и другие единицы веса суть на самом деле единицы массы.

[34] Упругость водяного пара в воздухе определяется гигрометрами и другими подобными способами. Она может быть также определена аналитически (см. главу I, примеч. 1).

[35] Для быстрого вычисления вес литра воздуха (в комнате) в Санкт-Петербурге может при данных условиях (H, t и f) быть получен по формуле e = 1,20671 + 0,0016[H_1 - 755 + 2,6(18° - t°)], где H_1 = H - 0,38f. При определении веса мелких и тяжелых предметов (тиглей и т. п. при анализе, а также при определении удельных весов жидкостей и т. д.) можно вводить поправку на потерю веса в воздухе комнаты, принимая вес литра вытесненного воздуха за 1,2 грамма и следовательно 0,0012 грамма на каждый кубический сантиметр. Но если взвешиваются газы или вообще большие сосуды и взвешивания требуют точности, необходимо принимать во внимание все данные для определения плотности воздуха (t, H и f), так как чувствительные весы могут определять возможные колебания веса воздуха: так, для литра вес воздуха изменяется в сантиграммах даже при постоянной температуре с колебаниями H и f. Некоторое время назад (1859) я предложил следующий способ и применил его для этой цели. Берут большой легкий и закрытый сосуд и точно определяют его объем и вес в пустоте, проверяя их время от времени. При взвешивании его мы получаем вес в воздухе данной плотности, и вычитая этот вес из его абсолютного веса и деля на его объем, получаем плотность воздуха.

[36] Шлёсинг исследовал равновесие аммиака атмосферы и рек, морей и т. д. и показал, что количество этого газа взаимообменивается между ними. Отношение между количеством аммиака в кубическом метре воздуха и литре воды при 0° = 0,004, при 10° = 0,010, при 25° = от 0,040 до 1, и поэтому в природе существует состояние равновесия в количестве аммиака в атмосфере и водах.

[37] Будучи образованы в воздухе, эти окисляющие вещества (N_2O_3, озон и перекись водорода) в то же время быстро исчезают из него, окисляя те вещества, которые способны окисляться. Вследствие этой нестойкости их количества значительно колеблются, и, как и следовало ожидать, они встречаются в заметном количестве в чистом воздухе, тогда как количество их падает до нуля в воздухе городов и особенно в жилищах, где имеется максимум веществ, способных к окислению, и минимум условий для образования таких тел. Существует причинная связь между количеством этих веществ, присутствующих в воздухе, и его чистотой — то есть количеством присутствующих в воздухе посторонних остатков органического происхождения, подверженных окислению. Там, где таких остатков много, их количество должно быть малым. Когда они присутствуют, количество органических веществ должно быть небольшим, иначе они разрушились бы. По этой причине предпринимались попытки применять озон для очищения воздуха, выделяя его искусственным путем в атмосфере; например, пропусканием серии электрических искр через вентиляционные трубы, подводящие воздух в здание. Воздух, озонированный таким образом, разрушает путем окисления — то есть осуществляет сгорание — присутствующие в воздухе органические остатки и тем самым служит для его очищения. По этим причинам воздух городов содержит меньше озона и подобных ему окислителей, чем деревенский воздух. Это составляет отличительную особенность деревенского воздуха. Однако животная жизнь не может существовать в воздухе, содержащем сравнительно большое количество озона.

[38] Среди них можно упомянуть йод и алкоголь, C_2H_6O, которые Мюнц обнаружил постоянно присутствующими в воздухе, почве и воде, хотя и лишь в мельчайших следах.

[39] Часть атмосферной пыли имеет космическое происхождение; это несомненно доказывается тем фактом, что она содержит металлическое железо, как и метеориты. Норденшельд нашел железо в пыли, покрывающей снег, а Тиссандье — во всякого рода воздухе, хотя, естественно, в очень малых количествах.

[40] Идея самопроизвольного зарождения организмов в подходящей среде, хотя и поддерживаемая до сих пор многими, после работ Пастера и его последователей (и отчасти его предшественников) была отброшена, потому что было доказано, как, когда и откуда (из воздуха, воды и т. д.) появляются зародыши; что брожение, равно как и инфекционные болезни, не могут происходить без них; и главным образом потому, что было показано: любое изменение, сопровождающееся развитием внесенных организмов, может быть вызвано по воле путем введения зародышей в подходящую среду.

