Boyl — Mariott qonuni

Buyuk ingliz olimi Robert Boylning tadqiqotlari Kimyo fanining yangi bosqichga ko‘tarilishi va mustaqil fan sifatida shakllanishiga asos bo‘lib hizmat qildi. U kimyoni alohida fan sifatida ajratib, uning muammolarini, mustaqil maqsad vazifalarini va ularni yechishning alohida, tibbiyotdagidan farq qiluvchi xususiy yo‘nalishlari zarur ekanligini ko‘rsatib berdi. Ko‘p sondagi rang reaksiyalari hamda cho‘kish reaksiyalarini tizimli ravishda tadqiq qilib borib, Boyl analitik kimyoga asos soldi. U endigina yuzaga kelib, tartiblanib borayotgan fizik-kimyo faning dastlabki qonunlaridan birini ochdi va u orqali fan tarixiga o‘z nomini abadiy muhrlab qo‘ydi. Robert Boyl (1627-1691) qirolich Yelizavetta zamonida yashagan omadli va o‘tkir xarakterli amaldor — Korkning birinchi gertsogi Richard Boylning 14 ta farzandi orasidagi o‘n uchinchisi bo‘lgan. Uning otasi ko‘plab yurishlarda ishtirok etib, katta miqdorda yer-mulklar va boyliklar orttirgan edi. Robert Boyl ham otasining yerlaridan biri — Irlandiyadagi Lismor Kasle hududida tug‘ilgan va butun bolaligini o‘sha yerda o‘tkazgan. U o‘z uyida, malakali murabbiylardan nihoyatda yaxshi darajada ta’lim olgan va 8 yoshida Iton universiteti talabasiga aylangan. U yerda to‘rt yil ta’lim olgach, oatsining yangi yer muklaridan yana biri — Stolbridjga yo‘l oladi.

«

o‘sha zamonlarda ingliz zodagodlari orasida rasm bo‘lgan urfga ko‘ra, 12 yoshga to‘lgan Robertni o‘zidan katta akasi bilan birgalikda Yevropa bo‘ylab sayohatga yuborishadi. U o‘z o‘qish jarayonini Shveytsariya va Italiyada davom ettirishga qaror qildi va u yerlarda uzoq 6 yil qolib ketdi. Angliyaga esa faqat 1644-yilda, otasi vafot etgandan so‘ng qaytdi. Otasi unga kattagina meros qoldirgan edi. Bu meros hisobidan u Stolbridjda laboratoriya tashkil etdi va 1645-yil oxirida ushbu laboratoriyada Fizika, Kimyo va Agrokimyo sohalarida murakkab tadqiqotlar o‘tkazishni boshladi. Boyl bir vaqtning o‘zida bir necha muammolar ustida ish olib borishni afzal ko‘rardi. Odatda u laboratoriyadagi hodimlariga joriy kun davomida qilinishi lozim bo‘lgan ishlarni taqsimlab berib, o‘zi shahsiy kotibi bilan birga kabinetida kun bo‘yi falsafiy mushohadalar bilan mashg‘ul bo‘lar edi. U o‘z falsafiy qarashlarini nutq so‘zlab berar, kotib esa ularni risola ko‘rinishida sahifalab yozib borar edi.

Qomusiy olim Boyl, yuqorida ta’kidlanganidek, kimyo, biologiya, tibbiyot, fizika muammolari bilan muntazam shug‘ullanib borib, falsafa, ilohiyot, hamda tilshunoslikka ham katta e’tibor qaratar edi. Boyl laboratoriya tadqiqotlariga birinchi darajali ahamiyat qaratar edi. Uning nisbatan qiziqarli va turli xil tajribalari kimyo xususida bo‘lgan. U kimyoning tibbiyot va alkimyogarlar shug‘ullanadigan sohalardan mustaqil ravishda, alohidafan sifatida shakllanishi zarur deb hisoblardi.

