Джозеф Блэк: шотландский физик и химик, открывший магний, теплоёмкость и углекислый газ. Профессор Глазго и Эдинбургского университетов. Биография учёного.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Шотландский физик и химик (1728–1799)
Scottish physicist and chemist (1728–1799)
Джозеф Блэк (16 апреля 1728 – 6 декабря 1799) – шотландский физик и химик, известный своими открытиями магния, скрытой теплоты, удельной теплоёмкости и углекислого газа. Он был профессором анатомии и химии в Университете Глазго в течение 10 лет, начиная с 1756 года, а затем профессором медицины и химии в Эдинбургском университете с 1766 года, где преподавал и читал лекции более 30 лет. Химические корпуса в Эдинбургском и Глазгоском университетах названы в его честь.
Joseph Black (16 April 1728 – 6 December 1799) was a Scottish physicist and chemist, known for his discoveries of magnesium, latent heat, specific heat, and carbon dioxide. He was Professor of Anatomy and Chemistry at the University of Glasgow for 10 years from 1756, and then Professor of Medicine and Chemistry at the University of Edinburgh from 1766, teaching and lecturing there for more than 30 years. The chemistry buildings at both the University of Edinburgh and the University of Glasgow are named after Black.
Ранние годы и образование
Блэк родился "на берегах реки Гаронны" в Бордо, Франция, шестым из 12 детей Маргарет Гордон (ум. 1747) и Джона Блэка. Его мать происходила из семьи из Абердиншира, связанной с винным бизнесом, а его отец был родом из Белфаста, Ирландия, и работал фактором в винной торговле. Он получал домашнее образование до 12 лет, после чего посещал гимназию в Белфасте. В 1746 году, в возрасте 18 лет, он поступил в Университет Глазго, где учился четыре года, а затем еще четыре года в Эдинбургском университете, углубляя свои медицинские знания. Во время учебы он написал докторскую диссертацию о лечении почечных камней карбонатом магния.
Black was born "on the banks of the river Garonne" in Bordeaux, France, the sixth of the 12 children of Margaret Gordon (d. 1747) and John Black. His mother was from an Aberdeenshire family that had connections with the wine business and his father was from Belfast, Ireland, and worked as a factor in the wine trade. He was educated at home until the age of 12, after which he attended grammar school in Belfast. In 1746, at the age of 18, he entered the University of Glasgow, studying there for four years before spending another four at the University of Edinburgh, furthering his medical studies. During his studies he wrote a doctorate thesis on the treatment of kidney stones with the salt magnesium carbonate.
Химические принципы
Как и большинство экспериментаторов XVIII века, представление Блэка о химии основывалось на пяти началах материи: Воде, Соли, Земле, Огне и Металле. Он добавил начало Воздуха, когда его эксперименты выявили присутствие углекислого газа, который он называл неподвижным воздухом, тем самым внеся вклад в пневматическую химию. Исследования Блэка руководствовались вопросами о том, как эти начала соединяются друг с другом в различных формах и смесях. Он использовал термин "сродство" для описания силы, удерживающей такие соединения. На протяжении всей своей карьеры он использовал разнообразные диаграммы и формулы, чтобы обучить своих студентов Эдинбургского университета тому, как управлять сродством посредством различных экспериментов.
Like most 18th century experimentalists, Black's conceptualisation of chemistry was based on five principles of matter: Water, Salt, Earth, Fire and Metal. He added the principle of Air when his experiments showed the presence of carbon dioxide, which he called fixed air, thus contributing to pneumatic chemistry. Black's research was guided by questions relating to how the principles combined with each other in various different forms and mixtures. He used the term affinity to describe the force that held such combinations together. Throughout his career he used a variety of diagrams and formulas to teach his University of Edinburgh students how to manipulate affinity through different kinds of experimentation.
Аналитический баланс
Примерно в 1750 году, будучи ещё студентом, Блэк разработал аналитические весы, основанные на лёгкой штанге, уравновешенной на клиновидном основании. Каждое плечо несло чашу, на которую помещали образец или стандартные гири. Они значительно превосходили по точности любые другие весы того времени и стали важным научным инструментом в большинстве химических лабораторий.
In about 1750, while still a student, Black developed the analytical balance based on a light weight beam balanced on a wedge shaped fulcrum. Each arm carried a pan on which the sample or standard weights was placed. It far exceeded the accuracy of any other balance of the time and became an important scientific instrument in most chemistry laboratories.
