Вторая часть работы Кавендиша носит название «Эксперименты по связанному воздуху , или искусственный воздух, получаемый из щелочных веществ взаимодействием с кислотами или прокаливанием».

Описывая эту часть работы, Кавендиш опирается на полученные Блэком результаты касательно влиянии угольной кислоты на жесткость карбонатов. Кавендиш получил углекислый газ растворением мрамора в соляной кислоте. Он обнаружил, что выделяющийся газ обладает растворимостью в воде, быстро взаимодействует с щелочами, но может сохраняться до одного года под слоем ртути, не теряя эластичности и химических свойств. Для определения растворимости углекислого газа в воде Кавендиш использовал аппарат, открытие которого часто приписывают Пристли. В градуированный сосуд, наполненный ртутью, Кавендиш запускал известные объёмы исследуемого газа и воды; таким образом он установил, что «при температуре 55° вода поглощает гораздо больше исследуемого газа, чем обычного воздуха». В ходе своих экспериментов он установил, однако, что вода не всегда поглощает один и тот же объём связанного в мраморе газа. Этот факт учёный объяснял тем, что данный газ содержит вещества, обладающие различной растворимостью в воде. Учёный также выяснил, что холодная вода растворяет гораздо больше такого газа, чем горячая; для объяснения этого факта он приводил в пример кипящую воду, которая не только не способна поглотить какой-либо газ, но и лишается того, что она уже поглотила.

Плотность угольной кислоты была определена так же, как и в случае водорода, она оказалась равной 1,57 плотности атмосферного воздуха. Это определение хорошо воспроизводит известное на данный момент значение 1,529. Неточность определения связана с наличием примеси газообразной соляной кислоты, а также с несовершенством оборудования. Была проведена серия опытов по влиянию углекислого газа на процесс горения, Кавендиш использовал простую установку, содержащую стеклянную банку и восковую свечу. При наличии в банке только атмосферного воздуха свеча горела в течение 80 секунд. При содержании в банке одной части «связанного воздуха» (углекислого газа) и 19 частей атмосферного воздуха свеча горела 51 секунду, при соотношении 1 к 9 — всего 11 секунд. Таким образом, добавление даже небольших количеств углекислого газа к атмосферному воздуху лишает последнего способности к поддержанию горения.

Далее следуют попытки определить количества «связанного воздуха» в карбонатах щелочных металлов. Для этого Кавендиш измерял потерю массы раствора при взаимодействии карбонатов с соляной кислотой. Он пришёл к выводу, что карбонат аммония содержит гораздо больше связанного воздуха, чем мрамор, поскольку реакция с соляной кислотой протекает более бурно.

Третья часть работы Кавендиша посвящена «Воздуху, образующемуся в процессах брожения и гниения». Макбрайд, следуя предположению Блэка, показал, что в этих процессах выделяется исключительно углекислый газ. Кавендиш подтвердил этот результат опытами по брожению сладкого вина и яблочного сока. Действительно, газ, выделяющийся в этих процессах, полностью поглощался карбонатом калия, а также обладал такими же растворимостью в воде, действием на пламя и удельным весом, как и «воздух», выделяемый из мрамора.

Газы, выделяющиеся в процессе гниения Кавендиш получал, разлагая бульон при температуре, близкой к температуре кипения воды. Опыт проводил до тех пор, пока газ не переставал выделяться. Полученный газ пропускали через раствор карбоната калия, при этом углекислый газ поглощался и оставалась смесь «обычного воздуха» и некого «горючего воздуха» в пропорции 1 к 4,7. Далее Кавендиш определил удельный вес полученный смеси и сравнил с удельным весом 1 части атмосферного воздуха и 4,7 частями водорода; удельный вес последнего оказался меньше. Учёный сделал вывод о том, что новый полученный «горючий газ» обладает практически такой же природой, что и полученный взаимодействием металлов с кислотами.

Кавендиш смог точно определить состав атмосферы Земли. После тщательных измерений учёный пришёл к выводу, что «обычный воздух состоит из одной части воздуха без флогистона (кислорода) и четырёх частей воздуха с флогистоном (азота)».

В работе 1785 г описан эксперимент, в котором Кавендишу удалось удалить кислород и азот из образца атмосферного воздуха, но при этом оставалась определенная часть, которую учёный не мог удалить известными ему способами. Из этого эксперимента Кавендиш пришёл к выводу, что не более 1 / 120 атмосферного воздуха состоит из газов, отличных от кислорода и азота. Понадобилось около ста лет, чтобы Рамзай и Релей, опираясь в числе прочего и на работу Кавендиша, показали, что эта остаточная часть атмосферного воздуха представляет собой в основном аргон, а еще позднее в ней были обнаружены и другие инертные газы.

Гравитационная постоянная [ править | править код ]

Помимо своих достижений в области химии, Кавендиш также известен опытами, с помощью которых он определил значение плотности Земли, что означало также и определение массы Земли, поскольку радиус Земли был уже с достаточной точностью известен, а также, путем несложных вычислений, получить численное значение гравитационной постоянной (что, вероятно, было сделано после «Трактата по механике» Пуассона (1811), где гравитационная постоянная вводилась в чистом виде). На основании результатов Кавендиша, можно вычислить ее значение G = 6,754 ⋅ 10⁻¹¹ Н{\displaystyle \cdot } м²/кг² ^[7], что хорошо совпадает с ныне принятым значением 6,67384 ⋅ 10⁻¹¹ Н{\displaystyle \cdot } м²/кг² ^[8].

Первоначально эксперимент был предложен Джоном Мичеллом. Именно он сконструировал и главную деталь в экспериментальной установке — крутильные весы, однако умер в 1793, так и не поставив опыта. После его смерти экспериментальная установка перешла к Кавендишу, который модифицировал установку, провёл опыты в 1797 году и описал их в Philosophical Transactions в 1798 году ^[9]. Для своего времени эта работа явилась беспримерным шедевром искусства физического эксперимента.