[41] В дальнейшее подтверждение того факта, что гниение и брожение зависят от зародышей, переносимых по воздуху, можно привести то обстоятельство, что ядовитые вещества, уничтожающие жизнь организмов, останавливают или затрудняют появление вышеуказанных процессов. Воздух, нагретый докрасна или пропущенный через серную кислоту, больше не содержит зародышей организмов и теряет способность вызывать брожение и гниение.

[42] Их присутствие в воздухе естественно объясняется распространением зародышей в атмосфере, и благодаря своим микроскопическим размерам они, как бы зависают в воздухе в силу своих больших поверхностей по сравнению с весом. В Париже количество пыли, взвешенной в воздухе, составляет от 6 (после дождя) до 23 граммов на 1000 куб. м воздуха.

[43] Подобные случаи мы видим повсюду. Например, преобладающая масса песка и глины в почве почти не принимает химического участия в экономии почвы в отношении питания растений. Растения своими корнями ищут вещества, которые рассеяны в сравнительно малых количествах в почве. Если удалить большое количество этих питательных веществ, то растения не будут развиваться в почве, точно так же как животные гибнут в кислороде.

[44] Человек при дыхании сжигает около 10 граммов углерода в час — то есть он производит около 880 граммов, или (поскольку 1 куб. м углекислого ангидрида весит около 2000 граммов) около 5/12 куб. м углекислого ангидрида. Воздух, выходящий из легких, содержит 4 % углекислого ангидрида по объему. Выдыхаемый воздух действует как прямой яд вследствие этого газа и других примесей.

[45] По этой причине свечи, лампы и газ изменяют состав воздуха почти так же, как дыхание. При сжигании 1 килограмма стеариновых свечей изменяется 50 кубических метров воздуха — как при дыхании, то есть в этом объеме воздуха образуется 4 % углекислого ангидрида. Дыхание животных и выделения их кожи, а особенно из кишечника и экскрементов и происходящие в них превращения, загрязняют воздух в еще большей степени, поскольку они вводят в воздух иные летучие вещества помимо углекислого ангидрида. В то время как образуется углекислый ангидрид, количество кислорода в воздухе уменьшается и замечается появление миазмов, которые встречаются в небольшом количестве, но заметны при переходе из свежего воздуха в замкнутое пространство, наполненное таким испорченным воздухом. Исследования Шмидта, Леблана и др. показывают, что даже при 20,6 % кислорода (вместо 20,9 %), когда уменьшение вызвано дыханием, воздух становится заметно менее пригодным для дыхания и тяжелое чувство, испытываемое в таком воздухе, возрастает при меньшем проценте кислорода. Трудно оставаться в течение нескольких минут в воздухе, содержащем 17,2 % кислорода. Эти данные были получены главным образом при наблюдениях за воздухом различных шахт на различных глубинах под поверхностью. Воздух театров и зданий, заполненных людьми, также оказывается содержащим меньше кислорода; однажды было обнаружено, что к концу театрального представления воздух в партере содержал 20,75 % кислорода, в то время как воздух в верхней части театра содержал лишь 20,36 %. Количество углекислого ангидрида в воздухе может приниматься за меру его чистоты (Петтенкофер). Когда оно достигает 1 %, людям очень трудно долго оставаться в таком воздухе, и необходимо устраивать усиленную вентиляцию для удаления испорченного воздуха. Чтобы поддерживать воздух в жилищах в неизменно хорошем состоянии, необходимо вводить по меньшей мере 10 кубических метров свежего воздуха в час на человека. Мы видели, что человек выдыхает около пяти двенадцатых кубического метра углекислого ангидрида в сутки. Точные наблюдения показали, что воздух, содержащий одну десятую процента выдыхаемого углекислого ангидрида (а следовательно, и соответствующее количество других веществ, выделяющихся вместе с ним), не ощущается как удушливый; и поэтому пять двенадцатых кубического метра углекислого ангидрида следует разбавить 420 кубическими метрами свежего воздуха, если желательно поддерживать не более одной десятой процента (по объему) углекислого ангидрида в воздухе. Отсюда человеку требуется 420 кубических метров воздуха в сутки, или 18 кубических метров в час. При введении лишь 10 кубических метров свежего воздуха на человека количество углекислого ангидрида может достигать одной пятой процента, и воздух тогда не будет обладать требуемой свежестью.