Александр фон Гумбольдт. Вестник Европы

Прилагая эту теорию к составным частям воздухе, теория Бертолле утверждала, что при анализе его вовсе нетрудно отделить большую часть кислорода от азота, но все-таки некоторая часть его останется в связи с ним.

Против такого взгляда вооружились Рихтер и Дальтон, основатели стихиометрии, утверждавшие, что отдельные тела соединяются между собой только в определенных отношениях. Так, 14 частей по весу азота соединяются с 8 частями кислорода, затем с 16, с 24, с 30 и наконец с 40 или, следуя Гей-Люссаку, считая по объему, 2 части по объему азота соединяются с 1, 2, 3, 4, 5 частями кислорода, а не с 1 1/10, 1 2/10 и т. д. Все остальные вещества, в которых элементы встречаются в иных чем указанные отношениях, по этой теории не что иное, как механическая смесь, в которой – составные части совершенно самостоятельны, друг от друга независимы. Исследуя атмосферный воздух и находя, что на 27 частей (по объему) кислорода приходится 73 части азота, выходит, что на одну часть первого приходится 2 19/27 частей последнего. Подобное отношение не соответствует указанному выше закону, и из этого следует заключить, что атмосферный воздух представляет не химическое соединение, а просто смесь, которой химическую связь при анализе расторгнуть невозможно по простой причине – потому, что ее вовсе не существует.

Таково изменение, происшедшее во взглядах химиков на этот важный вопрос во время пребывания Гумбольдта в Америке. Возвратившись в Европу, он нашел, что прежняя теория была вытеснена, и кроме того, новые опыты, в особенности Дэви и Гей-Люсскака, показали, что количество кислорода в воздухе гораздо меньше, чем найденное прежде Гумбольдтом (вместо 27 составляет только 20 до 23% по объему). Пытаясь доказать справедливость найденных им чисел, Гумбольдт решился повторить вместе с Гей-Люссаком опыты при помощи новых, усовершенствованных методов. Ученые наши предпочли метод Вольты прочим. Он состоит в том, что к определенному количеству исследуемого воздуха примешивают определенное количество водорода; пропуская через эту смесь электрическую искру, кислород воздуха, соединяясь с частью водорода, образует воду. Из уменьшенного вследствие этого соединения объема смеси газов легко определить количество употребленного на образование воды кислорода.

Исследователи задали себе следующие четыре вопроса:

1) Поглощается ли совершенно кислород или водород при пропущении через смесь их, в эвдиометре Вольты, искры?

Ответ получается утвердительный, но только до тех пор, пока употребленная смесь газов не много удаляется от нормального состава: 1 часть кислорода, 2 части водорода (по объему). Если же одна из составных частей значительно превосходит меру, указанную этим отношением, то исследователи не могли вызвать ни взрыва при проходе электрической искры через смесь, ни поглощения. Из этого следует, что если мы желаем, чтобы при исследовании один газ исчез совершенно, отношение газов в смеси их не должно превосходить известных пределов, потому что в противном случае, если при исследовании воздуха часть находящегося в нем кислорода не будет поглощена, то ясно, что из части поглощенной никак нельзя заключить о количестве всего кислорода. Следовательно, анализируя воздух, следует прибавлять в него водород без избытка. Объяснение этого странного явления, данное Гумбольдтом, не может иметь здесь места; равно как применение его к уяснению световых метеоров. Он доказал, что объяснять последние сгоранием их в атмосфере водорода совсем несостоятельно.

2) Не менее важным был второй вопрос – изменяется ли или нет продукт сгорания обоих газов? Естественно, что если в одном случае большее количество водорода соединяется с определенным количеством кислорода, а другой раз меньшее, то из количества поглощаемого газа нельзя было бы вывести заключения о количестве кислорода. Оказалось, что отношение это совершенно постоянно; что образующаяся при проходе электрической искры вода заключает всегда – 88,9% (по весу) кислорода, ни более, ни менее!

Притом из опытов Гумбольдта и Гей-Люссака видно, что при этом сгорании кроме воды не образуется никакого постороннего продукта.

3) Ответ на третий вопрос – в каком отношении соединяются оба газа для образования воды – показал, что 100 частей (по объему) кислорода всегда соединяются с 200 частей водорода.

Наконец, 4) какая степень точности возможна при исследовании воздуха по методе Вольты? Приняв в соображение все возможные случайности ошибок, происходящие от калибра инструмента, свойства исследуемых газов и проч., Гумбольдт и Гей-Люссак убедились, что метод Вольты в три раза точнее остальных, так что ошибки при употреблении его не превышают 0,001 всего исследуемого количества воздуха; иными словами: полученные при посредстве этого метода данные могут быть только на 1/10% больше или меньше настоящих.

Заручившись такой верной и надежной методой, оба ученых приступили к применению ее. Они исследовали воздух, добытый ими на Сене, в городе и за городом при холодной, умеренной и теплой температуре, в дождливую и ясную погоду, при различных ветрах. Результаты их многочисленнейших анализов, произведенных всегда в тот же самый день, когда воздух был добыт, показали, что: 1) состав атмосферы вообще не изменяется; 2) количество кислорода ее равняется 21%; 3) воздух не заключает в себе водорода.

