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WICHTIGSTEN WISSENSCHAFTLICHEN ENTDECKUNGEN
Boyle-Mariotte-Gesetz. Geschichte und Wesen der wissenschaftlichen Entdeckung
Verzeichnis / Die wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen Forschung des großen englischen Wissenschaftlers Junge legte den Grundstein für die Geburt einer neuen chemischen Wissenschaft. Er hob die Chemie als eigenständige Wissenschaft hervor und zeigte, dass sie ihre eigenen Probleme, ihre eigenen Aufgaben hat, die mit eigenen Methoden gelöst werden müssen, anders als die Medizin. Durch die Systematisierung zahlreicher Farbreaktionen und Fällungsreaktionen legte Boyle den Grundstein für die analytische Chemie. Er wurde auch der Autor eines der ersten Gesetze der aufstrebenden physikalischen und chemischen Wissenschaft. Robert Boyle (1627–1691) war das dreizehnte von vierzehn Kindern von Richard Boyle, dem ersten Herzog von Cork, einem wilden und erfolgreichen Geldschmuggler, der zur Zeit von Königin Elizabeth lebte und sein Land durch die Beschlagnahme fremder Ländereien vervielfachte. Er wurde auf Lismore Castle geboren, einem der irischen Anwesen seines Vaters. Dort verbrachte Robert seine Kindheit. Er erhielt eine ausgezeichnete häusliche Ausbildung und wurde im Alter von acht Jahren Student an der Eton University. Dort studierte er vier Jahre lang und ging dann auf das neue Anwesen seines Vaters, Stolbridge. Wie damals üblich, wurden Robert und sein Bruder im Alter von zwölf Jahren auf eine Reise nach Europa geschickt. Er beschloss, seine Ausbildung in der Schweiz und in Italien fortzusetzen und blieb dort sechs lange Jahre. Boyle kehrte erst 1644 nach dem Tod seines Vaters, der ihm ein beträchtliches Vermögen hinterließ, nach England zurück. In Stallbridge richtete er ein Laboratorium ein, wo er Ende 1645 mit Forschungen in Physik, Chemie und Agrochemie begann. Boyle arbeitete gern gleichzeitig an mehreren Themen. Normalerweise erklärte er den Assistenten ausführlich, was sie für den Tag zu erledigen hatten, und zog sich dann ins Büro zurück, wo die Sekretärin auf ihn wartete. Dort diktierte er seine philosophischen Abhandlungen. Ein enzyklopädischer Wissenschaftler, Boyle, der sich mit Problemen der Biologie, Medizin, Physik und Chemie befasste, zeigte nicht weniger Interesse an Philosophie, Theologie und Linguistik. Boyle legte größten Wert auf Laborforschung. Am interessantesten und vielfältigsten waren seine Experimente in der Chemie. Er glaubte, dass die Chemie als Abspaltung von Alchemie und Medizin durchaus eine eigenständige Wissenschaft werden könnte. Zunächst beschäftigte sich Boyle mit der Gewinnung von Aufgüssen aus Blumen, Heilkräutern, Flechten, Baumrinde und Pflanzenwurzeln. Am interessantesten war der aus Lackmusflechten gewonnene violette Aufguss. Säuren veränderten seine Farbe in Rot, Laugen in Blau. Boyle befahl, Papier mit diesem Aufguss zu tränken und dann zu trocknen. Ein in die Testlösung getauchtes Stück Papier veränderte seine Farbe und zeigte an, ob die Lösung sauer oder alkalisch war. Es war eine der ersten Substanzen, die Boyle bereits als Indikatoren bezeichnete. Eine weitere Eigenschaft von Lösungen konnte ein aufmerksamer Wissenschaftler nicht übergehen: Wenn man einer Lösung von Silber in Salpetersäure etwas Salzsäure zusetzte, bildete sich ein weißer Niederschlag, den