Очерк общей истории химии. От древнейших времен до начала XIX в.
Шрифт:
В этом же мемуаре Лавуазье описывает и опыты по кальцинации металлов, прежде всего олова и свинца. При этом он пользовался зажигательным стеклом и прибором Гейлса. При помощи этого прибора (правда, несколько видоизмененного) он осуществил и восстановление свинцового глёта. Опыты эти отчетливо показали, что при кальцинации металлов происходит поглощение значительных количеств воздуха, при восстановлении же металлических "известей", наоборот, выделяется воздух.
Не желая оставить ничего существенного без внимания, Лавуазье, уже хорошо знавший о роли воздуха при кальцинации металлов, решил наглядно показать, что старое утверждение Р. Бойля, будто при кальцинации металлов поглощается «огненная материя», не соответствует действительности. Он поставил контрольный опыт, вернее серию опытов, тех же самых, какие были в 1756 г. проведены Ломоносовым. Эти опыты Лавуазье описал в особом мемуаре, опубликованном в 1774 г.
Этот вывод целиком совпадает с выводом Ломоносова. Но Лавуазье через 18 лет после Ломоносова, естественно, изучил явление более широко и обстоятельно и установил, что «можно обжигать лишь определенное количество олова в данном объеме воздуха… при всяком обжиге олова увеличение веса довольно точно равняется весу поглощенного количества воздуха…» (22).
Параллельно с описанными опытами Лавуазье вел другие исследования. Все они, однако, были подчинены общей цели и касались систематического обследования явлений, связанных с горением различных тел, обжиганием металлов и других веществ, сопровождающихся выделением или поглощением воздухообразных веществ. В связи с этим же он заинтересовался и действием на различные вещества «сверхвысоких» температур. В то время считали, что такие «сверхвысокие» температуры очень легко получить при помощи больших зажигательных стекол. В 1772 г. Лавуазье вместе с несколькими сотрудниками построил большую зажигательную машину с двумя линзами, одна из которых имела диаметр более 120 см.
При помощи этой машины Лавуазье исследовал действие жара на различные вещества. Особого упоминания заслуживают его опыты по сжиганию алмаза. О природе алмаза в то время ничего не было известно (23), однако некоторые ученые утверждали, что при сильном нагревании алмаз испаряется или же растрескивается и рассыпается. Лавуазье поместил алмаз в фокус линз зажигательной машины и установил, что алмаз сгорает, точно так же как и уголь, с поглощением воздуха. Однако продукты сгорания алмаза в то время Лавуазье не исследовал. Все эти опыты и исследования, в особенности выводы из них, находились в полном противоречии с господствовавшей в то время теорией флогистона. Естественно, что они вызывали не только скептическое отношение, но и явное неудовольствие сторонников этой теории. Лавуазье приходилось быть крайне осторожным в формулировках и выводах и всегда основательно их аргументировать. Но он упорно шел по ранее намеченному пути, шаг за шагом подтачивая основы флогистического учения. Уже в 1774 г. он начал главную атаку на это учение.
0сновываясь на своих опытах сжигания фосфора и других веществ, Лавуазье пришел к выводу, что воздух — не простое тело, как все считали в то время, а смесь, или соединение каких-то различных по свойствам газов. Догадываясь, что в составе воздуха имеется часть, поддерживающая горение и фиксируемая горящим телом (т. е. связывающаяся с ним), Лавуазье вначале предположил, что природа этой части воздуха аналогична природе «фиксируемого воздуха» Блэка, т. е. углекислого газа.
Однако, когда он приготовил искусственный воздух из части воздуха, оставшейся после горения в нем фосфора и из «фиксируемого воздуха» Блэка, оказалось, что свеча в таком воздухе немедленно гаснет. Продолжая свои опыты, Лавуазье уже в феврале 1773 г. пришел к выводу, что часть воздуха, которая поглощается металлами при их обжиге, вовсе не представляет собой «фиксируемого воздуха» Блэка, т. е. углекислоты, а, наоборот, является «наиболее пригодной для дыхания», в то время как остающаяся после обжига, не поглощенная металлом часть воздуха непригодна для дыхания и горения. Таким образом, в это время он стоял на пороге открытия кислорода.
Но Лавуазье не торопился с окончательными выводами из своих опытов, очевидно не вполне сознавая важность шага, который ему предстояло сделать. Некоторое время он занимался опытами с «воспламеняющимся воздухом» (водородом) Кавендиша и окислами азота. При этом из-за несовершенства методов ему не удалось сделать существенных наблюдений и выводов.
