Physics/ Chemistry

Topic: Joseph Black

English version [Ακολουθεί και η ελληνική εκδοχή]

Joseph Black (16 April 1728 - 6 December 1799) was a Scottish physicist and chemist, known for his discoveries of latent heat, of specific heat, magnesium and carbon dioxide.

Like most 18th-century experimenters, Black's theory of chemistry was based on the 5 principles of matter: Water, Salt, Earth, Fire, and Metal. He added the Air element when his experiments finally confirmed the existence of carbon dioxide, which he then called "fixed air".

The theory of latent heat marks the beginning of thermodynamics. Black's theory of "latent heat" was one of his most important scientific contributions and on which his reputation was primarily based. He had also shown that different substances have different specific temperatures ( specific heat is the heat required to raise the temperature of a substance by one degree Kelvin).





Ελληνική εκδοχή

Ο Joseph Black (16 April 1728 – 6 December 1799) ήταν Σκώτος φυσικός και χημικός, γνωστός για τις ανακαλύψεις της λανθάνουσας θερμότητας (latent heat), της ειδικής θερμότητας (specific heat), του μαγνησίου και του διοξειδίου του άνθρακα.

Όπως και κατά τους περισσότερους πειραματιστές του 18ου αιώνα, η θεωρία της χημείας κατά τον Black είχε ως βάση τα 5 στοιχεία (principles) της ύλης: Νερό, Άλας, Γη, Φωτιά και Μέταλλο. Εκείνος προσέθεσε το στοιχείο του Αέρα, όταν τα πειράματά του επιβεβαίωσαν οριστικά την ύπαρξη του διοξειδίου του άνθρακα, το οποίο τότε το ονόμασε σταθερό αέρα (fixed air). Η έρευνα του Black οδηγήθηκε από ερωτήματα του τύπου πώς τα στοιχεί συνδέονται μεταξύ τους σε ποικίλες διαφορετικές και μίγματα. Χρησιμοποίησε τον όρο συγγένεια (affinity) για να περιγράψει τη δύναμη που κρατά αυτούς τους συνδυασμούς αμοιβαία. Σε όλη την καριέρα του χρησιμοποίησε μια ποικιλία διαγραμμάτων και τύπων για να διδάξει τους φοιτητές του στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου πώς να χειρίζονται τη συγγένεια μέσα από διαφορετικά είδη πειραμάτων.

Το 1761 συμπέρανε ότι η εφαρμογή θερμότητας σε πάγο στο σημείο τήξης του δεν προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας του μίγματος πάγου/ νερού, αλλά μάλλον μια αύξηση της προσότητας του νερού στο μίγμα. Επιπρόσθετα, ο Black παρατήρησε ότι η εφαρμογή θερμότητας σε ζέον ύδωρ (νερό που βράζει) δεν έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας του μίγματος νερού/ ατμού, αλλά μάλλον μια αύξηση της ποσότητας του ατμού. Από αυτές τις παρατηρήσεις συμπέρανε ότι η εφαρμοζόμενη θερμότητα πρέπει να συνδέεται με τα σωματίδια του πάγου και με το ζέον ύδωρ και να καθίσταται λανθάνουσα.

Η θεωρία της λανθάνουσας θερμότητας σηματοδοτεί την έναρξη της θερμοδυναμικής. Η θεωρία του Black περί της λανθάνουσας θερμότητας ήταν μια από τις σημαντικότερες επιστημονικές συνεισφορές του και πάνω στην οποία στηρίχθηκε κατά κύριο λόγο η φήμη του. Επίσης έδειξε ότι διαφορετικές ουσίες έχουν διαφορετικές ειδικές θερμότητες (ειδική θερμότητα είναι η θερμότητα που απαιτείται για την άνοδο της θερμοκρασίας μιας ουσίας κατά ένα βαθμό Kelvin).

Η θεωρία του τελικά αποδείχθηκε σημαντική όχι μόνο στην ανάπτυξη της αφηρημένης επιστήμης αλλά και στην ανάπτυξη της ατμομηχανής. Οι Black και James Watt έγιναν φίλοι μετά τη συνάντησή τους περί το 1757, καθώς και οι δυο έμεναν στη Γλασκώβη. Ο Black προσέφερε σημαντική οικονομική υποστήριξη αλλά και κάθε άλλη στήριξη κατά την πρώιμη περίοδο ερευνών του Watt σχετικά με την ατμομηχανή. Η ανακάλυψη εκ μέρους του Black της λανθάνουσας θερμότητας του νερού φάνηκε ενδιαφέρουσα στον Watt, δίνοντας βάση στις προσπάθειές του να βελτιώσει την απόδοση της ατμομηχανής του Thomas Newcomen και να αναπτύξει την επιστήμη της θερμοδυναμικής.

Ο Black επίσης εξερεύνησε τις ιδιότητες του αερίου που παράγεται σε διάφορες αντιδράσεις. Βρήκε ότι ο ασβεστόλιθος (ανθρακικό ασβέστιο) μπορούσε να θερμανθεί ή να επεξεργαστεί με οξύ ώστε να απελευθερώσει ένα αέριο, που ονόμαζε σταθερό αέρα. Παρατήρησε ότι ο σταθερός αέρας είναι πυκνότερος του αέρα και δεν υποστήριζε ούτε τη φλόγα ούτε τη ζωή. Βρήκε επίσης ότι υπό την επίδραση ενός υδάτινου διαλύματος του ασβεστόλιθου (υδροξείδιου του ασβεστίου) παραγόταν ανθρακικό ασβέστιο. Χρησιμοποήσε το φαινόμενο αυτό για να δείξει ότι το διοξείδιο του άνθρακα παράγεται κατά τη ζωική αναπνοή και τη μικροβιακή ζύμωση.