Роберт Бойль ученый-исследователь, интересы которого распространялись на физику и химию, кроме этого он занимался богословием. Он родился в 1627 году в г. Лисмор (Ирландия) в семье графа. Образование получил в колледже Итона и Женевской академии.
Первоначально Р. Бойль изучал религиозные и философские вопросы и только потом обратил свое внимание на исследования в области физики и химии.
Основные научные интересы ученого в области физики
С 1644 года Бойль проживал в своем поместье в Столбридже, там занимался химическими исследованиями. В 1656 г. переехал в Оксфорд, где в 1665 году получил степень почетного доктора физики, а в 1668 году он перебрался в Лондон.
Научные разработки Р. Бойля были посвящены использованию эмпирических методов в физике и химии. Работы ученого лежат в основании атомистической теории. Ученый отдавал предпочтение эксперименту перед умозрением. Взгляды ученого сформированы под воздействием философии Ф. Бэкона. В работах Р. Бойля можно увидеть множество ссылок на мысли Бэкона о естественных науках, и прежде всего о главенстве эксперимента как критерия истины.
Большое количество экспериментов Бойль проводил при помощи насоса, который был сконструирован Отто фон Герике. В 1660 г. совместно с Гуком они усовершенствовали конструкцию воздушного насоса Герике (сейчас этот насос именуют насосом Бойля).
Примерно в это время опубликована работа Р. Бойля «Новые физико-механические опыты, касающиеся упругости воздуха». В 1661 году Р. Бойлем был открыт закон изменения объема воздуха при изменении давления. Совместно с Р. Тоунли ученый установил обратную пропорциональную зависимость давления газа от его объема.
Этот же газовый закон был независимо от Р. Бойля открыт французским физиком Э. Мариоттом (1676 год). В настоящее время закон именуют законом Бойля – Мариотта.
Данный закон стал вкладом в создание учения о газах, которое сформировалось в первой половине XVII века.
В 1662 – 1663 г Р. Бойль ввел в науку термин барометр.
Оптические исследования ученого позволили сделать ему вывод о том, что цвет, не является свойством вещества. Цвет возникает вследствие изменений, которые вызывает свет на поверхности тела, в результате этого они по-разному действуют на зрение. В 1663 году Р. Бойль обнаружил наличие цветных колец в тонких слоях, которые позднее изучал Ньютон (кольца Ньютона).
В 1675 голу ученый предложил свое понимание теплоты с кинетических позиций. Он показал процесс превращения упорядоченного механического перемещения в беспорядочное тепловое.
Исследования Р. Бойля по химии
Работы Р. Бойля способствовали становлению химии как науки. Он отверг учение Аристотеля о четырех стихиях и положение алхимиков о трех принципах, которые трактовали природу всех тел. Боль полагал, что следует заниматься исследованием реальных химических элементов, а не пытаться превратить что-либо в золото.
В рамках данной области знаний ученый занимался вопросами:
- исследования процессов обжига металлов;
- процессами горения;
- сухой перегонкой древесины;
- превращением солей, кислот и щелочей;
- ввел понятие состава тел.
В своей книге, изданной в 1661 году, названной «Химик – скептик» исследователь определяет элементы как первоначальные и простые тела, не составленные друг из друга, а являющиеся составными частями «смешанных тел». Эти «смешанные тела» могут быть разложены на эти элементы.
Бойль ввел понятия:
- о первичных корпускулах как элементах;
- вторичных корпускулах как сложных телах.
Р. Бойль сделал попытку объяснить изменения физических и химических свойств веществ объединением и разъединением атомов.
Ученый объяснил разные агрегатные состояния вещества. Он проводил экспериментальные исследования с разными агрегатными состояниями воды и получил, что:
- вода при замерзании расширяется;
- лед способен испаряться при очень низких температурах;
- смешивая соль и снег, температура смеси может падать и при этом смесь переходит в жидкость.
Из ацетата калия путем перегонки получил ацетон.
Бойль исследовал свойства фосфора и его соединений при этом создал новый способ получения фосфор, получил:
- фосфорную кислоту;
- фосфористый водород.
Ученый первым использовал индикаторы выявления кислот и щелочей.
В Оксфорде был одним из основателей научного общества, которое позднее было преобразовано в Лондонское королевское общество.
Закон Бойля – Мариотта
Рассмотрим процесс, который реализуется при неизменности температуры тел, окружающих газ и медленного изменения объема данного газа, при этом изменении температура газа в каждый момент времени не отличается от температуры тел, его окружающих. Учтем, что процесс будет происходить без изменения массы газа.
Определим, как станет изменяться давление в заданном процессе при изменении объема газа?
Эксперименты, которые помогают установить зависимость $p(V)$ проводят с использованием прибора, который состоит из:
- Стеклянных трубок ($A$ и $B$) , находящихся на вертикальной стойке с делениями (рис.1).
- Трубки соединяет резиновая трубка $C$.
- В трубках находится ртуть.
- Трубка $B$ вверху открыта.
- На трубке $A$ находится кран.
Рисунок 1. Прибор, используемый для проведения эксперимента
Кран закрыт, тогда в трубке $A$ запертой оказывается некоторая масса воздуха. Если трубки не двигать, то уровни ртути в трубках одинаковы.
Это означает равенство давлений воздуха в трубке $A$ и внешнего давления.
Станем поднимать трубку $B$. При этом ртуть в обеих трубках начнет подниматься, но уровень ртути в трубке $B$ будет всегда выше, чем в $A$. Если трубку $B$ опускать, то в этой трубке уровень ртути понижаться будет больше, чем в $A$.
Объем воздуха в трубке $A$ можно вычислять, используя деления на стойке. При этом давление воздуха в трубке будет отлично от давления атмосферы на величину давления столба ртути, равного разности уровней ртути в трубках $A$ и $B$. Если трубка $B$ поднимается, то давления столбика прибавляется к давлению атмосферы. Объем воздуха в трубке $A$ уменьшается. Если трубка $B$ опускается, объем воздуха в $A$ уменьшается.
Сравнивая значения давлений и объема воздуха, который находится в $A$, получают, что при росте объема воздуха в несколько раз, его давление уменьшается во столько же раз.
Так, закон Бойля – Мариотта записывается так:
$p_1V_1=p_2V_2$
при $T=const; m=const (1),$
где $p, V$ - давления и объемы для двух разных состояний одной массы газа при неизменной температуре.
Для газов при низком давлении данный закон выполняется довольно точно.
