Pneumatic chemistry
विज्ञान के इतिहास में, वायवीय रसायन विज्ञान सत्रहवीं, अठारहवीं और उन्नीसवीं शताब्दी की शुरुआत में वैज्ञानिक अनुसंधान का एक क्षेत्र है। इस कार्य के महत्वपूर्ण लक्ष्य गैसों के भौतिक गुणों की समझ और वे रासायनिक प्रतिक्रियाओं से कैसे संबंधित हैं और अंततः, पदार्थ की संरचना को समझना था। फ्लोजिस्टन सिद्धांत का उदय, और पृथ्वी के वायुमंडल के एक गैसीय घटक के रूप में ऑक्सीजन की खोज के बाद एक नए सिद्धांत द्वारा इसके प्रतिस्थापन और दहन प्रतिक्रियाओं में भाग लेने वाले एक रासायनिक अभिकर्मक को वायवीय रसायन विज्ञान के युग में संबोधित किया गया था। वायु एक अभिकर्मक के रूप में अठारहवीं शताब्दी में, जैसे-जैसे रसायन विज्ञान का क्षेत्र कीमिया से विकसित हो रहा था, प्राकृतिक दर्शन का एक क्षेत्र एक अभिकर्मक के रूप में वायु के विचार के इर्द-गिर्द बनाया गया था। इससे पहले, हवा को मुख्य रूप से एक स्थिर पदार्थ माना जाता था जो प्रतिक्रिया नहीं करता था और बस मौजूद था। हालांकि, जैसा कि लावोइसियर और कई अन्य वायवीय रसायनज्ञ जोर देकर कहेंगे, हवा वास्तव में गतिशील थी, और न केवल दहन सामग्री से प्रभावित होगी, बल्कि विभिन्न पदार्थों के गुणों को भी प्रभावित करेगी। वायवीय रसायन विज्ञान की प्रारंभिक चिंता दहन प्रतिक्रियाएँ थीं, जिनकी शुरुआत स्टीफन हेल्स से हुई थी। ये प्रतिक्रियाएँ अलग-अलग "हवा" छोड़ती हैं जैसा कि रसायनज्ञ उन्हें कहते हैं, और इन अलग-अलग हवाओं में अधिक सरल पदार्थ होते हैं। लावोइसियर तक, इन वायुओं को अलग-अलग गुणों के साथ अलग-अलग निकाय माना जाता था; लावोइसियर इन अलग-अलग वायुओं द्वारा गठित होने के रूप में वायु के विचार को बदलने के लिए काफी हद तक जिम्मेदार था जो उनके समकालीनों और पहले के रसायनज्ञों ने खोजा था। गैसों का यह अध्ययन हेल्स द्वारा वायवीय गर्त के आविष्कार के साथ लाया गया था, जो पुनरुत्पादक परिणामों के साथ प्रतिक्रियाओं द्वारा दी गई गैस को इकट्ठा करने में सक्षम एक उपकरण है। गैस शब्द जे द्वारा गढ़ा गया था। बी. वैन हेलमोंट, सत्रहवीं शताब्दी की शुरुआत में। यह शब्द प्राचीन यूनानी शब्द χάος, अराजकता से लिया गया था, जो प्रतिक्रियाओं द्वारा दिए गए पदार्थों को ठीक से एकत्र करने में उनकी असमर्थता के परिणामस्वरूप था, क्योंकि वह तीसरे प्रकार के पदार्थ का सावधानीपूर्वक अध्ययन करने का प्रयास करने वाले पहले प्राकृतिक दार्शनिक थे। हालाँकि, यह तब तक नहीं था जब तक कि लावोइसियर ने अठारहवीं शताब्दी में अपना शोध नहीं किया था कि वैज्ञानिकों द्वारा इस शब्द का उपयोग सार्वभौमिक रूप से हवा के प्रतिस्थापन के रूप में किया गया था। वान हेलमोंट (1579-1644) को कभी-कभी वायवीय रसायन विज्ञान का संस्थापक माना जाता है, क्योंकि वह एक अभिकर्मक के रूप में हवा में रुचि लेने वाले