Avvaliga Boyl gullardan, shifobahsh giyohlardan, lishayniklar hamda darxat po‘stloqlaridan, shuningdek turli o‘simliklarning izldizlaridan damlamalar tayyorlash bilan shug‘ullandi. Eng qiziqarli nastoyka — lakmus lishaynikdan olingan binafsharang nastoy edi. Uning rangini kislotalar qizilga, ishqorlar esa havorangga o‘zgartirar edi. Boyl bu nastoy bilan qog‘ozni shimitib keyin uni quritib ko‘rdi. Bunday usulda tayyorlangan (ya’ni nastoy shimdirilgan) qog‘ozni suyuqliklar aralashmasiga botirilgainda u o‘z rangini o‘zgartirardi va bu orqali aralashmaning kislotalilik yoki, ishqoriylik xususiyatini o‘zida aks ettirardi. Bu Boyl o‘sha vaqtda nomlaganidek, dastlabki indicator moddalardan biri edi.

Kuzatuvchan olim eritmalarning yana bir qiziq xususiyatiga befarq bo‘la olmasdi: azot kislotasidagi kumush eritmasiga oz miqdorda xlor kislotasi qo‘shilsa, natijada oq cho‘kma hosil bo‘lar edi. Bu cho‘kindini Boyl «kornea oyi« (kumush xlorid) deb atadi. Agar bu cho‘kindini ochiq idishda qoldirilsa u qorayib qolgan. Bu analitik reaksiya bo‘lib, tadqiq etilayotgan moddada kumush mavjudligini aniq ko‘rsatib berar edi.

Yosh olim olovning kimyo uchun universial tahliliy vositachilik imkoniyatlari va xususiyatlariga shubha qilardi va shu sababli tahlilning boshqa usul va vositalarini qidirardi. U o‘zining ko‘p yillik tadqiqotlari natijasida, agar moddaga u yoki bu reaktivlar bilan ta’sir ko‘rsatilsa, bu moddalar nisbatan soddaroq birikmalarga parchalanishini aniqladi. Maxsus reaksiyalarni qo‘llab, ushbu birikmalarning tarkibini aniqlash mumkin edi. Ba’zi moddalar rangdor cho‘kindilar hosil qilsa, boshqalari ma’lum bir hidli gaz ajratib chiqarardi, ayrimlari esa, rangli aralashmalarga aylanar edi va ho kazo. Moddalarning maxsus reaksiyalar orqali parchalash va hosil bo‘lgan mahsulotlarni identifiaktsiyalash jarayonini Boyl analiz deb atadi. Bu yangicha ish uslubi bo‘lib, Analitik Kimyoning rivojlanishiga katta turtki bo‘lib hizmat qildi.

1654-yilda olim Oksfordga ko‘chib o‘tdi. U yerda o‘z amaliy tajribalarini assistenti Vilgelm Gomberg bilan birgalikda olib bordi. Tadqiqotlar bir maqsad yo‘lida: Moddalarni tizimlash va ularni o‘z xususiyatlariga ko‘ra guruhlarga taqsimlash. Gombergdan keyin, Boylning assistenti yosh va iste’dodli fizik Robert Guk bo‘ldi. U o‘z tadqiqotlairini asosan gazlarni o‘rganishgav a koruskulyar nazariyaga qaratdi. Ayni o‘sha vaqtlarda Boyl ilmiy risolalar orqali nemis fizigi Otto fon Gerikening amalga oshirgan ishlari bilan tanishdi va ularni o‘zi shahsan takrorlab ko‘rmoqchi bo‘ldi. Bu maqsadda u havo nasosining fon Gerikenikidan ancha farq qiluvchi o‘ziga xos konstruktsiyasini o‘ylab topdi. Bu nasosning birinchi namunasi Guk yordamida yasab bitkazildi. Tadqiqotchilar nasosdan havoni deyarli to‘liq yo‘qotishga muvvafaq bo‘ldilar. Lekin, bosh idishda efirning mavjudligini isbotlashga bo‘lgan barcha urinishlar samarasiz ketdi.