Между тем открытие кислорода было настолько подготовлено и настолько созрело, что стало неизбежным. Байен опубликовал в 1774 г. сообщение о получении им из Mercurius praecipitatus per se (HgO) газа и пришел к выводу, что это и есть тот самый газ, который, присоединяясь к металлу во время обжига, увеличивает его вес. Байен указывает, что его опыты имеют много общего с опытами Лавуазье. 1 августа 1774 г. Пристлей получил тем же путем при помощи зажигательного стекла «воздух», в котором свеча горела
Таким образом, кислород был открыт почти одновременно несколькими различными исследователями, независимо друг от друга. Правда, ни один из авторов этого открытия не понял истинного значения полученных результатов, рассматривая их лишь с точки зрения теории флогистона. Лавуазье ничего не оставалось делать, как проверить опыты, о которых он получил сведения. Пытаясь, однако, идти собственным путем, Лавуазье не сразу обратился к окиси ртути как источнику для добывания кислорода. Вначале он рассматривал проблему получения кислорода как общую проблему разложения «металлических известей», т. е. подходил к ней с меркой флогистической доктрины. Он полагал, что если металлы при обжиге связывают часть воздуха, то эта часть воздуха затем может быть обратно получена в свободном состоянии при более сильном прокаливании известей. Поэтому он думал, что кислород может быть получен из любой «металлической извести». Прокаливая окислы железа, он действительно получил некоторое количество «воздуха», но ему не удалось получить этот «воздух» в чистом виде. Лишь в ноябре 1774 г. он перешел к опытам с красной окисью ртути, которая и оказалась наиболее подходящей для получения чистого кислорода.
Как мы видели, свои пневматические исследования Лавуазье вел по заранее намеченному плану. Именно такой «плановый» подход позволил ему не упустить ничего существенного и окончательно разобраться в той путанице, которая создалась в результате флогистическйх названий и объяснений свойств вновь открытых химиками-пневматиками газов и, в первую очередь, кислорода. В отличие от флогистиков, рассматривавших свои открытия исключительно с точки зрения дальнейшего усовершенствования уже отжившей свой век теории, Лавуазье искал доказательств своих новаторских взглядов на явления горения и дыхания. При этом ему приходилось тщательно подбирать аргументы для опровержения теории флогистона. Поэтому, обратившись к опытам с окисью ртути, он поставил experimentum crucis — решающий опыт, который должен был внести полную ясность в вопрос.
В конце 1774 г. он провел опыты по восстановлению окиси ртути двояким путем. Сначала он восстановил ее прокаливанием с углем, т. е. путем, который применим к большинству металлических окислов. Естественно, он получил при этом "фиксируемый воздух" Блэка, т. е. углекислый газ в качестве газообразного продукта реакции. Затем он провел восстановление окиси ртути сильным нагреванием без добавок посторонних веществ и получил газ, совершенно не похожий на «фиксируемый воздух»; этот газ после соответствующих опытов был определен как «наиболее чистая часть того самого воздуха, который нас окружает» (24). В конце 1774 г. Лавуазье опубликовал предварительное сообщение об этих опытах.
Натолкнувшись таким образом на правильный путь в объяснении свойств и роли в процессах горения «наиболее чистого воздуха», Лавуазье интенсивно продолжал свои опыты в первые месяцы 1775 г. Он хотел и сам убедиться в справедливости своих выводов и убедить в них других. Поэтому он повторил эти опыты в присутствии своих друзей — ученых Франции — и в апреле 1775 г. выступил в Академии наук с докладом, который был скоро опубликован под названием «Мемуар о природе вещества, соединяющегося с металлами при их прокаливании и увеличивающего их вес» (25). Описав здесь опыты, о которых шла речь выше, Лавуазье сформулировал некоторые выводы. Резюмируя опыт восстановления окиси ртути углем, он пишет: «Так как уголь совершенно уничтожается при восстановлении ртутной земли с образованием «связанного» (фиксируемого) воздуха, то приходится заключить из этого, что начало, которому до сих пор давалось название «связанного», «постоянного», «тяжелого», «огнеупорного» воздуха (air fixe), является результатом соединения легко вдыхаемой части воздуха с углем» (26).
Описывая далее свойства полученного из окиси ртути «легко вдыхаемого» воздуха, Лавуазье замечает: «Когда, переведя некоторое количество этого воздуха в стеклянный цилиндр диаметром в один дюйм, я опустил туда свечу, она загорелась с ослепительным светом; уголь, вместо того, чтобы спокойно тлеть, как в обыкновенном воздухе, горел сильным пламенем и с некоторым треском, подобно фосфору, притом с такой яркостью, которую глаза с трудом переносили. Этот воздух, который был открыт почти в одно время Пристлеем, Шееле и мною, был назван первым — «дефлогистированным воздухом», вторым — «огненным» (empyreal) воздухом. Я ему дал сначала название «в высшей степени легкого вдыхаемого», или «весьма удобовдыхаемого воздуха» (air eminemment respirable); впоследствии это название было заменено названием «жизненный», или «живительный» воздух (air vital)» (27).