पहले प्राकृतिक दार्शनिक थे। एलेसेंड्रो वोल्टा ने 1776 में वायवीय रसायन विज्ञान की जांच शुरू की और तर्क दिया कि दलदली गैसों पर प्रयोगों के आधार पर विभिन्न प्रकार की ज्वलनशील हवा थी। रासायनिक तत्वों की खोज करने वाले वायवीय रसायनज्ञों में जोसेफ प्रीस्टली, हेनरी कैवेंडिश, जोसेफ ब्लैक, डैनियल रदरफोर्ड और कार्ल शील शामिल हैं। इस अवधि के दौरान गैसों की जांच करने वाले अन्य व्यक्तियों में रॉबर्ट बॉयल, स्टीफन हेल्स, विलियम ब्राउनरिग, एंटोनी लावोइसियर, जोसेफ लुई गे-लुसाक और जॉन डाल्टन शामिल हैं। इतिहास रासायनिक क्रांति "1770 और 1785 के बीच के वर्षों में, पूरे यूरोप में रसायनज्ञों ने विभिन्न गैसों को पकड़ना, अलग करना और वजन करना शुरू कर दिया।" वायवीय गर्त गैसों के साथ काम करने के लिए अभिन्न था (या, जैसा कि समकालीन रसायनज्ञ उन्हें हवा कहते थे)। जोसेफ ब्लैक, जोसेफ प्रीस्टली, हर्मन बोरहावे और हेनरी कैवेंडिश द्वारा किया गया काम काफी हद तक उपकरण के उपयोग के इर्द-गिर्द घूमता था, जिससे वे विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं और दहन विश्लेषणों द्वारा दी गई हवा को इकट्ठा कर सकते थे। उनके काम ने कई प्रकार की हवा की खोज की, जैसे कि डीफ्लोजिस्टिकेटेड हवा (जोसेफ प्रीस्टली द्वारा खोजी गई)। इसके अलावा, हवा का रसायन विज्ञान दहन विश्लेषण तक ही सीमित नहीं था। अठारहवीं शताब्दी के दौरान, कई चाइमिस्टों ने पुरानी समस्याओं की खोज के लिए एक नए मार्ग के रूप में हवा की खोज का उपयोग किया, जिसका एक उदाहरण औषधीय रसायन विज्ञान का क्षेत्र है। एक विशेष अंग्रेज, जेम्स वाट ने हवा का विचार लेना शुरू किया और उनका उपयोग वायु चिकित्सा के रूप में किया, या ताजा हवा के साथ प्रयोगशालाओं को अधिक व्यावहारिक बनाने के लिए हवा का उपयोग किया और विभिन्न बीमारियों वाले रोगियों की सहायता भी की, सफलता की अलग-अलग डिग्री के साथ। अधिकांश मानव प्रयोग स्वयं काईमिस्टों पर किए गए थे, क्योंकि उनका मानना था कि आत्म-परीक्षण एक आवश्यक हिस्सा था या क्षेत्र को आगे बढ़ाना था। वायवीय रसायन विज्ञान में योगदानकर्ता जेम्स वाट जेम्स वाट के शोध में जल बनाने के लिए ज्वलनशील (एच2) और डिफ्लोजिस्टिकेटेड (ओ2) हवा का उपयोग शामिल था। 1783 में, जेम्स वाट ने दिखाया कि पानी ज्वलनशील और निर्जलित हवा से बना है, और दहन से पहले गैसों का द्रव्यमान दहन के बाद पानी के द्रव्यमान के बराबर था। इस बिंदु तक, पानी को एक यौगिक के बजाय एक मौलिक तत्व के रूप में देखा जाता था। जेम्स वाट ने डॉ. थॉमस बेडडोस और इरास्मस डार्विन के साथ मिलकर स्थिर हवा का उपयोग करके तपेदिक से पीड़ित उनकी बेटी जेसी वाट का इलाज करने के लिए औषधीय उपचारों में हाइड्रोकार्बोनेट जैसे विभिन्न "तथ्यात्मक हवा" के उपयोग का पता लगाने की भी कोशिश की। जोसेफ ब्लैक