«Hech qanaqa efir yo‘q!» deb hulosa chiqardi Boyl. Bo‘shliq joyni «vakuum« deb atashga qaror qildi. (lotincha «bo‘shliq« degan ma’noda)

1660-yilda o‘ziga tegishli yerda Boyl o‘zining birinchi katta hajmdagi ilmiy ishi — «Havoning vazni va mavjud bo‘lishiga oid yangi fizik-mexanik amaliy tajribalar«ni yakuniga yetkazdi va nashr ettirdi. Keyingi kitob esa «Kimyogar — skeptik« deb nomlandi va bu ikki kitob orqali Boyl oz emas ko‘p emas, ikki ming yillik davomida hukm surgan «to‘rt unsur« haqidagi Aristotel ta’limotini, Dekartning «efir« haqidagi hulosalarini va alkimyogarlikka oid uchta boshlang‘ich ta’limotlarni chippakka chiqardi. Tabiiyki, bu narsa Aristotel ta’limoti tarafdolari hamda kartezianchilar tomonidan keskin qarshi olindi. Lekin, Boyl o‘z ilmiy ishlarida faqatgina nazariyot bilan cheklanmasdan, balki asosan amaliy tajribalarga suyanganligi tufayli, keltirgan dalillari va natijalari har qanday shubha va tortishuvlarga o‘rin qoldirmagan edi. Ma’rifat ahlining katta qismi, asosan — korpuskulyar nazariya tarafdorlari Boyl g‘oyalarini katta ilhom bilan kutib oldilar. Uning g‘oyaviy raqiblaridan ko‘pchiligi ham olimning kashfiyotlarini tan olishga majbur bo‘ldilar.

Boyl laboratoriyasida yangi assistant bo‘lib yosh va iqtidorli fizik Richard Taunli ish boshladi. U bilan birgalikda Robrt Boyl eng asosiy fundamental fizik qonuniyatlardan biri — gaz bosiminig hajman o‘zgarishi, uning bosimi o‘zgarishiga teskari proportsional ekanligini aniqlashi. Bu shuni anglatar ediki, idish hajmini o‘zgarishini bilgan holda, undagi gaz bosimini aniq hisoblab toppish mumkin bo‘lardi. Bu kashfiyot XVII asrning buyuk kashfiyotiga aylandi. Boyl uni 1662 yilda «Havoning vazni va elastikligiga nisbatan ilmning himoyasi« nomli ilmiy ishi bilan bayon qilib berdi. Olim mazkur ilmiy ishida ushbu qonunni gipoteza deb atagani hali hamin ilmiy doiralarda qiziqish uyg‘otib keladi. Ba’zilar buni olimning o‘zi mazkur qonuniyatga shibha bilam yondoshgan deb izohlashsa (olim o‘zi aytganidek, «Kimyogar — skeptik«), ba’zilar buni Robert Boylning o‘ta kamtar bo‘lganligiga bog‘laydilar. Hozirgi zamondagi bosim tushunchgasiga muofiq keluvchi, «havoning elastik« ekanligi tushunchasi Boylning tadqiqotlaridagi asosiy g‘oya va belgilovchi omillar edi.

