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DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUES LES PLUS IMPORTANTES
Loi Boyle-Mariotte. Histoire et essence de la découverte scientifique
Annuaire / Les découvertes scientifiques les plus importantes Recherche du grand scientifique anglais Boyle jeté les bases de la naissance d'une nouvelle science chimique. Il a distingué la chimie comme une science indépendante et a montré qu'elle a ses propres problèmes, ses propres tâches, qui doivent être résolues par ses propres méthodes, différentes de la médecine. En systématisant de nombreuses réactions colorées et réactions de précipitation, Boyle a jeté les bases de la chimie analytique. Il est également devenu l'auteur de l'une des premières lois de la science physique et chimique émergente. Robert Boyle (1627-1691) était le treizième des quatorze enfants de Richard Boyle, le premier duc de Cork, un marchand d'argent féroce et prospère qui vécut à l'époque de la reine Elizabeth et multiplia ses terres par la saisie de terres étrangères. Il est né au château de Lismore, l'un des domaines irlandais de son père. Là, Robert a passé son enfance. Il a reçu une excellente éducation à domicile et à l'âge de huit ans est devenu étudiant à l'Université d'Eton. Là, il a étudié pendant quatre ans, après quoi il est parti pour le nouveau domaine de son père, Stolbridge. Comme il était de coutume à l'époque, à l'âge de douze ans, Robert et son frère furent envoyés en voyage en Europe. Il décide de poursuivre ses études en Suisse et en Italie et y reste six longues années. Boyle ne revint en Angleterre qu'en 1644, après la mort de son père, qui lui laissa une fortune considérable. À Stallbridge, il créa un laboratoire où, à la fin de 1645, il commença des recherches en physique, en chimie et en chimie agricole. Boyle aimait travailler sur plusieurs problèmes simultanément. Il expliquait généralement en détail aux assistants ce qu'ils avaient à faire de la journée, puis se retirait au bureau où l'attendait la secrétaire. Il y dicte ses traités philosophiques. Scientifique encyclopédique, Boyle, traitant des problèmes de biologie, de médecine, de physique et de chimie, n'en montra pas moins d'intérêt pour la philosophie, la théologie et la linguistique. Boyle attachait une importance primordiale à la recherche en laboratoire. Les plus intéressantes et les plus variées sont ses expériences en chimie. Il croyait que la chimie, issue de l'alchimie et de la médecine, pouvait bien devenir une science indépendante. Au début, Boyle s'occupait d'obtenir des infusions de fleurs, d'herbes médicinales, de lichens, d'écorces d'arbres et de racines de plantes. La plus intéressante était l'infusion violette obtenue à partir de lichen tournesol. Les acides ont changé sa couleur en rouge et les alcalis en bleu. Boyle ordonna que le papier soit imbibé de cette infusion puis séché. Un tel morceau de papier, immergé dans la solution d'essai, changeait de couleur et montrait si la solution était acide ou alcaline. C'était l'une des premières substances que Boyle appelait déjà des indicateurs. Un savant observateur ne pouvait passer par une autre propriété des solutions : lorsqu'un peu d'acide chlorhydrique était ajouté à une solution d'argent dans l'acide nitrique, un précipité blanc se formait, que Boyle appelait "cornea moon" (chlorure d'argent). Si ce précipité a été laissé dans un récipient ouvert, il est devenu noir. Il s'agissait d'une réaction analytique, montrant de manière fiable que la substance étudiée contient la "lune" (argent). Le jeune scientifique a continué à douter de la capacité analytique universelle du feu et a cherché d'autres moyens d'analyse. Ses nombreuses années de recherche ont montré que lorsque des substances sont affectées par certains réactifs, elles peuvent se décomposer en composés plus simples. Grâce à des réactions spécifiques, il a été possible de déterminer ces composés. Certaines substances ont formé des précipités colorés, d'autres ont émis un gaz avec une odeur caractéristique, d'autres ont donné des solutions colorées, etc. Boyle a appelé les processus de décomposition des substances et l'identification des produits résultants en utilisant l'analyse des réactions caractéristiques. C'est une nouvelle façon de travailler qui a donné une impulsion au développement de la chimie analytique. En 1654, le scientifique s'installe à Oxford, où il poursuit ses expériences avec un assistant, Wilhelm Gomberg. La recherche était réduite à un seul objectif : systématiser