Революция в воздухе. Лавуазье. Современная химия
Шрифт:
В греческой философии вода была одной из четырех главных стихий. Жизненно необходимая для живых существ, она очень долго считалась чем-то единым, что невозможно разложить на составляющие. Ван Гельмонт осуществил в первой половине XVII века опыт, который дал ему основание утверждать, что этот изначальный элемент может превращаться в землю. Фламандский ученый посадил плакучую иву в определенное количество влажной земли и следил за деревом в течение пяти лет. Вес дерева увеличился на 75 кг, тогда как вес земли уменьшился всего на 57 г. Ван Гельмонт предположил, что масса дерева увеличилась только из-за дождевой воды, то есть от того, что вода превращалась в землю и оттуда переходила в дерево. Опыт казался неопровержимым,
Для проверки гипотезы о возможности превращения воды в землю Лавуазье начал с того, что выбрал гораздо более простую систему, а именно взял сосуд, наполненный водой. Он строго выверил условия опыта: взвесил пустой сосуд, наполнил его водой и снова взвесил, а затем герметично закрыл.
После этого ученый нагревал его в течение 103 дней. Выбранный им сосуд назывался «пеликаном». Как видно из рисунка, при нагреве жидкость в нем испарялась в верхнюю часть, конденсировалась и снова стекала в основную часть.
В течение этого времени Лавуазье наблюдал за небольшим количеством «земли», образовавшейся на дне емкости. Охладив сосуд, он взвесил его с водой и констатировал, что его вес не изменился после начала опыта. Зато вес пустого сосуда уменьшился, причем на величину, равную весу образовавшейся земли. Исходя из полученных результатов, Лавуазье пришел к выводу, что по причине длительного нагревания материал, из которого был сделан сосуд, вступил в реакцию с водой, что привело к образованию твердого осадка. Благодаря этому опыту теория превращения воды в землю была опровергнута.
С тех пор стало ясно, что Лавуазье не примет сторонние теории, какими бы твердыми и укорененными они ни были, не убедившись в их достоверности.
Кроме того, данный опыт наглядно показал, насколько важно использовать точные инструменты для правильного определения исследуемых физических величин. В большинстве случаев вес веществ, если его удавалось установить с достаточной точностью, был необходим для любого процесса исследования. Поэтому прибором, который, наверное, лучше всего символизирует работу Лавуазье, являются весы.
Пеликан — это сосуд, использовавшийся алхимиками для круговой дистилляции, похожей на тот процесс, который происходит внутри живых существ. Название возникло из-за сходства с пеликаном, расправившим крылья.
ГЛАВА 2
Кислород берет верх над флогистоном
Лавуазье, самому молодому члену Академии наук, было суждено осуществить поразительнейший опыт: он заставил исчезнуть горсть алмазов, использовав солнечный свет и гигантскую линзу. Затем Лавуазье поселился в Арсенале, в лаборатории которого родилась новая наука. Именно там, сжигая серу и фосфор, ученый изгнал из мира химии флогистон с помощью кислорода. Кроме того, он нашел время для работы в Управлении порохов и селитр, заложив тем самым основы военной мощи Франции.
Самым значительным изменением, которое привнесла женитьба Антуана в его жизнь, стал переезд. Из дома его бабушки на улице Фур-Сент-Есташ новобрачные перебрались в дом, который отец Лавуазье специально купил для них на улице Неф-де-Бон-Анфан. Зато Марии пришлось кардинально изменить свою жизнь, чтобы приспособиться к мужу, и сделала она это очень необычным для того времени способом: молодая женщина полностью погрузилась в научные проекты Антуана и понемногу приобрела необходимые навыки для того, чтобы быть по-настоящему ему полезной. Лавуазье говорил и писал только по-французски, поэтому Мария усовершенствовала свое знание латыни — языка, который тогда использовался во многих научных
Антуану понадобилась вся помощь, на какую была способна его жена, поскольку к работе в Генеральном откупе добавлялись все более сложные задачи, которые он должен был решать в качестве члена Академии наук. Лавуазье строго соблюдал все свои обязательства, он желал улучшить функционирование учреждений, к которым принадлежал, и приумножить пользу от них для всей страны. Однако, несмотря на то что работа в Генеральном откупе и Академии наук отнимала очень много сил, Антуан не терял из виду свою главную цель: превратить химию в точную науку.
В связи с этим 1772 год стал ключевым для Лавуазье. Являясь членом Академии, имея гарантированное финансовое будущее благодаря Генеральному откупу и обзаведясь семьей, он был готов погрузиться в масштабную работу: изучить роль воздуха в процессе горения. Это было одно из явлений, более других волновавших ученых того времени. Лавуазье уже много размышлял над ним во время работы над проектом освещения улиц Парижа. По всей Европе один за другим проводились опыты с целью прояснить этот процесс, который, казалось, объяснялся теорией флогистона. Тогда ученые полагали, что при воспламенении тело теряет флогистон и прекращает гореть, когда окружающий его воздух насыщается этим веществом и больше не может его впитывать. Так, например, считалось, что уголь и дерево содержат большое количество флогистона и именно по этой причине так хорошо горят (мы бы сегодня сказали «вещества-поглотители»).
Но во многих случаях гипотеза флогистона не могла рационально объяснить результаты опытов. Например, французский химик Луи Бернар Гитон де Морво (1737-1816) только что опубликовал результаты опытов по прокаливанию металлов, в результате которых образовывавшаяся «известь» неизменно весила больше, нежели чистый металл. Это противоречило теории: окисляясь, металлы теряли флогистон, однако становились тяжелее. Чтобы объяснить данное явление, приверженцы теории флогистона предположили, что флогистон в некоторых случаях может иметь отрицательную массу, и это объясняло, почему вещества, теряющие флогистон, становились тяжелее. Лавуазье решил покончить с этим противоречием путем планомерного изучения пневматической химии (химии газов), чтобы окончательно подтвердить или опровергнуть теорию флогистона.
В 1772 году Академия решила разгадать одну тайну. Считалось, что алмазы не разрушаются под воздействием огня; однако французский химик Жан Дарсе (1725-1801) утверждал, что провел немало опытов, во время которых алмазы исчезали под воздействием тепла, и это подтверждали другие ученые со времен Бойля. Речь шла о том, чтобы понять, разрушает тепло алмазы или нет, и если разрушает, то с чем это связано — с превращением камней в пар или с их возгоранием. Академия создала комитет, в который вошли Лавуазье, Пьер Жозеф Макёр (1718-1784) и Луи Клод Каде де Гассикур (1731-1799). Два уважаемых парижских химика осуществили множество опытов в оборудованной наиболее подходящим образом лаборатории Каде, но получили неубедительные результаты. Для раскрытия тайны нужен был источник очень интенсивного тепла, желательно без горючих материалов, чтобы продукты горения не смешивались с изучаемым веществом. Но найти его было непросто, поскольку до изобретения в XIX веке горелки Бунзена печи в химических лабораториях работали на угле.