एक रसायनज्ञ थे जिन्होंने विलियम कलन के अधीन अध्ययन करने के बाद वायवीय क्षेत्र में रुचि ली। उन्हें पहली बार मैग्नीशिया अल्बा, या मैग्नीशियम कार्बोनेट (एम. जी. सी. ओ. 3), और चूना पत्थर, या कैल्शियम कार्बोनेट (सी. ए. सी. ओ. 3) के विषय में दिलचस्पी थी, और उन्होंने दोनों के गुणों पर "डी ह्यूमर एसिडो ए सिबिस ओर्टो, एट मैग्नीशिया अल्बा" नामक एक शोध प्रबंध लिखा। मैग्नीशियम कार्बोनेट पर उनके प्रयोगों ने उन्हें यह पता लगाने के लिए प्रेरित किया कि स्थिर हवा, या कार्बन डाइऑक्साइड (CO2), सांस लेने सहित विभिन्न रसायनों के साथ प्रतिक्रियाओं के दौरान छोड़ी जा रही थी। हवा को इकट्ठा करने और विश्लेषण करने के लिए आविष्कार किए गए वायवीय गर्त या अन्य उपकरणों का कभी उपयोग नहीं करने के बावजूद, उनके निष्कर्षों ने सामान्य हवा के बजाय स्थिर हवा में अधिक शोध किया, जिसमें गर्त का वास्तव में उपयोग किया जा रहा था। गैसीय अमोनिया को पहली बार 1756 में जोसेफ ब्लैक द्वारा कैल्सिन मैग्नीशिया (मैग्नीशियम ऑक्साइड) के साथ साल अमोनियाक (अमोनियम क्लोराइड) की प्रतिक्रिया करके अलग किया गया था। इसे 1767 में पीटर वुल्फ द्वारा फिर से अलग किया गया था, 1770 में कार्ल विल्हेम शील द्वारा जोसेफ प्रीस्टली जोसेफ प्रीस्टली ने विभिन्न प्रकार की हवा पर अवलोकन में, हवा को पदार्थ की विभिन्न अवस्थाओं से बना होने के रूप में वर्णित करने वाले पहले लोगों में से एक था, न कि एक तत्व के रूप में। प्रीस्टली ने "ज्वलनशील नाइट्रस हवा", "विट्रियल एसिड हवा", "क्षारीय हवा" और "डिफ्लोजिस्टिकेटेड हवा" को शामिल करने के लिए स्थिर हवा (CO2), मेफाइटिक हवा और ज्वलनशील हवा की धारणाओं पर विस्तार से बताया। प्रिस्टली ने फ्लोजिस्टन सिद्धांत के संदर्भ में श्वसन की प्रक्रिया का भी वर्णन किया। प्रिस्टली ने स्थिर हवा के साथ पानी को संवर्धित करने के लिए अपने निर्देशों में स्थिर हवा का उपयोग करके स्कर्वी और अन्य बीमारियों के इलाज के लिए एक प्रक्रिया भी स्थापित की। वायवीय रसायन विज्ञान पर प्रीस्टली के काम का उनके प्राकृतिक विश्व दृष्टिकोण पर प्रभाव पड़ा। "हवाई अर्थव्यवस्था" में उनका विश्वास "डिफ्लोजिस्टिकेटेड हवा" में उनके विश्वास से उत्पन्न हुआ जो कि सबसे शुद्ध प्रकार की हवा है और यह कि फ्लोजिस्टन और दहन प्रकृति के केंद्र में हैं। जोसेफ प्रीस्टली ने मुख्य रूप से वायवीय गर्त के साथ शोध किया, लेकिन वह कई नई पानी में घुलनशील हवा को इकट्ठा करने के लिए जिम्मेदार थे। यह मुख्य रूप से पानी के लिए पारा के प्रतिस्थापन द्वारा हासिल किया गया था, और स्थिरता बढ़ाने के लिए सिर के नीचे एक शेल्फ को लागू करना, कैवेंडिश के प्रस्तावित विचार को भुनाना और पारा वायवीय गर्त को लोकप्रिय बनाना। हर्मन बोरहावे जबकि वायवीय रसायन विज्ञान के क्षेत्र में