les substances et les diviser en groupes selon leurs propriétés. Après Gomberg, le jeune physicien Robert Hooke devient son assistant. Ils ont consacré leurs recherches principalement aux gaz et au développement de la théorie corpusculaire. Ayant appris des publications scientifiques sur les travaux du physicien allemand Otto Guericke, Boyle a décidé de répéter ses expériences et a inventé à cette fin la conception originale d'une pompe à air. Le premier exemple de cette machine a été construit avec l'aide de Hooke. Les chercheurs ont pu éliminer presque complètement l'air avec une pompe. Cependant, toutes les tentatives pour prouver la présence d'éther dans un récipient vide sont restées vaines. "Il n'y a pas d'éther", a conclu Boyle. Il a décidé d'appeler l'espace vide vide, ce qui signifie "vide" en latin. En 1660, sur son domaine, Boyle a achevé son premier travail scientifique majeur - "Nouvelles expériences physico-mécaniques concernant le poids de l'air et ses manifestations". Le livre suivant était The Skeptic Chemist. Dans ces livres, Boyle n'a rien négligé de la doctrine d'Aristote des quatre éléments, qui a existé pendant près de deux mille ans, "l'éther" de Descartes et les trois principes alchimiques. Naturellement, ce travail a provoqué de vives attaques de la part des disciples d'Aristote et des Chartreux. Cependant, Boyle s'est appuyé sur son expérience et, par conséquent, son témoignage était indéniable. La plupart des scientifiques - adeptes de la théorie corpusculaire - ont accepté avec enthousiasme les idées de Boyle. Beaucoup de ses adversaires idéologiques ont également été contraints de reconnaître les découvertes du scientifique. Le jeune physicien Richard Townley devient son nouvel assistant au laboratoire d'Oxford. Avec lui, Boyle a découvert l'une des lois fondamentales de la physique, établissant que le changement de volume d'un gaz est inversement proportionnel au changement de pression. Cela signifiait que, connaissant le changement de volume du récipient, il était possible de calculer avec précision le changement de pression de gaz. Cette découverte fut la plus grande découverte du 1662e siècle. Boyle l'a décrit pour la première fois en XNUMX ("Pour la défense de la doctrine de l'élasticité et du poids de l'air") et l'a modestement qualifié d'hypothèse. La notion d'élasticité de l'air, qui correspond à la notion actuelle de pression, a été déterminante dans les plans et dans la réalisation des expériences de Boyle. "L'élasticité de l'air", écrit Gliozzi, "a été démontrée Pascal dans une expérience répétée par l'Académie des expériences et Guericke. Une bulle d'air se gonfle lorsqu'elle est placée dans une chambre barométrique ou dans un réservoir sous vide. L'expérience de Guericke avec deux vases communicants témoigne également de l'élasticité de l'air. "Nous notons en passant que la théorie de l'élasticité est née des expériences décrites avec l'air. Ce terme, introduit par Pekke en 1651, a été largement utilisé par Boyle, qui a également fait les premières études de l'élasticité des solides. Francesco Lino (1595-1675) prit les armes contre une telle entente, qui défendit essentiellement les idées avancées par Fabry, ainsi que Mersenne, qui tenta d'attribuer l'effet Torricelli et l'aspiration de l'eau par une pompe à l'adhésion de " accrochées" des particules d'eau et d'air entrant en collision les unes avec les autres. Dans son ouvrage "Sur une expérience avec du mercure dans des tubes de verre ...", publié en 1660, Lino note que si vous abaissez un tube ouvert aux deux extrémités dans du mercure, puis couvrez l'extrémité supérieure avec votre doigt et tirez partiellement le tube hors de mercure, on sent alors que la pulpe du doigt est aspirée dans le tube. Cette attraction, poursuit Lino, ne témoigne pas de la pression atmosphérique extérieure, mais d'une force interne due à des fils invisibles («funicules») de substance matérielle, attachés à une extrémité à un doigt et à l'autre à une colonne de mercure. Maintenant, de telles idées ne provoquent qu'un sourire, mais elles avaient besoin d'être sérieusement examinées, ce que Boyle a fait dans son ouvrage "Defence against Lino", où il vise à prouver que l'élasticité de l'air est capable de plus que simplement maintenir la "colonne torricellienne". Boyle décrit ses recherches dans les moindres détails : "Nous avons pris un long tube de verre, qui, d'une main habile, à l'aide d'une lampe, a été plié de telle sorte que la partie pliée vers le haut soit presque parallèle au