Досліди Прістлі та як був відкритий фотосинтез та кисень

Близько 2500 років тому давні греки визначили повітря - поряд із землею, вогнем та водою - як один із чотирьох елементарних компонентів творіння. Зараз ця вистава може здатися чарівно примітивною. Але в той час це мало прекрасний сенс, і було так мало причин заперечувати це, що ідея зберігалася до кінця XVIII століття. Це могло б продовжуватися ще довше, якби не вільно мислячий англійський хімік і незалежний богослов на ім'я Джозеф Прістлі.

У середині 18 століття концепція елемента ще розвивалася. Дослідники виділили не більше двох дюжин або близько елементів, залежно від того, хто підраховував. Було незрозуміло, як повітря вписується у цю систему. Ніхто не знав, що це таке, і дослідники продовжували знаходити, що це може бути перетворено на таку різноманітність форм, що вони зазвичай говорили про різні «речі».

Перші хіміки дізналися, що основним методом зміни природи повітря було нагрівання або спалювання в ньому будь-якої сполуки. У другій половині 1700-х років інтерес до таких газів різко зріс. Парова машина перебувала у процесі перетворення цивілізації, і вчені всіх категорій були зачаровані процесом горіння та участю повітря у ньому. Вчених також цікавила проблема покращення якості повітря, його очищення. Вже давно було відомо, що під час дихання повітря погіршується. У цій галузі працював англійський священик, дослідник і хімік Джозеф Прістлі (1733-1804). Він припустив, що рослини можуть покращувати склад повітря.

Прістлі, що жив у XVIII столітті, можна вважати першим фізикохіміком у сучасному розумінні цієї наукової спеціалізації. Займаючись хімією, він вивчав насамперед фізичні зміни реагентів та продуктів реакцій. Такий підхід дозволив йому в одному із дослідів відкрити явище фотосинтезу.

17 серпня 1771 року священик Джозеф Прістлі відкрив явище фотосинтезу.

Точна дата досвіду Прістлі, який привів його до думки, що зелені рослини здатні відновити повітря, «зіпсоване» диханням або горінням, відома з його шеститомної праці «Досліди та спостереження різних видів повітря». Він уже знав, що свічка в герметичній посудині швидко гасне, «зіпсувавши» повітря. Але зелені рослини не гинули. Наступний експеримент був очевидним, і його результат виявився очікуваним.

Прістлі зробив простий, але дуже інформативний експерімент. Він помістив під скляний герметичний ковпак мишу. Через деякий час звірятко почало судорожно корчитися, широко відкривати рота і незабаром померло.

^{Досвід Прістлі, фото: libtime}
Прістлі дійшов висновку про те, що чисте повітря під ковпаком скінчилося, а те що видихається мишею стало не придатним для дихання. У другому експерименті він помістив разом із мишею під ковпак м'яту, що росте у горщику. У сусідстві з рослиною миша вільно дихала герметично закрита ковпаком.

Вчений продовжив свої досліди, змінюючи умови: ставив ковпак з мишею та рослиною на вікно, прибирав у темну шафу… І зробив абсолютно правильний висновок про те, що рослини на світлі «покращують» повітря, «зіпсоване» диханням та горінням. Так Джозеф Прістлі став одним із першовідкривачів кисню, вуглекислого газу та фотосинтезу.

Зараз кожен школяр знає, що при горінні та диханні кисень окислюється до вуглекислого газу, а зелені рослини поглинають вуглекислий газ та виділяють кисень. Але тоді ні Прістлі, ні хтось із його сучасників-вчених не знали, що таке вуглекислий газ та кисень.

Торішнього серпня 1771 року він відкрив те, що потім назвали фотосинтезом,— грандіозне явище, завдяки якому можливе життя Землі. А кисень Прістлі відкрив лише через три роки.

^{Джозеф Прістлі, першовідкривач кисню, Ernest Board - полотно, олія - 1912 - (Wellcome Library (United Kingdom)), фото: wahooart}
1 серпня 1774 року він провів свій найвідоміший експеримент. Використовуючи скляну «палаючу лінзу» шириною 12 дюймів, він сфокусував сонячне світло на шматку червоного оксиду ртуті в перевернутому скляному посуді, поміщеному в калюжу ртуті. Він виявив, що газ, що виділяється, був «в п'ять або шість разів краще, ніж звичайне повітря». У наступних тестах він змусив полум'я сильно горіти і залишив мишу живою приблизно в чотири рази довше, ніж така ж кількість повітря.

