Роберт Бойль
Роберт Бойль (1627-1691) — английский физик, химик и философ, один из учредителей Лондонского королевского общества. Сформулировал (1661) первое научное определение химического элемента, ввел в химию экспериментальный метод, положил начало химическому анализу. Способствовал становлению химии как науки. Установил (1662) один из газовых законов (закон Бойля - Мариотта).
Роберт Бойль родился 25 января 1627, г. Лисмор, графство Уотерфорд, Ирландия. Скончался 30 декабря 1691, в Лондоне).
Путешествия юности
Роберт родился в старинной аристократической семье Ричарда Бойля, графа Корка.
Первые годы жизни ребенка были не слишком счастливыми. Трех лет от роду Роберт потерял мать, был хилым и болезненным. По существовавшей тогда в аристократических семьях традиции, когда Роберту исполнилось 8 лет, его отдали в Итонский колледж, одно из престижных закрытых учебных заведений Англии. Но отец через три года забрал его оттуда, чтобы направить для продолжения учебы в Европу, в Швейцарию. В Женеве Роберт в течение двух лет изучал математику, философию и юриспруденцию. Потом он предпринял длительное путешествие по Европе, в частности, по Италии, где он с увлечением знакомился с произведениями искусства.
Своя лаборатория. Закон Бойля
17-ти лет Роберт Бойль возвращается в Англию. Потеряв к этому времени и отца и став круглым сиротой, он поселяется у своей сестры, но скоро переезжает в унаследованное им поместье Стальбридж в графстве Дорсетшир. Там он прожил восемь лет и, по-видимому, там Роберт и начал заниматься экспериментированием, хотя ни одной работы за эти годы он не опубликовал.
В 1654 начинается новый период в жизни Бойля. Он переезжает в Оксфорд, один из признанных центров тогдашней науки. Будучи состоятельным человеком, Бойль оборудует лабораторию и вместе со своим ассистентом, юным Робертом Гуком, будущим прославленным ученым и членом Королевского общества, приступает в 1655 к опытам. До 1668 Роберт Бойль остается директором и научным руководителем этой лаборатории,
Появившаяся в 1660 книга, итог этой работы, сразу стала классической. В ней описывался воздушный насос, изобретенный Бойлем и позволивший провести многочисленные эксперименты, и один из основных результатов, вошедший в физику под названием закона Бойля — вывод о том, что давление постоянной массы газа при постоянной температуре обратно пропорционально занимаемому им объему. Этот закон также известен как «Закон Бойля-Мариотта», но Эдм Мариотт установил его лишь в 1676, а опубликовал в 1679.
После 1660 интересы Роберта Бойля все больше перемещаются в сторону химии.
Вклад в развитие химической науки
Исследования великого ученого положили начало рождению новой химической науки. Бойль считал, что химия призвана стать одной из основополагающих наук в философии. Если для его современников химия была лишь искусством, помогающим аптекарям готовить лекарства, а алхимикам — искать философский камень, то для Бойля она была самостоятельной наукой со своими собственными задачами и методами. Он прекрасно понимал громадное значение химических знаний для изучения явлений природы и развития ремесел.
Роберт Бойль был великолепным экспериментатором и неутомимым наблюдателем, что позволило ему сделать открытия в различных областях химии. Круг его интересов был очень широк. Исследуя экстракты различных растений, он заметил, что настои фиалок, лакмусового лишайника и др. изменяют свой цвет под действием кислот и щелочей. Уже тогда Бойль назвал эти вещества индикаторами. До сегодняшнего дня для определения кислотности растворов современные химики используют изобретенную Бойлем индикаторную бумагу.
При исследовании настоя дубильного орешка в воде Роберт Бойль обнаружил, что с солями железа он образует раствор черного цвета, который может быть использован в качестве чернил. По разработанным им рецептам почти на протяжении века производились высококачественные черные чернила.
Его многолетние исследования показали, что при воздействии на вещества различными реактивами одни из них давали окрашенные растворы, другие выделяли газы с характерными запахами, третьи образовывали окрашенные осадки. Процессы разложения веществ и идентификацию полученных продуктов с помощью характерных реакций Бойль назвал анализом.
