Опыты Пристли и как был открыт фотосинтез и кислород

Около 2500 лет назад древние греки определили воздух - наряду с землей, огнем и водой - как один из четырех элементарных компонентов творения. Сейчас это представление может показаться очаровательно примитивным. Но в то время это имело прекрасный смысл, и было так мало причин оспаривать это, что идея сохранялась до конца 18 века. Это могло бы продолжаться еще дольше, если бы не свободно мыслящий английский химик и независимый богослов по имени Джозеф Пристли.

В середине 18 века концепция элемента все еще развивалась. Исследователи выделили не более двух дюжин или около того элементов, в зависимости от того, кто подсчитывал. Было непонятно, как воздух вписывается в эту систему. Никто не знал, что это такое, и исследователи продолжали находить, что это может быть преобразовано в такое разнообразие форм, что они обычно говорили о разных «вещах».

Первые химики узнали, что основным методом изменения природы воздуха было нагревание или сжигание в нем какого-либо соединения. Во второй половине 1700-х годов интерес к таким газам резко возрос. Паровая машина находилась в процессе преобразования цивилизации, и ученые всех категорий были очарованы процессом горения и ролью воздуха в нем. Ученых также интересовала проблема улучшения качества воздуха, его очистки. Уже давно было известно, что во время дыхания воздух «ухудшается».  В данной области работал английский священник, естествоиспытатель и химик Джозеф Пристли (1733–1804). Он сделал предположение, что растения могут улучшать состав воздуха.

Пристли, жившего в XVIII веке, можно считать первым физикохимиком в современном понимании этой научной специализации. Занимаясь химией, он изучал прежде всего физические изменения реагентов и продуктов реакций. Такой подход позволил ему в одном из опытов открыть явление фотосинтеза.

17 августа 1771 года священник Джозеф Пристли открыл явление фотосинтеза.

Точная дата опыта Пристли, который привел его к мысли, что зеленые растения способны восстановить воздух, «испорченный» дыханием или горением, известна из его шеститомного труда «Опыты и наблюдения разных видов воздуха». Он уже знал, что свеча в герметичном сосуде быстро гаснет, «испортив» воздух. Но зеленые растения не гибли. Следующий эксперимент был очевиден, и его результат оказался ожидаемым. 

Пристли проделал простой, но очень информативный опыт. Он поместил под стеклянный герметичный колпак мышь. Через некоторое время зверек начал судорожно корчиться, широко открывать рот и вскоре умер.

^{Опыт Пристли, фото: libtime}
Пристли пришел к выводу о том, что чистый воздух под колпаком кончился, а выдыхаемый мышью стал не пригоден для дыхания. Во втором эксперименте он поместил вместе с мышью под колпак мяту, растущую в горшочке. В соседстве с растением мышь свободно дышала герметично закрытая колпаком. 

Ученый продолжил свои опыты, меняя условия: ставил колпак с мышью и растением на окно, убирал в темный шкаф… И сделал абсолютно правильный вывод о том, что растения на свету «улучшают» воздух, «испорченный» дыханием и горением. Так Джозеф Пристли стал одним из первооткрывателей кислорода, углекислого газа и фотосинтеза.

Сейчас каждый школьник знает, что при горении и дыхании кислород окисляется до углекислого газа, а зеленые растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Но тогда ни Пристли, ни кто-либо из его современников-ученых не знали, что такое углекислый газ и кислород.

В августе 1771 года он открыл то, что потом назвали фотосинтезом,— грандиозное явление, благодаря которому возможна жизнь на Земле. А кислород Пристли открыл только спустя три года. 

^{Джозеф Пристли, первооткрыватель кислорода, Ernest Board - холст, масло - 1912 - (Wellcome Library (United Kingdom)), фото: wahooart}
1 августа 1774 года он провел свой самый известный эксперимент. Используя стеклянную «горящую линзу» шириной 12 дюймов, он сфокусировал солнечный свет на куске красноватого оксида ртути в перевернутом стеклянном сосуде, помещенном в лужу ртути. Он обнаружил, что выделяемый газ был «в пять или шесть раз лучше, чем обычный воздух». В последующих тестах он заставил пламя сильно гореть и оставил мышь в живых примерно в четыре раза дольше, чем такое же количество воздуха.