प्रत्यक्ष अनुसंधान के लिए श्रेय नहीं दिया जाता है, बोरहावे (शिक्षक, शोधकर्ता और विद्वान) ने 1727 में एलिमेंटा चिमिये प्रकाशित किया। इस ग्रंथ में हेल्स के काम के लिए समर्थन शामिल था और एयर के विचार पर भी विस्तार से बताया गया था। उनके अपने शोध को प्रकाशित नहीं करने के बावजूद, एलिमेंटा चिमिया में प्रसारित होने वाले इस खंड को कई अन्य समकालीनों द्वारा उद्धृत किया गया था और इसमें हवा के गुणों का वर्तमान ज्ञान शामिल था। बोरहावे को डैनियल फ़ारेनहाइट के साथ अपने काम के माध्यम से रासायनिक थर्मोमेट्री की दुनिया में जोड़ने का श्रेय भी दिया जाता है, जिसकी चर्चा एलिमेंटा चिमिया में भी की गई है। हेनरी कैवेंडिश, पारा के साथ गर्त में पानी को बदलने वाले पहले व्यक्ति नहीं होने के बावजूद, यह देखने वाले पहले लोगों में से थे कि स्थिर हवा पारा पर अघुलनशील थी और इसलिए अनुकूलित उपकरण का उपयोग करके अधिक कुशलता से एकत्र किया जा सकता था। उन्होंने स्थिर हवा (CO2) और ज्वलनशील हवा (H2) की भी विशेषता बताई। ज्वलनशील हवा पहली गैसों में से एक थी जिसे अलग किया गया और वायवीय गर्त का उपयोग करके खोजा गया। हालांकि, उन्होंने अपने विचार का अपनी सीमा तक फायदा नहीं उठाया, और इसलिए पारा वायवीय गर्त का पूरी तरह से उपयोग नहीं किया। कैवेंडिश को वायुमंडल में गैसों की मात्रा का लगभग सही विश्लेषण करने का श्रेय दिया जाता है। कैवेंडिश ने यह भी दिखाया कि 1784 में जल का उत्पादन करने के लिए ज्वलनशील हवा और वायुमंडलीय हवा को जोड़ा और गर्म किया जा सकता है। स्टीफन हेल्स अठारहवीं शताब्दी में, रसायन विज्ञान में दहन विश्लेषण के उदय के साथ, स्टीफन हेल्स ने अपने द्वारा उपयोग किए गए पदार्थ के नमूनों से गैसों को इकट्ठा करने के लिए वायवीय गर्त का आविष्कार किया; जबकि अपने द्वारा एकत्र की गई गैसों के गुणों में रुचि नहीं रखते थे, वे यह पता लगाना चाहते थे कि उनके द्वारा जलाए गए पदार्थ या किण्वन से कितनी गैस छोड़ी गई थी। हेल्स हवा को अपनी "लोच" खोने से रोकने में सफल रहे, अर्थात। इसे आयतन में कमी का अनुभव करने से रोकते हुए, पानी के माध्यम से गैस को बुदबुदाते हुए, और इसलिए घुलनशील गैसों को भंग करते हुए। वायवीय गर्त के आविष्कार के बाद, स्टीफन हेल्स ने विभिन्न वायुओं में अपना शोध जारी रखा, और उनके विभिन्न गुणों के कई न्यूटोनियन विश्लेषण किए। उन्होंने 1727 में अपनी पुस्तक वेजीटेबल स्टैटिक्स प्रकाशित की, जिसका वायवीय रसायन विज्ञान के क्षेत्र में गहरा प्रभाव पड़ा, जैसा कि कई शोधकर्ताओं ने अपने शैक्षणिक पत्रों में इसका उल्लेख किया है। वेजीटेबल स्टैटिक्स में, हेल्स ने न केवल अपनी गर्त का परिचय दिया, बल्कि एकत्रित हवा से प्राप्त परिणामों को भी प्रकाशित किया, जैसे कि हवा की लोच और संरचना के साथ-साथ दूसरों के साथ मिश्रण