Boyle „Mondhornhaut“ (Silberchlorid) nannte. Wenn dieser Niederschlag in einem offenen Gefäß gelassen wurde, wurde er schwarz. Es war eine analytische Reaktion, die zuverlässig zeigte, dass die untersuchte Substanz den "Mond" (Silber) enthält. Der junge Wissenschaftler zweifelte weiterhin an der universellen Analysefähigkeit des Feuers und suchte nach anderen Analysemöglichkeiten. Seine langjährige Forschung zeigte, dass Stoffe, die von bestimmten Reagenzien beeinflusst werden, in einfachere Verbindungen zerfallen können. Mittels spezifischer Reaktionen konnten diese Verbindungen bestimmt werden. Einige Substanzen bildeten farbige Niederschläge, andere gaben ein Gas mit einem charakteristischen Geruch ab, andere ergaben farbige Lösungen usw. Boyle nannte die Prozesse der Zersetzung von Substanzen und die Identifizierung der resultierenden Produkte unter Verwendung charakteristischer Reaktionen Analyse. Es war eine neue Arbeitsweise, die der Entwicklung der analytischen Chemie Impulse gab. 1654 zog der Wissenschaftler nach Oxford, wo er seine Experimente mit einem Assistenten, Wilhelm Gomberg, fortsetzte. Die Forschung wurde auf ein Ziel reduziert: Substanzen zu systematisieren und sie nach ihren Eigenschaften in Gruppen einzuteilen. Nach Gomberg wurde der junge Physiker Robert Hooke sein Assistent. Sie widmeten ihre Forschungen hauptsächlich Gasen und der Entwicklung der Korpuskulartheorie. Nachdem Boyle aus wissenschaftlichen Veröffentlichungen über die Arbeit des deutschen Physikers Otto Guericke erfahren hatte, beschloss er, seine Experimente zu wiederholen, und erfand zu diesem Zweck das ursprüngliche Design einer Luftpumpe. Das erste Exemplar dieser Maschine wurde mit Hilfe von Hooke gebaut. Mit einer Pumpe konnten die Forscher die Luft fast vollständig entfernen. Alle Versuche, das Vorhandensein von Äther in einem leeren Gefäß nachzuweisen, blieben jedoch erfolglos. „Es gibt keinen Äther“, schloss Boyle. Er beschloss, den leeren Raum Vakuum zu nennen, was auf Lateinisch „leer“ bedeutet. Im Jahr 1660 vollendete Boyle auf seinem Anwesen sein erstes großes wissenschaftliches Werk – „Neue physikalisch-mechanische Experimente über das Gewicht der Luft und ihre Erscheinungsformen“. Das nächste Buch war The Skeptic Chemist. In diesen Büchern ließ Boyle nichts unversucht an Aristoteles‘ Lehre von den vier Elementen, die fast zweitausend Jahre lang existierte, Descartes‘ „Äther“ und den drei alchemistischen Prinzipien. Natürlich löste dieses Werk scharfe Angriffe bei den Anhängern des Aristoteles und der Kartäuser aus. Allerdings stützte sich Boyle dabei auf seine Erfahrung und daher waren seine Beweise unbestreitbar. Die meisten Wissenschaftler – Anhänger der Korpuskulartheorie – nahmen Boyles Ideen begeistert auf. Auch viele seiner ideologischen Gegner mussten die Entdeckungen des Wissenschaftlers anerkennen. Der junge Physiker Richard Townley wird sein neuer Assistent im Oxford-Labor. Zusammen mit ihm entdeckte Boyle eines der fundamentalen Gesetze der Physik und stellte fest, dass die Volumenänderung eines Gases umgekehrt proportional zur Druckänderung ist. Dies bedeutete, dass bei Kenntnis der Volumenänderung des Behälters die Änderung des Gasdrucks genau berechnet werden konnte. Diese Entdeckung war die größte Entdeckung des 1662. Jahrhunderts. Boyle beschrieb es erstmals XNUMX ("In Defense of the Doctrine of the Elasticity and Weight of Air") und nannte es bescheiden eine Hypothese. Ausschlaggebend für die Planung und Durchführung von Boyles Experimenten war der Begriff der Luftelastizität, der dem gängigen Druckbegriff entspricht. „Luftelastizität“, schreibt Gliozzi, „wurde nachgewiesen Paskal in einem von der Academy of Experiments und Guericke wiederholten Experiment. Eine Luftblase bläst sich auf, wenn sie in eine barometrische Kammer oder in einen evakuierten Tank gegeben wird. Auch Guerickes Experiment mit zwei kommunizierenden Gefäßen bezeugte die Elastizität der Luft. „Wir stellen nebenbei fest, dass die Theorie der Elastizität aus den beschriebenen Experimenten mit Luft geboren wurde machte auch die ersten Untersuchungen zur Elastizität von Festkörpern. Gegen ein solches Verständnis wehrte sich Francesco Lino (1595-1675), der im Wesentlichen die von Fabry vorgebrachten Ideen verteidigte, sowie Mersenne, der versuchte, den Torricelli-Effekt und das Ansaugen von Wasser durch eine Pumpe auf die Haftung von " hakenförmige" Wasser- und Luftteilchen, die miteinander kollidieren. In seinem 1660 veröffentlichten Werk "Über einen Versuch mit Quecksilber in Glasröhren ..." stellt Lino fest, dass man eine an beiden Enden offene Röhre in Quecksilber absenkt, dann das obere Ende mit dem Finger bedeckt und teilweise an der Röhre zieht aus Quecksilber, dann fühlt man, dass die Fingerkuppe in die Röhre gezogen wird. Diese Anziehungskraft, argumentiert Lino weiter, zeuge nicht von äußerem atmosphärischem Druck, sondern von einer inneren Kraft aufgrund unsichtbarer Fäden ("Funikel") aus materieller Substanz, die an einem Ende an einem Finger und am anderen an einer Quecksilbersäule befestigt seien. Jetzt sorgen solche Ideen nur für Schmunzeln, aber dann brauchten sie ernsthafte Überlegungen, die Boyle in seinem Werk „Defense against Lino“ getan hat, wo er beweisen will, dass die Elastizität der Luft mehr kann, als nur die „Torricellianische Säule“ zu halten. Boyle beschreibt seine Recherchen sehr detailliert: „Wir haben ein langes Glasrohr genommen, das mit geschickter Hand mit Hilfe einer Lampe so gebogen wurde, dass der nach oben gebogene Teil fast parallel zum Rest war. Das Loch in diesem kürzeren Bogen ... wurde hermetisch verschlossen Der kurze Bogen wurde auf seiner ganzen Länge durch einen Papierstreifen mit aufgedruckter Teilung, der sorgfältig aufgeklebt wurde, in Zoll (die jeweils auch in acht Teile unterteilt sind) unterteilt das Rohr. Der gleiche Papierstreifen wurde auf das lange Knie geklebt. Dann "wurde Quecksilber in einer solchen Menge in das Rohr gegossen, dass es den halbkreisförmigen oder gekrümmten Teil des Siphons füllte" und in beiden Knien auf gleicher Höhe stand. „Als dies erledigt war, begannen wir, dem langen Bein Quecksilber hinzuzufügen ... bis die Luft im kurzen Bein durch Kompression reduziert wurde, so dass es nur noch die Hälfte des ursprünglichen Volumens einnahm ... Wir behielten das längere Bein im Auge des Rohrs ... und wir stellten fest, dass das Quecksilber in diesem längeren Bogen 29 Zoll höher war als in dem anderen.