Прістлі назвав своє відкриття «дефлогістованим повітрям» на підставі теорії, що воно так добре підтримує горіння, тому що не містить флогістону і, отже, може поглинати максимальну кількість під час горіння. (Роком раніше шведський аптекар Карл Вільгельм Шееле виділив той самий газ і спостерігав аналогічну реакцію. Шееле назвав свій матеріал «вогненним повітрям». Але його результати не були опубліковані до 1777 року.

Хоч би як називався газ, його ефекти були чудовими. «Відчуття цього газу в моїх легенях, - писав Прістлі, - не сильно відрізнялося від відчуття звичайного повітря, але мені здалося, що протягом деякого часу мої груди відчували себе особливо легкими і свіжими. Хтозна, але згодом це чисте повітря може стати модним предметом розкоші. Досі тільки дві миші, і я мали честь дихати їм». 

^{Фотосинтез, фото: wikipedia}
Важко переоцінити важливість відкріття Прістлі. Вчені тепер розпізнають 92 елементи, що зустрічаються в природі, включаючи азот і кисень, основні компоненти повітря. Вони становлять 78 та 21 відсоток атмосфери відповідно.

Перелік інших наукових заслуг Прістлі досить значний, його навіть називають «батьком сучасної хімії». Але фізикою та хімією він займався лише у вільний час. На життя він заробляв, викладаючи у семінарії та служачи священиком у церкві. І ще встигав складати багатотомні праці з теології та брати активну участь у «війні памфлетів» на актуальні політичні теми. При цьому він був священиком дисентерської церкви, близької до кальвінізму і державної англіканської церкви, що не підкорялася.

Прістлі був надзвичайно продуктивним у дослідженнях і широко відомий у філософії. Він винайшов газовану воду та гумову гумку, визначив дюжину ключових хімічних сполук та написав важливу ранню статтю про електрику. 

^{Апарат Прістлі, фото: poradu}
Якщо проводити аналогію з сучасністю, то Прістлі був досить популярним у Європі блогером з ухилом у дисидентство, що мало не коштувало йому життя, коли за його захоплені відгуки про революцію у Франції натовп розгромив і спалив його будинок у Бірмінгемі.

Коли його гучна підтримка американської та французької революцій зробила небезпечним перебування на батьківщині, Прістлі залишив Англію в 1794 і продовжував свою роботу в Америці до самої смерті. Остання його праця «Загальна історія християнської церкви» була присвячена Томасу Джефферсону, який знав Прістлі ще за часів своєї служби послом США у Франції і, будучи президентом США, допоміг його сім'ї влаштуватися на новій батьківщині.

Прістлі продовжив свої дослідження, виділивши чадний газ (який він назвав «важким займистим повітрям») і заснував унітарну церкву в Сполучених Штатах. Здебільшого він вів тихе і задумливе життя - особливо після того, як його друг Томас Джефферсон був обраний президентом у 1800 році. 

^{Джозеф Прістлі, фото: soloesciencia}
Під час своєї останньої поїздки до Філадельфії він сказав Філософському суспільству, що «будучи змушеним залишити країну, яка давно відрізнялася науковими відкриттями, я вважаю себе щасливим завдяки тому, що мене прийняли в іншій країні, яка слідує її прикладу і яка вже дає перспективи досягнення ним такої ж популярності". Його слова виявилися пророчими.

Колоквіум, проведений до століття відкриття Прістлі кисню, призвів до заснування Американського хімічного товариства – на сьогоднішній день найбільшого наукового товариства у світі – у 1876 році.

3 лютого 1804 року Прістлі почав експеримент, але виявився занадто слабким, щоб продовжувати. Він ліг у своє ліжко у своїй бібліотеці, щоб більше ніколи не виходити з неї. 6 лютого він викликав одного зі своїх синів та помічника. Він продиктував деякі зміни у рукописі. Коли він був задоволений виправленнями, він сказав: «Правильно. Тепер я зробив. Через кілька хвилин він помер безболісно, поклавши край тому, що Джефферсон назвав «одним з небагатьох життів, дорогоцінних для людства».