Систематизируя многочисленные цветные реакции и реакции осаждения, Роберт Бойль положил начало развитию аналитической химии. Многие из описанных им реакций до сих пор используются в качественном анализе для определения того или иного вещества.
На протяжении практически всей своей научной деятельности внимание Бойля привлекал процесс горения. Ученый обнаружил, что при обжиге металлов зола всегда была тяжелее взятого металла. Бойль сделал ряд открытий, но так и не смог дать правильного объяснения горению, так как, подобно многим ученым того времени, считал, что в огне содержится особый элемент «теплород». Он доказал, что при дыхании и при горении расходуется только часть воздуха.
Р. Бойль занимался изучением фосфора. Он впервые синтезировал фосфорную кислоту, газ фосфин и описал их свойства. Разрабатывая лучшие методы получения фосфора, он в 1680 получил белый фосфор, который долгое время называли фосфором Бойля.
Бойль внес огромный вклад в развитие теоретических основ химической науки. Он предпринял попытку систематизировать химические вещества, разделить их на группы в соответствии с их свойствами.
В книге «Химик-скептик» (1661) Роберт Бойль развил свои идеи о химических элементах, изложил основы корпускулярной теории строения вещества применительно к химии. Бойль критиковал учение Аристотеля и алхимиков и пытался объяснить превращения химических веществ на основе атомистических представлений. Элементами Бойль считал простые тела, которые не могут быть получены из других тел.
Многие из его учеников и помощников стали впоследствии известными учеными: Вильгельм (Гийом) Гомберг, Ричард Таунли, Иоганн Бехер и др.
Бойль ввел в лабораторную практику весы, хотя и небольшой точности (от 1 до 0,5 грана, т. е. 60-30 мг) и разработал способ взвешивания.
Королевское общество, признание ученого мира
В 1665 Роберт Бойль избирается почетным доктором физики Оксфордского университета, а через 3 года — членом Королевского общества.
Еще в Оксфорде Бойль много внимания уделял организации «Философской коллегии», где происходило общение ученых, где они делали доклады и обсуждали их. В Лондоне он принимал активное участие в использовании опыта работы этой «коллегии» в Королевском обществе и даже в 1680 был избран его президентом, но отказался от этой чести.
Бойль опубликовал результаты своих трудов более чем в двух десятках книг, во множестве статей. Его работы получили известность во многих научных центрах Европы. Все книги Роберта Бойля написаны по-английски, этим он разрушил традицию издавать научные книги на латинском языке.
Еще о Роберте Бойле:
В историю науки Роберт Бойль вошел не только как автор фундаментальных открытий, но также как первый в мире организатор науки. Его теория о корпускулярном строении веществ была шагом вперед на пути развития атомно-молекулярной теории. Исследования великого ученого положили начало рождению новой химической науки. Он выделил химию в самостоятельную науку и показал, что у нее свои проблемы, свои задачи, которые надо решать своими методами, отличными отмедицины. Систематизируя многочисленные цветные реакции и реакции осаждения, Бойль положил начало аналитической химии.
Роберт Бойль появился на свет 25 января 1627 года. Он был тринадцатым ребенком из четырнадцати детей Ричарда Бойля — первого герцога Коркского, свирепого и удачливого стяжателя, жившего во времена королевы Елизаветы и умножившего свои угодья захватом чужих земель.
Он родился в Лисмор Касле, одном из ирландских поместий отца. Там Роберт провел свое детство. Он получил превосходное домашнее образование и в возрасте восьми лет стал студентом Итонского университета. Там Роберт проучился четыре года, после чего уехал в новое поместье отца — Столбридж.
Как было принято в то время, в возрасте двенадцати лет Роберт вместе с братом отправили в путешествие по Европе. Он решил продолжить образование в Швейцарии и Италии и пробыл там долгие шесть лет. В Англию Роберт Бойль вернулся только в 1644 году, уже после смерти отца, который оставил ему значительное состояние.