Латентное тепло
В 1757 году Блэк был назначен Региусом профессором практической медицины в Университете Глазго. В 1761 году он установил, что при приложении тепла к льду в точке плавления температура смеси льда и воды не повышается, а увеличивается количество воды в смеси. Кроме того, Блэк заметил, что при приложении тепла к кипящей воде температура смеси воды и пара не повышается, а увеличивается количество пара. Исходя из этих наблюдений, он заключил, что приложенное тепло должно было соединиться с частицами льда и кипящей воды и стать скрытой теплотой. Теория скрытой теплоты знаменует начало термодинамики. Теория скрытой теплоты Блэка была одним из его важнейших научных достижений, и именно благодаря ей он получил основную известность в научном мире. Он также показал, что различные вещества имеют различную удельную теплоемкость. В конечном итоге эта теория оказалась важной не только для развития фундаментальной науки, но и для развития паровой машины. Блэк и Джеймс Уатт подружились после встречи около 1757 года, когда оба находились в Глазго. Блэк предоставил значительное финансирование и другую поддержку ранним исследованиям Уатта в области паровых машин. Открытие Блэком скрытой теплоты воды, несомненно, заинтересовало бы Уатта, помогая ему в попытках повысить эффективность паровой машины, изобретенной Томасом Ньюкоменом, и развить науку термодинамики.
In 1757, Black was appointed Regius Professor of the Practice of Medicine at the University of Glasgow. In 1761, he deduced that the application of heat to ice at its melting point does not cause a rise in temperature of the ice/water mixture, but rather an increase in the amount of water in the mixture. Additionally, Black observed that the application of heat to boiling water does not result in a rise in temperature of a water/steam mixture, but rather an increase in the amount of steam. From these observations, he concluded that the heat applied must have combined with the ice particles and boiling water and become latent. The theory of latent heat marks the beginning of thermodynamics. Black's theory of latent heat was one of his more important scientific contributions, and one on which his scientific fame chiefly rests. He also showed that different substances have different specific heats. The theory ultimately proved important not only in the development of abstract science but in the development of the steam engine. Black and James Watt became friends after meeting around 1757 while both were at Glasgow. Black provided significant financing and other support for Watt's early research in steam power. Black's discovery of the latent heat of water would have been interesting to Watt, informing his attempts to improve the efficiency of the steam engine invented by Thomas Newcomen and develop the science of thermodynamics.
Диоксид углерода
Блэк также исследовал свойства газа, выделяющегося в различных реакциях. Он обнаружил, что известняк (карбонат кальция) можно нагревать или обрабатывать кислотами для получения газа, который он назвал «фиксированным воздухом». Он заметил, что этот газ плотнее обычного воздуха и не поддерживает горение или жизнь животных. Блэк также обнаружил, что при пропускании этого газа через водный раствор гашеной извести (гидроксида кальция) образуется осадок карбоната кальция. Он использовал это явление, чтобы продемонстрировать, что углекислый газ выделяется при дыхании животных и микробном брожении.
Black also explored the properties of a gas produced in various reactions. He found that limestone (calcium carbonate) could be heated or treated with acids to yield a gas he called "fixed air." He observed that the fixed air was denser than air and did not support either flame or animal life. Black also found that when bubbled through an aqueous solution of lime (calcium hydroxide), it would precipitate calcium carbonate. He used this phenomenon to illustrate that carbon dioxide is produced by animal respiration and microbial fermentation.
Профессорское место
В 1766 году, по стопам своего друга и бывшего учителя в Университете Глазго, Блэк сменил Уильяма Каллена на должности профессора медицины и химии в Эдинбургском университете (Каллен переехал в Эдинбург в 1755 году). Его место в Университете Глазго занял Александр Стивенсон. В этот момент он оставил научные исследования и полностью посвятил себя преподаванию. Он достиг в этом успеха, и посещаемость его лекций увеличивалась год за годом более тридцати лет. Его лекции оказали значительное влияние на популяризацию химии, и посещение их стало даже модным развлечением. Блэк был общепризнанным одним из самых популярных лекторов в университете. Его курс химии неизменно привлекал исключительно большое число студентов, многие из которых посещали его два или три раза. Помимо регулярного представления передовых тем и тщательного отбора наглядных и впечатляющих экспериментов, Блэк использовал широкий спектр эффективных педагогических приемов, делавших химию доступной для его учеников (многие из которых были едва ли старше 14 лет). Его студенты приезжали из Великобритании, ее колоний и Европы, и сотни из них сохранили записи его лекций в своих тетрадях, распространяя его идеи после окончания университета. Он стал одним из главных украшений университета, и аудитория его лекций продолжала расти из года в год на протяжении более тридцати лет. Это было закономерно. Его внешний вид и манеры были безупречны, как у настоящего джентльмена, и производили приятное впечатление. Его голос во время лекций был тихим, но приятным, а дикция настолько четкой, что его прекрасно слышно было даже в аудитории, насчитывающей несколько сотен человек. Его изложение было ясным и понятным, иллюстрации экспериментами – уместными, так что даже самый необразованный слушатель не мог ошибиться в его мыслях, а его объяснения были настолько свободны от гипотез и догадок, что слушатель мог полностью доверять его выводам, как собственному опыту. 17 ноября 1783 года он стал одним из основателей Королевского общества Эдинбурга. С 1788 по 1790 год он был президентом Королевского колледжа врачей Эдинбурга. Он входил в состав редакционной комиссии, занимавшейся пересмотром изданий Фармакопеи Edinburgensis 1774, 1783 и 1794 годов. Блэк был назначен главным врачом короля Георга III в Шотландии. Состояние здоровья Блэка ухудшилось, что привело к сокращению его научной и преподавательской деятельности. С 1793 года его здоровье стало ухудшаться все больше, и он постепенно отходил от преподавания. В 1795 году Чарльз Хоуп был назначен его ассистентом на кафедре, а в 1797 году он прочитал свою последнюю лекцию.