Найдя, что состав атмосферы вообще подвержен незначительным изменениям, Гумбольдт полагал, что причину различных результатов, добытых анализом его, следует искать в различии местных условий, при которых он был исследован. Конечно, вулканы, стоячая вода болот, брожение и т. п. могут отчасти изменять химический состав воздуха, поглощением кислорода или выделением вредных для дыхания газов, но на общую массу воздуха они не оказывают особенного влияния. Гумбольдт приписывал болезни, господствующие в некоторых местностях, не чрезмерному уменьшению кислорода, а примеси к атмосфере таких испарений, которые обнаружить не в силах никакой анализ. Находя мнение, по которому причина некоторых болезней лежит исключительно в уменьшении кислорода воздуха, он полагал более справедливым искать ее в совокупности разных условий: температуры, сырости, электричестве…

Гумбольдт и Гей-Люссак не ограничились анализом воздуха, собранного в различных местностях; они исследовали также и воздух, поглощенный разными жидкостями. Так, они анализировали его в речной, дождевой воде, в воде, полученной из снега, льда, растворов разных солей и проч., причем оказалось, что отношение кислорода к азоту в воздухе, таким образом добытом, подвержено значительным колебаниям.

Результаты, полученные этими учеными насчет состава воздуха, подтверждены в главном анализами новейших химиков, занимавшихся этим же предметом – Буссенго, Лесли, Реньо, хотя, конечно, определения последних благодаря новым методам еще несколько точнее, но точность эта не превосходит десятичных цифр, выразивших на несколько тысячных точнее данные, найденные Гумбольдтом и Гей-Люссаком.

V

Исследования температуры и климата – Изотермы и изохимены

Не менее важную роль, как воздух, играет в экономии природы теплота. По-этому, естественно, что человек давно обратил внимание на изучение законов ее. Попытки его на этом пути были, однако, долгое время безуспешны. Вместо того, чтобы рядом тщательных и многосторонних наблюдений подготовить для будущих поколений материал, разработав который можно было бы дойти до уяснения законов теплоты, древние и средние века завещали нам массу бесплодных теорий, основанных на неточных, отрывочных, непонятых наблюдениях и потому почти не годных для науки. Конечно, одни наблюдения тоже не ведут к истине. Если бы человек ограничивался только ими, то в результате мы получили бы такую массу фактов, которые удержать была бы не в силах самая счастливая память. Необходимо поэтому по временам подводить сделанные наблюдения, сводя итоги, под определенные частные законы. Пробелы, легко замечаемые между этими законами, указывают нам, что еще остается сделать, на что следует обратить внимание, в какую сторону направить исследование, какие аппараты следует придумать для возможно точного наблюдения.

Первый, создавший теорию теплоты, более или менее удовлетворявшую высказанным выше требованиям, был Галлей. Он учил (в конце XVII в.), что степень исходящей от Солнца теплоты в каждую минуту дня обусловливается положением этого светила над горизонтом, и поэтому теплота уменьшается по мере увеличения градусов широты. Но по мере удаления от экватора и приближения к полюсу мы замечаем постоянно увеличивающуюся разницу в продолжительности дня в различные времена года, пока наконец под полюсами полугодичный день (лето) сменяет полугодичную ночь (зиму). Обстоятельство это, по мнению Галлея, оказывает огромное влияние на теплоту, ибо хотя под высокими широтами Солнце и не достигает в полдень той высоты, на которую оно подымается под тропиками, однако более продолжительный день летом вознаграждает то, что ему недостает в интенсивности. Основываясь на этих соображениях, Галлей выражает отношение теплоты летнего дня под тропиками, у полярного круга и у полюса отношением следующих чисел: 1,834: 2,310: 2,506. Таким образом выходит, что у полюсов теплоты летнего дня больше, чем у тропиков. Так как зимой продолжительность ночи равняется продолжительности дня летом, то под высокими широтами зимний день тем более отстает от теплоты под экватором, чем более место в летнюю пору находилось в благоприятных относительно теплоты условиях.

Из сказанного видно, что теория эта была основана только на положении земли относительно солнца и продолжительности дня. Проверить ее в ту пору не было даже возможности, так как инструмент, при посредстве которого производится подобная проверка, термометр, тогда был еще так несовершенным, что употребить его для точных наблюдений не было возможности. Хотя Дреббель (в 1630 г.) и устроил термометр, но в то время не решен был даже вопрос о температурах, которые должны быть исходными точками при подобных определениях. Каждый отдельный инструмент представлял особенное разделение, так что, хотя по ним можно было определить, поднялась или понизилась ли температура вообще, но сравнить показания разных инструментов не было возможности. Достаточно упомянуть, что еще в 1714 г. Ньютон принимал на своем термометре крайними точками, с одной стороны, температуру тающего льда, а с другой – собственного тела. Промежуток между ними был разделен на 12 градусов. Из этого мы видим уже, что только Ньютон мог изготовлять инструменты, градусы которых были совершенно равны между собой, ибо, хотя температура человеческого тела представляет в различных индивидах весьма незначительные колебания, но все-таки разница существует. Такая единица меры теплоты напоминает происхождение линейных мер: фута, локтя… которые не могли в то время отличаться однообразием, необходимым для каждой меры, если каждый покупатель, продавец или вообще человек, измерявший длину чего-либо, принимал за единицу меры длины свою стопу (фут), свой локоть и т. п. Долгое еще время после Ньютона существовал хаос в разделении термометров, как теперь существует международный хаос в мерах и в монете, с которым пора бы покончить. Только в половине XVIII в. окончательно согласились употреблять три известные термометра – Фаренгейта, Реомюра и Цельсия – легко и удобно переводимые из одного в другой [38] .

38

Встречающиеся ниже указания температуры сделаны по Цельсию. – Прим. авт. ст.