В Столбридже часто устраивались приемы, где бывали известные по тем временам ученые, литераторы и политики. Здесь не раз велись жаркие споры, и Роберт по возвращении в Лондон стал одним из завсегдатаев подобных собраний. Однако будущий ученый мечтал от абстрактных споров перейти к настоящему делу.
Бойль мечтал о собственной лаборатории, однако просить сестру о материальной поддержке не осмеливался. Ему пришло в голову, что многочисленные постройки имения можно переоборудовать под лаборатории, к тому же оттуда рукой подать до Оксфорда, да и Лондон недалеко: можно будет по-прежнему встречаться с друзьями...
В верхнем этаже замка в Столбридже размещались спальня, кабинет, просторная зала и богатая библиотека. Каждую неделю извозчик доставлял из Лондона ящики с новыми книгами. Бойль читал их с невероятной быстротой. Порой он просиживал за книгой с утра до позднего вечера. Тем временем близились к завершению работы по оборудованию лаборатории.
К концу 1645 года в лаборатории начались исследования по физике, химии и агрохимии. Роберт Бойль любил работать одновременно по нескольким проблемам. Обычно он подробно разъяснял помощникам, что предстоит им сделать за день, а затем удалялся в кабинет, где его ждал секретарь. Там он диктовал свои философские трактаты.
Ученый-энциклопедист, Бойль, занимаясь проблемами биологии, медицины, физики и химии, проявлял не меньший интерес к философии, теологии и языкознанию. Бойль придавал первостепенное значение лабораторным исследованиям. Наиболее интересны и разнообразны его опыты по химии. Бойль считал, что химия, отпочковавшись от алхимии и медицины, вполне может стать самостоятельной наукой.
Поначалу Роберт Бойль занялся получением настоев из цветов, целебных трав, лишайников, древесной коры и корней растений... Много разных по цвету настоев приготовил ученый со своими помощниками. Одни изменяли свой цвет только под действием кислот, другие — под действием щелочей. Однако самым интересным оказался фиолетовый настой, полученный из лакмусового лишайника. Кислоты изменяли его цвет на красный, а щелочи — на синий. Бойль распорядился пропитать этим настоем бумагу и затем высушить ее. Клочок такой бумаги, погруженный в испытуемый раствор, изменял свой цвет и показывал, кислый ли раствор или щелочной. Это было одно из первых веществ, которые уже тогда Бойль назвал индикаторами. И как часто случается в науке, одно открытие повлекло за собой другое. При исследовании настоя чернильного орешка в воде Роберт Бойль обнаружил, что с солями железа он образует раствор, окрашенный в черный цвет. Этот черный раствор можно было использовать в качестве чернил. Бойль подробно изучил условия получения чернил и составил необходимые рецепты, которые почти на протяжении века использовались для производства высококачественных черных чернил.
Наблюдательный ученый не мог пройти мимо еще одного свойства растворов: когда к раствору серебра в азотной кислоте добавляли немного соляной кислоты, образовывался белый осадок, который Бойль назвал «луна корнеа» (хлорид серебра). Если этот осадок оставляли в открытом сосуде, он чернел. Совершалась аналитическая реакция, достоверно показывающая, что в исследуемом веществе содержится «луна» (серебро).
Молодой ученый продолжал сомневаться в универсальной аналитической способности огня и искал иные средства для анализа. Его многолетние исследования показали, что, когда на вещества действуют теми или иными реактивами, они могут разлагаться на более простые соединения. Используя специфические реакции, можно было определять эти соединения. Одни вещества образовывали окрашенные осадки, другие выделяли газ с характерным запахом, третьи давали окрашенные растворы и т. д. Процессы разложения веществ и идентификацию полученных продуктов с помощью характерных реакций Бойль назвал анализом. Это был новый метод работы, давший толчок развитию аналитической химии.