Пристли назвал свое открытие «дефлогистированным воздухом» на основании теории, что он так хорошо поддерживает горение, потому что не содержит флогистона и, следовательно, может поглощать максимальное количество во время горения. (Годом ранее шведский аптекарь Карл Вильгельм Шееле выделил тот же газ и наблюдал аналогичную реакцию. Шееле назвал свой материал «огненным воздухом». Но его результаты не были опубликованы до 1777 года.

Как бы ни назывался газ, его эффекты были замечательными. «Ощущение этого в моих легких, - писал Пристли, - не сильно отличалось от ощущения обычного воздуха, но мне показалось, что в течение некоторого времени моя грудь чувствовала себя особенно легкой и свежей. Кто знает, но со временем этот чистый воздух может стать модным предметом роскоши. До сих пор только две мыши и я имели честь дышать им».

^{Фотосинтез, фото: wikipedia}
Трудно переоценить важность откровения Пристли. Ученые теперь распознают 92 встречающихся в природе элемента, включая азот и кислород, основные компоненты воздуха. Они составляют 78 и 21 процент атмосферы соответственно.

Перечень других научных заслуг Пристли достаточно внушителен, его даже называют «отцом современной химии». Но физикой и химией он занимался только в свободное время. На жизнь он зарабатывал, преподавая в семинарии и служа священником в церкви. И еще успевал сочинять многотомные труды по теологии и активно участвовать в «войне памфлетов» на актуальные политические темы. При этом он был священником диссентерской церкви, близкой к кальвинизму и не подчинявшейся государственной англиканской церкви.

Пристли был чрезвычайно продуктивным в исследованиях и широко известен в философии. Он изобрел газированную воду и резиновый ластик, определил дюжину ключевых химических соединений и написал важную раннюю статью об электричестве.

^{Аппарат Пристли, фото: poradu}
Если проводить аналогию с современностью, то Пристли был довольно популярным в Европе блогером с уклоном в диссидентство, что едва не стоило ему жизни, когда за его восторженные отзывы о революции во Франции толпа разгромила и сожгла его дом в Бирмингеме. 

Когда его громкая поддержка американской и французской революций сделала опасным оставаться на родине, Пристли покинул Англию в 1794 году и продолжал свою работу в Америке до самой смерти. Последний его труд «Общая история христианской церкви» был посвящен Томасу Джефферсону, который знал Пристли еще во времена своей службы послом США во Франции и, уже будучи президентом США, помог его семье устроиться на новой родине.

Пристли продолжил свои исследования, выделив угарный газ (который он назвал «тяжелым воспламеняющимся воздухом») и основал унитарную церковь в Соединенных Штатах. По большей части он вел тихую и задумчивую жизнь - особенно после того, как его друг Томас Джефферсон был избран президентом в 1800 году.

^{Джозеф Пристли, фото: soloesciencia}
Во время своей последней поездки в Филадельфию он сказал Философскому обществу, что «будучи вынужденным покинуть страну, которая давно отличалась научными открытиями, я считаю себя счастливым благодаря тому, что меня приняли в другой стране, которая следует ее примеру и которая уже дает перспективы достижения им такой же известности". Его слова оказались пророческими. 

Коллоквиум, проведенный к столетию открытия Пристли кислорода, привел к основанию Американского химического общества - на сегодняшний день крупнейшего научного общества в мире - в 1876 году.

3 февраля 1804 года Пристли начал эксперимент, но оказался слишком слаб, чтобы продолжать. Он лег в свою кровать в своей библиотеке, чтобы больше никогда не выходить из нее. 6 февраля он вызвал одного из своих сыновей и помощника. Он продиктовал некоторые изменения в рукописи. Когда он был удовлетворен исправлениями, он сказал: «Верно. Теперь я сделал». Через несколько минут он умер безболезненно, положив конец тому, что Джефферсон назвал «одной из немногих жизней, драгоценных для человечества».