Почему это одно из 100 величайших открытий?
Концепция, открытая Робертом Бойлем (ныне называемая законом Бойля), заложила основу для всех количественных исследований и химического анализа газов. Это была первая количественная формула, описывающая поведение газов. Закон Бойля настолько важен для понимания химии, что его изучают на начальных курсах химии.
Гениальный экспериментатор, Бойль также доказал, что газы состоят из атомов, как и твёрдые тела. Но в газе атомы разнесены далеко друг от друга и разобщены, что позволяет их сжимать плотнее. Благодаря этим экспериментам Бойль помог убедить научный мир в существовании атомов – вопрос, который остаётся спорным и спустя 2000 лет после того, как Демокрит впервые предположил их существование в 440 году до нашей эры.
Как это было обнаружено?
Роберт Бойль был сыном графа и членом Британского научного общества. На заседании общества в 1662 году Роберт Гук выступил с докладом, описывающим французский эксперимент по упругости воздуха. Свойства воздуха представляли большой интерес для учёных XVII века.
Французские учёные построили латунный цилиндр, плотно пригнанный к поршню. Несколько человек сильно надавили на поршень, сжимая воздух, находящийся под ним. Затем они отпустили поршень. Поршень отскочил, но не до конца. Сколько бы французы ни повторяли этот эксперимент, поршень так и не смог подняться полностью.
Французы утверждали, что это доказывает, что воздух не обладает идеальной упругостью. После сжатия он оставался слегка сжатым.
Роберт Бойль утверждал, что французский эксперимент ничего не доказал. По его словам, их поршень был слишком тугим, чтобы полностью отскочить назад. Другие утверждали, что если ослабить затяжку поршня, воздух будет просачиваться по краям и эксперимент будет испорчен.
Бойль обещал создать идеальный поршень, который не будет ни слишком тугим, ни слишком свободным. Он также утверждал, что его идеальный поршень докажет неправоту французов.
Две недели спустя Роберт Бойль предстал перед обществом с большой стеклянной трубкой, придав ей форму перекошенной буквы U. Одна сторона этой буквы возвышалась более чем на три фута и была узкой. Другая сторона была короткой и толстой. Короткая сторона была запечатана сверху. Высокая, узкая сторона была открыта.
Бойль налил жидкую ртуть в свою трубку до тех пор, пока она не покрыла дно U-образной трубки и не поднялась немного по обеим сторонам. Над ртутью в короткой, широкой части находился большой объём воздуха. Поршнем, как объяснил Бойль, назывался любой механизм, сжимающий воздух. Поскольку для сжатия воздуха он использовал ртуть, трение, способное повлиять на результаты, не должно было оказываться, как это было во французском эксперименте.
Бойль записал вес стеклянного поршня и провёл на стекле линию, по которой ртуть выпускала скопившийся воздух. Бойль тонкой струйкой лил жидкую ртуть по длинному горлышку высокой стороны поршня, пока не заполнил горлышко. Ртуть теперь поднялась значительно выше середины короткой стороны. Захваченный воздух был сжат до объёма менее половины от первоначального под действием веса и силы ртути.
Бойль начертил вторую линию на короткой камере, чтобы отметить новый уровень ртути внутри, обозначив тем самым сжатый объем захваченного воздуха.
Затем он сливал ртуть через клапан в нижней части U-образной чаши, пока стеклянный поршень и ртуть не стали весить точно так же, как и в начале. Уровень ртути вернулся к своей начальной отметке. Захваченный воздух вернулся точно в исходное положение. Воздух был идеально упругим. Французы ошибались. Бойль был прав.
Роберт Бойль продолжил эксперименты со своим необычным стеклянным поршнем и заметил нечто весьма примечательное. Когда он удвоил давление (вес ртути) на запертый объём воздуха, его объём уменьшился вдвое. Когда он утроил давление, объём воздуха сократился до одной трети. Изменение объёма воздуха при сжатии всегда было пропорционально изменению давления, сжимающего этот воздух. Он вывел простое математическое уравнение, описывающее эту пропорциональность. Сегодня мы называем его законом Бойля. Ни одна другая концепция не оказалась столь полезной для понимания и использования газов для нужд человечества.
Интересные факты: океанограф Сильвия Эрл установила женский рекорд глубины для одиночного погружения (1000 метров или 3281 фут). Согласно концепции, открытой Бойл, давление на этой глубине более чем в 100 раз превышает давление на поверхность!
Больше для изучения
Бойль, Роберт. «Скептический химик». Нью-Йорк: Дувр, 2003.
Холл, Мэри. Роберт Бойль о натуральной философии. Блумингтон. Университет Индианы.
Пресс, 1995.
Хантер, Майкл. Роберт Бойл: переосмысление. Нью-Йорк. Кембриджский университет.
Пресс, 2003.
Ирвин, Кит. Романтика химии. Нью-Йорк. Viking Press, 1996.
Тайнер, Джон. Роберт Бойл. Пионер науки. Фентон, Мичиган. Mott Media, 1999.
Войчик, Ян. Роберт Бойль и пределы разума. Нью-Йорк. Cambridge University Press, 2003.
