Первый документально зафиксированный биологический эксперимент с водой был проведен в 30-е годы 17-го века голландским естествоиспытателем Ван Гельмонтом (15801644). Ван Гельмонт в течение 5-ти лет выращивал иву [96], проводя точные замеры весовых характеристик дерева, почвы и поливальной воды. По завершению опыта ван Гельмонт обнаружил, что ива за 5 лет прибавила в весе на 74 кг (164 фунта), а земля, в которую ива была высажена, убавилась в весе лишь на 57 г. (2 унции). Это привело ван Гельмонта к выводу, что существуют всего два элемента вода и воздух. А третий элемент вещественный включающий растения, деревья, и т.д., и даже землю, образуется в основном из воды. Не признавал ван Гельмонт и элемент «огонь», хотя вполне ясно, что ива, выращенная в темном помещении, будет существенно отличаться от ивы, выращенной ван Гельмонтом на солнечном свете. Пренебрег в своем опыте ван Гельмонт и газовым обменом растения, в данном случае ивы, что тем более удивительно, тем, что именно ван Гельмонт первым обозначил группу летучих химических веществ термином «газ», от греческого слова «χάος», а до ван Гельмонта применялся термин «αέρας» воздух.
Химики с 1600 г. занимались многими вопросами в области научных химических опытов со многими веществами, но изучение воды, как основного элемента всей природы, целенаправленно проводили мало. Отметим основные достижения.
В 1665 г. голландский механик Христиан Гюйгенс (16291695) предлагает, как основные точки для термометра, точки плавления льда и кипения воды.
В 1667 г. Гюйгенс показывает, что вода при замерзании расширяется со значительной силой, в опыте он разрывает железную трубку силой замерзающей воды.
В 1674 г. французский физик Дени Папен (16741713) наблюдает зависимость температуры кипения воды от давления и устанавливает факт, что при более низком давлении вода закипает при более низкой температуре. Он же в 1681 г. проводит опыт на котле с предохранительным клапаном, и устанавливает повышение температуры закипания воды с увеличением давления в закрытом котле.
В 1704 г. английский физик Исаак Ньютон (16421727) изучал цвет чистой воды и определил его как зеленый.
В 1755 г. швейцарский ученый Жан Андре Делюк (17271817) впервые наблюдает, что для того, чтобы расплавить лед, недостаточно нагреть его до температуры плавления, т.е. до 0+10С, а требуется некоторое дополнительное количество теплоты, чтобы вода сменила свое агрегатное состояние. Он же в 1772 г. обнаружил, что вода имеет максимальную плотность не при температуре замерзания в 00С, а при +40С.
17661783 гг. оказались этапными в изучении химии воды. Последовательно химики получили водород, кислород, а затем разложили на эти газы (тогда их называли и эластичными жидкостями) воду. Для описания этих и последующих работ будем применять принятые в химии обозначения.
В 1766 г. английский физик Генри Кавендиш (17311810) описывает открытый им газ, который он назвал «легковоспламеняющимся воздухом» это был водород. Водород Н2 выделялся при действии разбавленной серной H2SO4 или соляной HCl кислоты на металлы, в частности на железо Fe, цинк Zn. Возможна такая реакция:
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2
В 1770 г. французский ученый Антуан Лоран Лавуазье (17431794), исследуя предполагаемое ван Гельмонтом превращение воды в землю, приходит к заключению, что суммарный вес замкнутого стеклянного сосуда и долго кипевшей в нем воды (100 дней) остается неизменным, а земля (осадок) образуется из стекла сосуда. Для опыта Лавуазье применил дождевую воду, которую очистил восьмикратной перегонкой дистилляцией.
В 1771 (или в 1772) г. английский химик Джозеф Пристли (17331804) получил кислород O2 путем нагрева селитры КNO3. Его опыт соответствует такой реакции:
2КNO3 + (нагрев) = 2КNO2 + O2
Пристли посчитал выделявшийся в указанном опыте газ за обычный воздух, в 1773 г. он видит в нем закись азота N2O (это «веселящий газ»), которую он получил при реакции влажных железных опилок и окиси азота («азотистого воздуха»), но в 1774 г. Пристли понял, что ему удалось получить «дефлогистированный воздух» кислород.
Этому выводу предшествовал другой опыт Пристли, проведенный 1 августа 1774 г., схема которого приведена на рис 2.
Рис. 2