reste. Le trou dans ce coude plus court ... était hermétiquement scellé Le coude court divisé sur toute sa longueur en pouces (dont chacun est également divisé en huit parties) au moyen d'une bande de papier avec des divisions imprimées dessus, qui a été soigneusement collée à un tube. La même bande de papier était collée au long genou. Ensuite, "le mercure était versé dans le tube en quantité telle qu'il remplissait la partie semi-circulaire ou courbe du siphon" et se tenait au même niveau dans les deux genoux. "Quand cela a été fait, nous avons commencé à ajouter du mercure à la jambe longue ... jusqu'à ce que l'air dans la jambe courte soit réduit par compression de sorte qu'il n'occupe que la moitié du volume d'origine ... Nous avons gardé nos yeux sur la jambe la plus longue du tuyau... et nous avons remarqué que le mercure dans ce coude plus long était de 29 pouces plus haut que dans l'autre." Résumant ces expériences, Boyle a noté: "Lorsque l'air était tellement comprimé qu'il était condensé dans un volume qui était un quart de l'original, nous avons essayé à quel point l'air froid du tissu de lin humidifié avec de l'eau épaissirait l'air. Et parfois, il semblait que l'air était quelque peu comprimé, mais pas au point de pouvoir en tirer des conclusions. Ensuite, nous avons également essayé de savoir si la chaleur agirait plus que le froid précédent. Fait intéressant, ce n'est pas Boyle qui a tiré les conclusions des études, mais Townley. Boyle souligne que Richard Townley, lisant la première édition de son ouvrage "Nouvelles expériences physico-mécaniques concernant l'élasticité de l'air", a émis l'hypothèse que "les pressions et les extensions sont inversement proportionnelles les unes aux autres". Ya.G. Dorfman écrit : « Quinze ans après la publication de ces études par Boyle, c'est-à-dire en 1679, le « Discours sur la nature de l'air » de l'abbé Edme Mariotte parut en France, dans lequel, avec d'autres questions, des expériences similaires aux expériences de Boyle sur l'étude de la relation entre la pression d'air et le volume occupé. Mariotte ne mentionne pas un mot son prédécesseur, comme s'il ignorait complètement les travaux de Boyle sur la pneumatique. Entre-temps, les travaux de Boyle étaient largement connus : ils ont été publiés en latin et en anglais. Cependant, Mariotte n'oublie pas pour la première fois de mentionner son prédécesseur, car de même, en 1673, dans un ouvrage sur les collisions, il ne dit pas un mot de l'ouvrage Huygens, empruntant à ce dernier non seulement la méthodologie de l'expérience, mais aussi les fondements de la théorie. Le travail de Mariotte est nettement inférieur à celui de Boyle en ce qui concerne la rigueur de l'expérience. Boyle, comme nous l'avons vu, mesure les hauteurs de la colonne de mercure au seizième de pouce, compare les valeurs réelles observées avec les calculs et souligne l'erreur inévitable dans les mesures. Mariotte mesure les hauteurs de la colonne de mercure en pouces entiers et se borne à signaler que les données expérimentales sont en strict accord avec celles calculées. Prudent et critique, Boyle n'appelle la loi qu'il a découverte qu'une « hypothèse » nécessitant une confirmation expérimentale. Mariotte le proclame loi ou règle de nature. Donc, en toute justice, la "loi de Boyle-Mariotte" devrait être appelée "loi de Boyle-Townley" ou "Loi de Boyle-Townley-Hooke". Malheureusement, parfois, dans les cours de physique, on dit à tort que Mariotte a "raffiné" les recherches de Boyle, ce qui est complètement faux. Néanmoins, c'est Mariotte (1620-1684) qui prédit les diverses applications de la loi. Parmi ceux-ci, le plus important était le calcul de la hauteur d'un lieu à partir des données du baromètre. Le calcul, effectué en opérant avec des quantités infinitésimales, a conduit à un échec dû à la faible formation mathématique du scientifique. Plus tard, en 1686, l'astronome anglais Edmond Halley (1656-1742) se tourna vers le problème de la détermination de l'altitude à partir de la pression atmosphérique. Il est connu de la plupart des lecteurs par la comète qu'il a découverte et qui porte son nom. Ainsi, Halley a trouvé une formule qui est essentiellement correcte, si vous ne tenez pas compte des changements de température. L'essence de la formule de Halley se résumait à l'affirmation selon laquelle à mesure que l'altitude augmente selon une progression arithmétique, la pression atmosphérique diminue de façon exponentielle. Auteur : Samin D.K.
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