Однако научную работу в Столбридже пришлось приостановить. Из Ирландии пришла недобрая весть: восставшие крестьяне разорили замок в Корке, доходы имения резко сократились. В начале 1652 года Роберт Бойль вынужден был выехать в родовое поместье. Много времени ушло на улаживание финансовых проблем, был назначен более опытный управляющий, порой Бойль сам контролировал его работу.
В 1654 году ученый переселился в Оксфорд, где продолжил свои эксперименты вместе с ассистентом Вильгельмом Гомбергом. Исследования сводились к одной цели: систематизировать вещества и разделить их на группы в соответствии с их свойствами.
Бойль и Гомберг получили и исследовали много солей. Их классификация с каждым экспериментом становилась все обширнее и полнее. Не все в толковании ученых было достоверно, не все соответствовало существовавшим в те времена представлениям, и, однако, это был смелый шаг к последовательной теории, шаг, который превращал химию из ремесла в науку. Это была попытка ввести теоретические основы в химию, без которых немыслима наука, без которых она не может двигаться вперед.
После Гомберга его ассистентом стал молодой физик Роберт Гук. В основном они посвятили свои исследования газам и развитию корпускулярной теории.
Узнав из научных публикаций о работах немецкого физика Отто Герике, Бойль решил повторить его эксперименты и для этой цели изобрел оригинальную конструкцию воздушного насоса. Первый образец этой машины был построен с помощью Гука. Насосом исследователям удалось почти полностью удалить воздух. Однако все попытки доказать присутствие эфира в пустом сосуде оставались тщетными.
— Никакого эфира не существует, — сделал вывод Роберт Бойль. Пустое пространство он решил назвать вакуумом, что по-латыни означает «пустой».
Кризис, охвативший в конце пятидесятых годов всю Англию, прервал его научную работу. Возмущенные жестокой диктатурой Кромвеля сторонники монархии вновь поднялись на борьбу. Аресты и убийства, кровавая междоусобица стали обычным явлением в стране.
Роберт Бойль удалился в поместье: там можно было спокойно трудиться. Он решил изложить результаты своих исследований за последние десять лет. В кабинете Бойля работали почти круглосуточно два секретаря. Один под его диктовку записывал мысли ученого, другой переписывал начисто уже имевшиеся наброски. За несколько месяцев они закончили первую большую научную работу Бойля «Новые физико-механические эксперименты относительно веса воздуха и его проявления». Книга вышла в свет в 1660 году. Не теряя ни дня, Р. Бойль приступает к работе над следующим своим произведением: «Химик — скептик». В этих книгах Бойль камня на камне не оставил от учения Аристотеля о четырех элементах, существовавшего без малого две тысячи лет, декартова «эфира» и трех алхимических начал. Естественно, этот труд вызвал резкие нападки со стороны последователей Аристотеля и картезианцев. Однако Бойль опирался в нем на опыт, и потому доказательства его были неоспоримы. Большая часть ученых — последователи корпускулярной теории — с восторгом восприняли идеи Бойля. Многие из его идейных противников тоже вынуждены были признать открытия ученого, в их числе и физик Христиан Гюйгенс, сторонник идеи существования эфира.
После восшествия на престол Карла II политическая жизнь страны несколько нормализовалась, и ученый мог уже проводить исследования в Оксфорде. Иногда он наведывался в Лондон, к сестре Катарине. Его ассистентом в лаборатории Оксфорда теперь был молодой физик Ричард Таунли.
Вместе с ним Роберт Бойль открыл один из фундаментальных физических законов, установив, что изменение объема газа обратно пропорционально изменению давления. Это означало, что, зная изменение объема сосуда, можно было точно вычислить изменение давления газа. Величайшее открытие XVII века. Бойль впервые описал его в 1662 году («В защиту учения относительно эластичности и веса воздуха») и скромно назвал гипотезой. Пятнадцатью годами позже во Франции Мариотт подтвердил открытие Бойля, установив ту же закономерность. По сути дела это был первый закон рождающейся физико-химической науки.
Кроме того, Роберт Бойль доказал, что при изменении давления могут испаряться даже те вещества, с которыми этого не происходит в нормальных условиях, например лед. Бойль первым описал расширение тел при нагревании и охлаждении.
