Одну из ярких страниц в развитии химии во второй половине XVIII в. представляет собой деятельность химиков-пневматиков, изучавших способы получения и свойства различных газов (от греческого — «дух», «дуновение», «дыхание», «воздух»). По существу эта область исследования представляла собой одно из направлений химико-аналитической и химико-технической деятельности химиков флогистического периода. К тому же химики-пневматики не только занимались исследованиями газов, но и работали в других важных областях химии того времени.

Однако специфический характер исследований химико-пневматиков и важное значение, которое приобрела их деятельность для дальнейшего развития химии, требуют особого рассмотрения истории открытий в области химии газов во второй половине XVIII столетия, а также анализа той борьбы мнений, которую вызвали новые открытия.

До середины XVII в., как уже говорилось, газы еще не различались и считались лишь разными видами воздуха. Ван-Гельмонт, по-видимому, первый показал, что помимо воздуха следует признать существование ряда различных воздухообразных тел, которые он называл газами, и, в частности, «лесного газа».

После Ван-Гельмонта изучением газов занимались отдельные исследователи, в частности Ж. Рей, Дж. Майов, Р. Бойль. В начале XVIII в. химики не проявляли особого интереса к изучению газов. Основной причиной этого было отсутствие в их распоряжении удобных методов получения, собирания и исследования свойств отдельных газов. Однако некоторые ученые все же пытались исследовать свойства известных в то время газов, применяя воздушный насос Бойля и примитивные приспособления для собирания выделяющихся в различных процессах газов. Так, Ломоносов, изучавший механизм растворения металлов в кислотах, получил при растворении меди в азотной кислоте окислы азота и описал некоторые свойства этого газа. Для собирания газа он пользовался бычьим пузырем, как, впрочем, и его современники и химики более позднего времени, например Пристлей.

В первой половине XVIII в. появилось описание так называемой пневматической ванны, предложенной Гейлсом, в которой приемник получаемого газа был отделен от генератора газа. Однако открытие Гейлса не сразу стало известно химикам, так как было опубликовано в книге, посвященной проблемам ботаники.

Стефен Гейлс (1667–1761) изучал в Кэмбридже теологию и стал священником. Свой досуг он посвящал изучению математики и естествознания, особенно биологии (физиологии растений). Гейлс экспериментально исследовал различные явления и процессы, связанные с ростом растений, а также и с их химическим составом. При этом он стремился пользоваться точными физическими методами исследования и объяснять явления жизни и роста растений с позиций физики и химии. Главным трудом Гейлса, посвященным физиологии растений, является книга «Статика растений» (1727 г.). В этом сочинении и описана «пневматическая ванна», которая служила Гейлсу для собирания газов, выделявшихся при сухой перегонке дерева. В дальнейшем «пневматическая ванна» приобрела большое значение в практике исследований газов как прибор для собирания газов над водой.

Первым видным представителем периода пневматической химии был английский ученый Джозеф Блэк (1728–1799). Он родился в Бордо (Франция) и в 12-летнем возрасте переехал в Англию для получения образования. Он учился в Бельфасте (Ирландия), а в 1746 г. поступил в университет в Глазго. Здесь он изучал медицину, но интересовался и естественными науками, особенно химией. В 1750 г. Блэк перешел в Эдинбургский университет, а в 1754 г. получил степень доктора медицины. Выполненное им в качестве докторской работы исследование (опубликовано в 1755 г.) было посвящено выяснению природы «едких» и «мягких» щелочей, а также свойствам «воздуха», выделяющегося при действии кислот на «мягкие» (т. е. углекислые) щелочи. Эта работа принесла Блэку известность и авторитет. В 1756 г. он был назначен профессором химии в Глазговском университете, а 10 лет спустя, в 1766 г., перешел на ту же должность в Эдинбургский университет.

Здесь он работал более 30 лет (до 1797 г.), привлекая своими замечательными лекциями много слушателей и учеников. В последние годы жизни Блэк был тяжело болен (80).

Хотя исследования Блэка немногочисленны, они приобрели важное значение в истории химии и оказались как бы вводными в исследования химиков-пневматиков. Тема первого его исследования, начатого в 1752 г., была поставлена им в связи с поисками эффективных лекарственных средств для растворения камней в мочевом пузыре. В то время для этого применялись едкие щелочи. Желая «смягчить» действие подобных средств, Блэк прежде всего занялся изучением природы едкости щелочей. Как и его современники, он полагал, что едкость щелочей связана с наличием в их составе элемента-огня. Так, считалось, что известняк при сильном прокаливании превращается в едкую известь вследствие присоединения «огненной материи». Но изучая переход от мягкой щелочи (известняка) к едкой (извести), Блэк убедился в ошибочности таких представлений. Он нашел, что при прокаливании известняка к нему не только не присоединяется какая-либо материя, а наоборот, прокаливание сопровождается выделением из известняка значительного количества «воздуха». После тщательного изучения свойств этого «воздуха» Блэк назвал его «фиксируемым воздухом», так как оказалось, что этот «воздух» легко поглощается — «фиксируется» (связывается) едкими щелочами, например раствором едкой извести.

Поставив подобные же опыты с жженой магнезией, Блэк получил новое подтверждение своим выводам. Он обнаружил далее, что «фиксируемый воздух», т. е. углекислый газ, выделяется из известняка (СаСO3) и белой магнезии (углекислого магния) при действии кислот, причем получаются соли. В своих исследованиях Блэк пользовался весами и точно определял потерю в весе «мягких» щелочей при их прокаливании. Так, он взял точно отвешенное количество белой магнезии и, прокалив ее, отметил потерю в весе. Затем он растворил полученную жженую магнезию в кислоте и осадил поташом из раствора белую магнезию. Отделив и высушив осадок, он получил точно такое же количество белой магнезии, которое было взято для опыта. На основании своих исследований Блэк пришел к заключению, что «мягкие щелочи» содержат «фиксируемый воздух», который играет роль кислоты в этих соединениях, представляющих собой, таким образом, соли.

Несмотря на ясность и доказательность выводов Блэка, в то время еще приверженца теории флогистона, его исследования многие ученые подвергли критике и даже нападкам. Против представлений Блэка о причине едкости щелочей выступил, в частности, немецкий химик И. Ф. Мейер, который, в противовес мнению Блэка, считал, что при прокаливании известняка и белой магнезии теряется не «фиксируемый воздух», а лишь вода и что переход от мягкой щелочи к едкой связан с поглощением из огня особой «жирной кислоты» (acidum pingue). Вслед за Мейером взгляды Блэка критиковали и другие химики, в частности французский химик Бомэ. Даже Лавуазье не хотел признавать справедливость выводов Блэка, склонялся к мнению его противников и лишь впоследствии изменил свои взгляды.