“ Boyle fasste diese Experimente zusammen: „Als die Luft so komprimiert wurde, dass sie auf ein Viertel des ursprünglichen Volumens kondensiert wurde, versuchten wir, wie kalt die Luft aus dem mit Wasser befeuchteten Leinentuch die Luft verdicken würde. Und manchmal es schien, dass die Luft etwas komprimiert war, aber nicht so stark, dass daraus irgendwelche Schlüsse gezogen werden konnten.Dann versuchten wir auch, ob die Hitze die Luft ausdehnen würde, als sich die Flamme der Kerze dem Teil näherte, wo die Luft enthalten war , Aktion als die vorherige Erkältung. Interessanterweise zog nicht Boyle die Schlüsse aus den Studien, sondern Townley. Boyle weist darauf hin, dass Richard Townley beim Lesen der ersten Ausgabe seiner Arbeit „New Physico-Mechanical Experiments Concerning the Elasticity of Air“ die Hypothese aufstellte, dass „Drücke und Dehnungen umgekehrt proportional zueinander sind“. Ya.G. Dorfman schreibt: „Fünfzehn Jahre nach der Veröffentlichung dieser Studien durch Boyle, d.h. 1679, erschien in Frankreich die „Rede über die Natur der Luft“ von Abt Edme Mariotte, in der neben anderen Fragen ähnliche Experimente wie Boyles Experimente zum Studium der Zusammenhang zwischen Druck beschrieben, Luft und Volumen besetzt. Marriotte erwähnt seinen Vorgänger mit keinem Wort, als hätte er Boyles Arbeiten zur Pneumatik überhaupt nicht gekannt. Inzwischen waren Boyles Arbeiten weithin bekannt: Sie wurden in Latein und Englisch veröffentlicht. Allerdings , vergaß Marriotte zum ersten Mal nicht, seinen Vorgänger zu erwähnen, denn ebenso verlor er 1673 in einer Arbeit über Kollisionen kein Wort über die Arbeit Huygens, von letzterem nicht nur die Methodik des Experiments, sondern auch die Grundlagen der Theorie entlehnt. Mariottes Arbeit ist der von Boyle in Bezug auf die Gründlichkeit des Experiments deutlich unterlegen. Boyle misst, wie wir gesehen haben, die Höhe der Quecksilbersäule auf Sechzehntel Zoll, vergleicht die tatsächlich beobachteten Werte mit Berechnungen und weist auf den unvermeidlichen Fehler in den Messungen hin. Mariotte misst die Höhe der Quecksilbersäule in ganzen Zoll und beschränkt sich darauf zu berichten, dass die experimentellen Daten genau mit den berechneten übereinstimmen. Vorsichtig und kritisch nennt Boyle das von ihm entdeckte Gesetz nur eine „Hypothese“, die experimenteller Bestätigung bedarf. Mariotte erklärt es zu einem Gesetz oder einer Naturregel. Fairerweise sollte das "Boyle-Mariotte-Gesetz" also "Boyle-Townley-Gesetz" oder "Boyle-Townley-Hooke" heißen. Leider wird in Physikkursen manchmal fälschlicherweise behauptet, Mariotte habe Boyles Forschung „verfeinert“, was völlig falsch ist. Dennoch war es Mariotte (1620–1684), die die verschiedenen Rechtsanwendungen vorhersagte. Die wichtigste davon war die Berechnung der Höhe eines Ortes aus Barometerdaten. Die mit infinitesimalen Größen durchgeführte Berechnung scheiterte an der schwachen mathematischen Ausbildung des Wissenschaftlers. Später, im Jahr 1686, wandte sich der englische Astronom Edmond Halley (1656–1742) dem Problem zu, die Höhe aus dem atmosphärischen Druck zu bestimmen. Den meisten Lesern ist er durch den von ihm entdeckten Kometen bekannt, der seinen Namen trägt. Halley hat also eine Formel gefunden, die im Wesentlichen richtig ist, wenn man Temperaturänderungen nicht berücksichtigt. Die Essenz von Halleys Formel lief auf die Aussage hinaus, dass der atmosphärische Druck exponentiell abnimmt, wenn die Höhe arithmetisch fortschreitet. Autor: Samin D. K.
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