करने की उनकी क्षमता। वायवीय रसायन विज्ञान के निर्माता कहे जाने वाले स्टीफन हेल्स ने 1727 में वायवीय गर्त का निर्माण किया। इस उपकरण का व्यापक रूप से कई रसायनज्ञों द्वारा विभिन्न हवाओं के गुणों का पता लगाने के लिए उपयोग किया गया था, जैसे कि जिसे ज्वलनशील हवा (जिसे आधुनिक रूप से हाइड्रोजन कहा जाता है) कहा जाता था। लावोइसियर ने गैसों को इकट्ठा करने और उनका विश्लेषण करने के लिए अपने गैसोमीटर के अलावा इसका उपयोग किया, जिससे उन्हें सरल पदार्थों की अपनी सूची बनाने में मदद मिली। वायवीय गर्त, जबकि अठारहवीं शताब्दी में अभिन्न था, गैसों को अधिक कुशलता से इकट्ठा करने या केवल अधिक गैस इकट्ठा करने के लिए कई बार संशोधित किया गया था। उदाहरण के लिए, कैवेंडिश ने नोट किया कि एक प्रतिक्रिया द्वारा दी गई स्थिर हवा की मात्रा पूरी तरह से पानी के ऊपर मौजूद नहीं थी; इसका मतलब था कि स्थिर पानी इस हवा में से कुछ को अवशोषित कर रहा था, और उस विशेष हवा को इकट्ठा करने के लिए मात्रात्मक रूप से उपयोग नहीं किया जा सकता था। इसलिए, उन्होंने गर्त में पानी को पारे से बदल दिया, जिसमें अधिकांश हवा घुलनशील नहीं थी। ऐसा करके, वह न केवल एक प्रतिक्रिया द्वारा दी गई सभी हवाओं को एकत्र कर सके, बल्कि वह पानी में हवा की घुलनशीलता को भी निर्धारित कर सके, जिससे वायवीय रसायनज्ञों के लिए अनुसंधान का एक नया क्षेत्र शुरू हुआ। जबकि यह अठारहवीं शताब्दी में गर्त का प्रमुख अनुकूलन था, पानी के लिए पारा के इस प्रतिस्थापन से पहले और बाद में कई छोटे बदलाव किए गए थे, जैसे कि गैस संग्रह के दौरान सिर को आराम देने के लिए एक शेल्फ जोड़ना। यह शेल्फ ब्राउनरिग के पशु मूत्राशय जैसे कम पारंपरिक सिरों का उपयोग करने की भी अनुमति देगा। वायवीय गर्त का एक व्यावहारिक अनुप्रयोग यूडियोमीटर था, जिसका उपयोग जान इंगेनहौज़ द्वारा यह दिखाने के लिए किया गया था कि पौधे सूर्य के प्रकाश के संपर्क में आने पर अपक्षयी हवा का उत्पादन करते हैं, एक प्रक्रिया जिसे अब प्रकाश संश्लेषण कहा जाता है। गैसोमीटर अपनी रासायनिक क्रांति के दौरान, लावोइसियर ने गैसों को सटीक रूप से मापने के लिए एक नया उपकरण बनाया। उन्होंने इस वाद्य को गज़ोमेट्रे कहा। उनके पास दो अलग-अलग संस्करण थे; जिसका उपयोग उन्होंने अकादमी और जनता के लिए प्रदर्शनों में किया था, जो एक बड़ा महंगा संस्करण था जिसका उद्देश्य लोगों को यह विश्वास दिलाना था कि इसमें एक बड़ी सटीकता थी, और छोटा, अधिक प्रयोगशाला व्यावहारिक, संस्करण एक समान सटीकता के साथ था। यह अधिक व्यावहारिक संस्करण बनाने के लिए सस्ता था, जिससे अधिक रसायनज्ञों को लावोइसियर के उपकरण का उपयोग करने की अनुमति मिली। बीहाइव शेल्फ वायवीय संस्थान नोट्स और संदर्भ रसायन विज्ञान गैसों के रसायन विज्ञान प्रयोगों का इतिहास भी देखें।