«Havoning elastikligi — yozadi Lotssi, — Paskal tomonidan barchaga aniq namoyish qilingan va fon Gerikening tajribalari akademiyasi tomonidan takrorlangan edi. Havoli pufak, agar uni barometric kamera yoki havosi so‘rib olingan rezervuarga qo‘yilsa, u ichidagi havosi chiqib ketadi (puch bo‘lib qoladi). Gerikening ikkita tutash idishlar bilan bajargan tajribalari ham havoning elastikligini tasdiqlaydi. Shuni ta’kidlash kerakki, yuqorida qayd etilgan tadqiqotlar tufayli elastiklik nazariyasi vujudga keldi. Pekke tomonidan taklif etilgan ushbu termin Boyl tomonidan qattiq jismlarning elastikliklarini tadiqiq qilish ishlarida ham keng qo‘llanilgan. Bunday tushunchaga qarshi Franchesko Lino (1595-1675) e’tiroz bilan chiqdi. U aslida o‘z ilmiy faoliyati davomida Fabri va Merseni tomonidan ilgari surilgan, Torichelli effekti hamda, suvning nasos yordamida so‘rib — uzatish jarayonlarini, havo va suvdagi «ilmoqli zarrachalarning bir-birini ilintirib tortishi« bilan izohlovchi ta’limot g‘oyalarini himoya qilar edi. 1660 yilda nashr etilgan «shisha trubkalardagi simob bilan tajriba haqida…« nomli risolasida Lino, agar ikkala tomoni ham ochiq trubkaga simobni quyilsa va bir tomonini barmoq bilan berkitib, ikkinchi tomonidan simobni to‘kila boshlansa, undagi simobning bir qismi tushib ketgach, barmoq bilan berkitilgan tarafda, barmoq bilan simob sathi orasida hosil bo‘lgan bo‘shliq va unga nisbatan barmoqning tortilib (so‘rilib) bo‘rtib kirib qolgan yumshoq «yostiqcha«sini ko‘rish va his qilish mumkinligini qayd etadi. «Bu tortilib kirish — deb mulohaza yuritadi Lino, tashqaridagi atmosferaning bosimidan emas, balki trubkaning ichkarisidagi qandaydir ko‘rinmas rishtalar («funikulalar«), ya’ni, bir uchi bilan barmoqqa, ikkinchisi bilan simob ustuniga mustaxkam bog‘lanib oladigan moddiy substantsiyalarning kuchi bilan bog‘liq«. Hozirda bunday g‘oyalar faqat kulini qistatadi. Lekin o‘sha vaqtlarda bu g‘oyalar jiddiy qabul qilingan va ahamiyat bilan o‘rganib chiqilishi zarur bo‘lgan. Shu sababli Boyl, o‘z ilmiy ishlirini yanada asosliroq va ilm afkor-ommasiga yanada tushunarliroq mazmunda bayon etib «Linoga qarshi himoya« nomli ilmiy asar yozib, unda yana bir bora havoning elastiklik xususiyati Torichelli ustunini tutib turishdan ham ko‘ra ko‘proq narsalarga qodir ekanligini soda ilmiy tilde bayon qilib berdi: «Biz mohir qo‘llar bilan lampa yordamida bir uchi yuqoriga qayrib egilgan uzun shisha nay oldik. Uning qayrilgan qismi qolgan asosiy qismiga deyarli parallel. Ular orasidagi tirqish yana ham qisaqa egilishda germetik payvandlangan edi. Qisqa qismi uzunligi bo‘ylab dyumlarga (ulardan har biri yana sakkiz qismlarga taqsimlangan) ulushlagan edi. Qog‘oz parchalaridan ulushlarning qiymatlari yozib, naycha bo‘ylab ehtiyotkorlik bilan yopishtirib chiqilgan«. Huddi shunday qog‘oz — o‘lchov belgilari uzun naychaga ham yopishtirilgan. Shundan keyin qisqa naychaga «sifonning yarim aylana yoki egilgan qismigacha to‘lguncha« simob quyilgan. Bular amalga oshirilganidan so‘ng, biz, uzun naychaga ham simob quay boshladik. Bunda ustidan quyilgan simob natijasida qisqa naychadagi havo dsatlabki hajmning yarminigina egallaganligi tufayli hajman kichraymadi. Biz naychaning nisbatan uzun qismidan ko‘z uzmay kuzatib turdik va — shuni qayd etdikki, bu, uzunroq naychadagi simob narigisidan ko‘ra 29 dyum yuqoriroqda turar edi.

Amaliy tajriba yakunlarini hulosa qilib, Boyl ta’kidlaydi: qachonki naycha tubidagi havo dastlabki hajmig nisbatan chorak marotaba hajman siqilganida uning suv bilan ho‘llangan mato bilan o‘rab, sovuq ta’sirida qanchalik qo‘yiqlashar (hajman siqilar) ekanligini tekshirib ko‘rdik. Va ba’zan shunday tuyuldiki, havo, uning ustidan aniq hulosalar qilishga yetarli darajada siqilmas edi. Keyin biz balki issiqlik o‘sha havoni kengayishga majbur qilar deb o‘ylab, buni ham tekshirib ko‘rdik; sham alangasiga naychaning havo to‘planib qolgan qismini yaqinlashtirganimizda shu narsa ma’lum bo‘ldiki, issiqlik havoga sovuqlikda ko‘ra sezilarliroq ta’sir ko‘rsatar ekan.

Shunisi qiziqki, mazkur izlanishlardan hulosalarni Boyl emas balki, Taunli chiqaradi. Boylning ta’kidlashicha, Richard Taunli uning «havoning elastikliga taaluqli yangi fizik-mexanik tadqiqotlar« ilmiy ishini o‘qib chiqqach, «bosim va kengayish bir biriga teskari proportsional« degan gipotezani ilgari surgan ekan.

