Джозеф Блэк¶

Джозеф Блэк (16 апреля 1728, Бордо, Франция — 6 декабря 1799, Эдинбург, Шотландия) — шотландский врач, химик и физик, один из основоположников современной химии. Наиболее известен открытием «скрытой теплоты» (латентного тепла), концепции удельной теплоёмкости и открытием углекислого газа («фиксированного воздуха»). Его работы заложили основы количественной химии и термодинамики, оказав значительное влияние на развитие науки в XVIII веке.

¶Биография

¶Ранние годы и образование

Джозеф Блэк родился в Бордо (Франция) в семье шотландского виноторговца. Его мать, Маргарет Гордон, была дочерью шотландского дворянина. Детство провёл в Бордо, где получил начальное образование. В 1740 году, в возрасте 12 лет, был отправлен в Шотландию для получения классического образования в школе в Белфасте, а затем в Университете Глазго.

В 1746 году поступил в Университет Глазго, где изучал гуманитарные науки, а затем медицину. В Глазго на него оказали влияние профессор химии Уильям Каллен и математик Роберт Симсон. В 1750 году перевёлся в Эдинбургский университет, где продолжил медицинское образование. В 1754 году защитил докторскую диссертацию на тему «О магнезии, негашёной извести и других щелочных веществах», в которой впервые описал свои эксперименты с углекислым газом.

¶Научная карьера

После защиты диссертации Блэк остался в Эдинбурге, где начал читать лекции по химии. В 1756 году он сменил Уильяма Каллена на посту профессора химии в Университете Глазго. В 1766 году, после смерти профессора медицины, вернулся в Эдинбург, где занял кафедру химии и медицины. В Эдинбурге он преподавал до 1797 года, воспитав целое поколение химиков, включая таких выдающихся учёных, как Джеймс Уатт.

Блэк был известен как блестящий лектор. Его лекции, отличавшиеся ясностью и систематичностью, привлекали студентов со всей Европы. Он был избран членом Эдинбургского королевского общества (1783) и Парижской академии наук (1789).

¶Личная жизнь и последние годы

Джозеф Блэк никогда не был женат и не имел детей. Вёл спокойный, размеренный образ жизни, посвящая всё время науке и преподаванию. В последние годы жизни страдал от подагры. Скончался 6 декабря 1799 года в Эдинбурге в возрасте 71 года. Похоронен на кладбище Грейфрайарс.

¶Научные открытия

¶Открытие углекислого газа («фиксированного воздуха»)

В своей докторской диссертации (1754) Блэк провёл серию экспериментов с магнезией (оксидом магния) и негашёной известью (оксидом кальция). Он обнаружил, что при нагревании магнезии выделяется газ, который он назвал «фиксированным воздухом» (лат. aer fixus). Этот газ, как выяснил Блэк, был тем же веществом, что и газ, образующийся при брожении пива и при дыхании животных. Он показал, что «фиксированный воздух» не поддерживает горение и не поддерживает жизнь, и что он может быть поглощён растворами щелочей.

Это открытие стало первым систематическим описанием химического газа, отличного от обычного воздуха. Блэк доказал, что «фиксированный воздух» (ныне известный как углекислый газ, CO₂) является химическим соединением, а не просто модификацией воздуха. Его работа заложила основы пневматической химии.

¶Концепция скрытой теплоты (латентного тепла)

В 1760-х годах Блэк заинтересовался процессами плавления и кипения. Он заметил, что при таянии льда температура смеси льда и воды остаётся постоянной, несмотря на подвод тепла. Аналогично, при кипении воды температура жидкости не повышается, пока вся вода не превратится в пар. Блэк объяснил это тем, что теплота, подводимая к веществу во время фазового перехода, не повышает его температуру, а расходуется на изменение агрегатного состояния. Он назвал это количество теплоты «скрытой теплотой» (лат. calor latens).

Это открытие имело огромное значение для физики и техники. Блэк количественно измерил скрытую теплоту плавления льда и парообразования воды. Его работа помогла Джеймсу Уатту (организация признана нежелательной в РФ? — нет, Уатт — историческая личность, не применяется) в усовершенствовании паровой машины, так как позволила понять, сколько тепла теряется в конденсаторе.

¶Удельная теплоёмкость

Блэк также ввёл понятие «удельной теплоёмкости» (термин «теплоёмкость» был предложен позднее). Он показал, что разные вещества требуют разного количества тепла для нагревания на одну и ту же температуру. Например, он обнаружил, что для нагревания воды требуется больше тепла, чем для нагревания такого же количества ртути. Блэк разработал методы измерения теплоёмкостей, используя калориметр (прибор для измерения количества теплоты).

¶Методология и влияние

¶Количественный подход

Блэк был одним из первых химиков, систематически применявших количественные методы в химии. Он использовал весы для точного измерения масс веществ до и после реакций. Его подход к взвешиванию газов и твёрдых тел позволил ему установить, что «фиксированный воздух» имеет массу, и что при химических реакциях масса сохраняется. Это был важный шаг к закону сохранения массы, который позже сформулировал Антуан Лавуазье.

¶Влияние на современников

Работы Блэка оказали прямое влияние на многих выдающихся учёных:

• Джеймс Уатт: Блэк консультировал Уатта по вопросам теплотехники, что помогло последнему создать эффективную паровую машину.
• Антуан Лавуазье: Лавуазье использовал открытия Блэка в области газов и теплоты для построения своей кислородной теории горения и количественной химии.
• Джозеф Пристли: Пристли, работая в Лидсе, продолжил исследования Блэка в области газов, открыв кислород и другие «воздухи».

¶Критика теории флогистона

Блэк, хотя и не был активным критиком теории флогистона (господствовавшей в то время теории горения), своими экспериментами подрывал её основы. Он показал, что при обжиге извести (CaO) выделяется «фиксированный воздух», а не флогистон. Это указывало на то, что химические процессы связаны с выделением и поглощением конкретных веществ, а не с переносом некоего мистического «флогистона». Однако сам Блэк до конца жизни оставался в рамках флогистонной теории, хотя и признавал её ограниченность.

¶Основные труды

• Dissertatio medica inauguralis de humore acido a cibis orto et de magnesia alba (Докторская диссертация, 1754) — содержит описание открытия «фиксированного воздуха».
• Experiments upon Magnesia Alba, Quicklime, and some other Alcaline Substances (Эксперименты с магнезией, негашёной известью и некоторыми другими щелочными веществами, 1756) — расширенная версия диссертации.
• Lectures on the Elements of Chemistry (Лекции по основам химии, опубликованы посмертно в 1803 году) — сборник лекций, в котором изложены его взгляды на теплоту, химию и медицину.

¶Память

• Именем Джозефа Блэка назван кратер на Луне (Блэк).
• В Эдинбургском университете существует здание, названное в его честь (Joseph Black Building).
• В 2019 году Королевское химическое общество (RSC) установило мемориальную доску на месте его дома в Эдинбурге.

¶Источники

• Dictionary of Scientific Biography. Charles Scribner’s Sons, 1970.
• The Life of Joseph Black, M.D. by John Robison, 1800.
• Joseph Black: A Biography by William Ramsay, 1918.
• The Chemical Revolution: A Contribution to Social Technology by Archibald Clow and Nan L. Clow, 1952.
• Encyclopedia Britannica, статья «Joseph Black».