In 1766, treading in the footsteps of his friend and former teacher at the University of Glasgow, Black succeeded William Cullen as Professor of Medicine and Chemistry at the University of Edinburgh (Cullen had moved to Edinburgh in 1755). His position at Glasgow University was filled by Alexander Stevenson. At this point he gave up research and devoted himself exclusively to teaching. In this he was successful with audience attendance at his lectures increasing from year to year for more than thirty years. His lectures had a powerful effect in popularising chemistry and attendance at them even came to be a fashionable amusement. Black was widely recognised as one of the most popular lecturers at the University. His chemistry course regularly attracted an exceptionally high number of students, with many attending two or three times. In addition to regularly introducing cutting edge topics and meticulously selecting visually impressive experiments, Black employed a wide array of successful teaching tools that made chemistry accessible to his students (many of whom were as young as 14 years old). His students came from across the United Kingdom, its colonies and Europe, and hundreds of them preserved his lectures in their notebooks and disseminated his ideas after they left university. He became one of the principal ornaments of the University; and his lectures were attended by an audience which continued increasing from year to year, for more than thirty years. It could not be otherwise. His personal appearance and manners were those of a gentleman, and peculiarly pleasing. His voice in lecturing was low, but fine; and his articulation so distinct, that he was perfectly well heard by an audience consisting of several hundreds. His discourse was so plain and perspicuous, his illustration by experiment so apposite, that his sentiments on any subject never could be mistaken even by the most illiterate; and his instructions were so clear of all hypothesis or conjecture, that the hearer rested on his conclusions with a confidence scarcely exceeded in matters of his own experience. On 17 November 1783 he became one of the founders of the Royal Society of Edinburgh. From 1788 to 1790 he was President of the Royal College of Physicians of Edinburgh. He was a member of the revision committee for the editions of the college's Pharmacopoeia Edinburgensis of 1774, 1783, and 1794. Black was appointed principal physician to King George III in Scotland. Black's research and teaching were reduced as a result of poor health. From 1793 his health declined further and he gradually withdrew from his teaching duties. In 1795, Charles Hope was appointed his coadjutor in his professorship, and in 1797, he lectured for the last time.
Личная жизнь
Блэк был членом Покерного клуба. Он приходился двоюродным братом, близким другом и коллегой Адаму Фергюсону FRSE, который женился на его племяннице Кэтрин Бернетт в 1767 году, и поддерживал связи с Дэвидом Юмом, Адамом Смитом и представителями шотландского Просвещения. Он также был близок к пионеру геологии Джеймсу Хаттону. В 1773 году он проживал на Колледж-Уайнд, на южной стороне Старого города. В 1790-х годах он использовал Сильван-хаус в Сьеннес в качестве летней резиденции. В 1991 году была установлена мемориальная доска в память о его проживании в этом доме. Блэк так и не женился. Он скончался мирно в своем доме по адресу Николсон-стрит, 12, в южной части Эдинбурга в 1799 году в возрасте 71 года и похоронен на кладбище Грейфрайерс Киркьярд. Большой памятник находится в запечатанной юго-западной части, известной как тюрьма Ковенантеров. В 2011 году во время археологических раскопок в Эдинбургском университете было обнаружено научное оборудование, предположительно принадлежавшее Блэку. Его дом, квартира по адресу Николсон-стрит, 12, расположенная в непосредственной близости от Старого колледжа, сохранился до наших дней, но не имеет таблички, указывающей на то, что здесь жил Блэк.
Black was a member of The Poker Club. He was 1st cousin, great friend and colleague to Adam Ferguson FRSE who married his niece Katherine Burnett in 1767, and associated with David Hume, Adam Smith, and the literati of the Scottish Enlightenment. He was also close to pioneering geologist James Hutton. In 1773 he is listed as living on College Wynd on the south side of the Old Town. In the 1790s, he used Sylvan House in Sciennes as a summer retreat. A plaque, unveiled in 1991, commemorates his occupancy of the house. Black never married. He died peacefully at his home 12 Nicolson Street in south Edinburgh in 1799 at the age of 71 and is buried in Greyfriars Kirkyard. The large monument lies in the sealed section to the south west known as the Covenanter's Prison. In 2011, scientific equipment believed to belong to Black was discovered during an archaeological dig at the University of Edinburgh. His house, a flat at 12 Nicolson Street very close to the Old College, still exists, but lacks any plaque to indicate his presence.