G.Dorfmann shunday yozadi: «Boylning ushbu tadqiqotlari e’lon qilinganidan 15 yil keyin, ya’ni, 1679-yilda Fransiyada abbat Edma Marriottning «havoning tabiati haqida nutq» nomli asari paydo bo‘ldi. Unda abbat Mariott butunlay boshqa fan muammaolari qatorida, Robert Boylning tadqiqotlariga o‘xshash tajribalar haqida mufassal bayonlar keltirib, havoning bosimi va egallaydigan hajmi orasidagi bog‘liqliklarni tadqiq va tahlil qiladi. Mariott o‘zidan oldingi soha tadqiqotchisi haqida bir marta ham so‘z yuritmaydi, huddiki unga Boylning pnevmatikaga oid ishlari butunlay notanishdek. Vaholanki, Boylning ishlari Yevropa ilmiy jamoatchiligida yaxshigina shuhrat topgan edi: ular lotin va ingliz tillarida chop etilib, katta adadlarda tarqalgandi. Umuman olganda Mariott o‘zidan avvalgi nomdor soha asoschisini birinchi marta unutayotgani yo‘q edi, huddi shu yo‘sinda u 1673-zarbalar haqidagi ilmiy ishida ham Gyugens haqida lom-mim demasdan, u asos solgan tajriba uslubiyoti hamda nazariyot asoslarini o‘zlashtirib olgan.

Adolat yuzasidan shuni ta’kidlash kerakki, Mariottning ishlari Robert Boylning amaliy tajribalari va ilmiy uslubiy bayoniga nisbatan aniqlik va batafsillik nuqtai nazaridan ancha sayoz hisoblanadi. Yuqorida tanishganimizdek Boyl tajriba natijalarini dyumning 1/16 ulushigacha aniqlikda o‘lchaydi. o‘lchov natijalaridagi kelib chiqishi mumkin bo‘lgan xatoliklarni real baholaydi matematik hisob kitoblar bilan tuzatishlar kiritib bayon qiladi. Ehtiyotkor va tanqidiy qarashlar orqali o‘zi ochgan qonuniyatni «gipoteza» deb ataydi va uni amaliy tajribaviy tasdiqlarni talab etadi deb baholaydi.

Mariott esa uni to‘g‘ridan to‘g‘ri o‘zining nomidagi qunun va «tabiatdagi qoida» deb e’lon qiladi. Shunday ekan, adolat yuzasidan aytsak, «Boyl — Mariott» qonuni aslida «Boyl — Taunli» yoki, «Boyl — Taunli — Guk» qonuni deb atalsa to‘g‘riroq bo‘ladi. Afsuski, ko‘pincha fizika kurslarida, huddiki Mariott o‘z laboratoriyasi va shogirdlari bilan amaliy tajribalar orqali ushbu qonuniyatni ochgan Boylning ilmiy natijalarini «aniqlashtirgan», yoki, «aniqlik kiritgan» sifatida tasdiqlanadi. Bu esa mazkur tarixiy voqe’likka doir haqiqatga muofiq kelmaydi.

Shunday bo‘lsa ham aynan Mariott (1620-1684) ushbu qonunning turli sohalarga qilinishi mumkin bo‘lgan tadbiqini avvaldan aytib berdi. Ulardan asosiysi, joining balandligini barometr ko‘rsatkichidan kelid chiqib hisoblab chiqish va aniqlash edi. Ammo Mariottning matematik bilimlarining sustligi hisob-kitoblardagi chalkashliklar va o‘ta kichik qiymatlardagi amallar tufayli, uning o‘zi olgan natijalar butunlay yaroqsiz chiqdi.

Keyinroq, 1686 yilda atmosfera bosimi yordamida joining balandligini aniqlash masalasiga ingliz astronomi Edmond Galley (1656-1742) e’tibor qaratdi. U ko‘pchilikka o‘z nomi bilan ataluvchi kometaning kashf etganligi biolan yaxshi tanish. Demak, shuningdek aynan Galley mazkur masala yuzasidan nisbatan aniq formulani ishlab chiqdi. Nisbatan deyilishiga sabab u o‘z formulasida atmosferadagi harorat o‘zgarishlarini nazardan qochirgan edi. Galley formulasining asosiy g‘oyasi shundan iborat ediki, balandlik arifmetik progressiya tarzida ortishi bilan, atmosfera bosimi geometrik progressiya tarzida kamayib boradi deb hisoblardi.