Охладив железную трубу, наполненную водой, Роберт Бойль наблюдал, как она разрывается под воздействием льда. Впервые в истории науки он показал, что при падении давления вода может кипеть, оставаясь чуть теплой.
Однако, открывая новые явления, Роберт Бойль не всегда мог объяснить их истинную причину. Так, наблюдая подъем жидкости в тонких трубках, он не понял, что открыл явление поверхностного натяжения. Это будет сделано много позже английским физиком Д. Стоксом.
Роберт Бойль также открыл, что воздух изменяется от горения в нем, некоторые металлы увеличиваются в весе при нагревании. Но он не суме извлечь из этих работ никаких теоретических заключений. Заметим, что вины Бойля в этом нет, поскольку он находился у самого начала эксперт ментальной физики.
Став ведущим английским физиком и химиком, Роберт Бойль выступил инициативой организации Общества наук, которое вскоре получило название Лондонского Королевского общества. Бойль состоял президентов этой научной организации с 1680 года до самой смерти. При его жизни королевское общество было признанным научным центром, вокруг которого объединились крупнейшие ученые того времени: Дж Локк,И. Ньютон, Д. Уоллес.
Бойль находился в расцвете творческих сил: одна за другой появлялись из-под его пера научные работы по философии, физике, химии. В 1664 году он публикует «Опыты и размышления о цветах».
Роберт Бойль к тому времени был в зените своей славы. Нередко его приглашают теперь во дворец, потому что и сильные мира сего считали честью для себя побеседовать хоть несколько минут со «светилом английской науки». Ему повсеместно оказывали почести и даже предложили стать членом компании «Королевские шахты». В следующем году его назначают директором Ост-индской компании. Однако все это не могло отвлечь ученого от основной работы. Бойль употреблял все полученные от этой должности доходы на развитие науки. Именно в Оксфорде Роберт Бойль создал одну из первых в Европе научных лабораторий, в которой вместе с ним работали многие известные ученые.
Выходят в свет новые его книги: «Гидростатические парадоксы», «Возникновение форм и качеств согласно корпускулярной теории», «О минеральных водах». В последней он давал прекрасное описание методов анализа минеральных вод.
В течение нескольких лет Роберт Бойль изучал вещество, названное светящимся камнем, или фосфором. В 1680 году он получил белый фосфор, который впоследствии еще долго называли фосфором Бойля.
Шло время. Здоровье Бойля сильно ухудшилось Он не мог уже следить за работой в лабораториях, не мог принимать деятельного участия в исследованиях. Однако ему необходимо было изложить те знания, которые он приобрел в процессе своих исследований на протяжении почти тридцати пяти лет. С этой целью Бойль отправляется в родовое поместье. Иногда он наезжал в Кембридж — побеседовать с Ньютоном, в Оксфорд — повидаться со старыми друзьями или в Лондон — встретиться с софистами. Но лучше всего он чувствовал себя дома, в своем кабинете среди книг. Теперь его занимали в основном философские проблемы.
Бойль был известен и как крупнейший богослов своего времени Казалось, это были несовместимые дисциплины, но сам ученый так написал об этом: «Демон наполнил мою душу ужасом и внушил мне сомнение в основных истинах религии».
Чтобы читать библейские тексты в подлинниках, Роберт Бойль даже изучил греческий и древнееврейский языки. Еще при жизни он учредил ежегодные научные чтения по богословию и истории религии.
Третья сторона деятельности Бойля была связана с литературой. Он обладал хорошим слогом и написал несколько стихотворений и трактат на темы морали.
Роберт Бойль умер 30 декабря 1691 года и погребен в Вестминстерском аббатстве — месте захоронения выдающихся людей Англии.
Умирая, Роберт Бойль завещал, чтобы весь его капитал был использован на развитие науки в Англии и на продолжение деятельности Королевского общества. Кроме того, он предусмотрел особые средства для проведения ежегодных научных чтений по физике и богословию.
