Удивительные открытия

Нечаев Сергей Юрьевич

Взрывчатка Лавуазье и Бертолле

Трудно найти других столь же близких по духу и столь же разных по характеру людей, чем Антуан-Лоран де Лавуазье (1743–1794) и Клод-Луи Бертолле (1748–1822). В любом современном учебнике или справочнике о них написано буквально одними и теми же словами – «великий французский ученый», «основатель современной химии», «член Академии наук» и т. д. Но эти два современника, два научных единомышленника, два друга, наконец, были совершенно разными людьми, и потому им выпала настолько разная судьба.

Антуан-Лоран де Лавуазье

Антуан-Лоран де Лавуазье родился в одной из богатейших семей Франции. Его отец был королевским адвокатом и хотел, чтобы сын тоже стал юристом и по окончании коллежа Мазарини поступил на юридический факультет Парижского университета. Юноша так и сделал, но одновременно с этим, без всякой видимой необходимости стал весьма серьезно изучать естественные науки.

В 1767 году Лавуазье вместе с известным минералогом и другом семьи Жаном-Этьеном Геттаром (1715–1786) совершил геологическую экспедицию по нескольким горным районам Франции, собрал и изучил образцы пород и даже отметился тем, что составил первую геологическую карту Франции.

В 1768 году в жизни Лавуазье произошли два важных события: во-первых, он был избран в члены Парижской академии наук, во-вторых, вступил в Генеральный откуп – компанию очень богатых и влиятельных финансистов, арендовавшую у правительства право взимания всевозможных налогов, а также право монопольной торговли вином, солью и табаком. Входя в откуп, он внес в качестве вступительного взноса весь свой личный капитал. Это место приносило огромные доходы, но большую их часть ученый тратил на научные эксперименты. Так, например, только опыты по определению состава воды стоили ему около 50 ООО ливров.

Лавуазье занялся делами откупа со свойственной ему методичностью, в деталях изучив табачное и соляное дело, законы торговли и финансов. И в этом деле, как и во всем остальном, проявился его неутомимый характер. Вскоре, по предложению генерального контролера (министра) финансов Франсуа де Лаверди, он был введен в состав административного комитета, руководившего всеми делами откупа.

После этого Лавуазье добился от правительства осуществления серьезного проекта – окружения всего Парижа решетчатой оградой для борьбы с теми, кто уклонялся от уплаты ввозных пошлин. Ни одно мероприятие Генерального откупа не вызывало такого всеобщего негодования и возмущения: ведь после постройки ограды резко выросли цены на рынках, а имя Лавуазье стало ненавистным для парижан. К сожалению, эти люди в большинстве своем даже и не подозревали, что «проклятый откупщик» Лавуазье был прежде всего гениальным ученым, величайшим химиком своей эпохи.

Когда 25-летний Лавуазье был избран в Парижскую академию наук, он почти не имел научных заслуг. Скорее всего в число академиков он попал благодаря влиятельным знакомым, а главное – прекрасным рекомендациям известных ученых, сумевших оценить трудолюбие и талант молодого исследователя.

...

До Великой французской революции Парижская академия наук состояла из двенадцати почетных членов, выбираемых из знати и пользовавшихся исключительным правом занимать посты президента и вице-президента Академии, а также восемнадцати «пенсионеров» (то есть действительных членов, получавших за свое звание «пенсию» – денежное вознаграждение). Правом решающего голоса пользовались только почетные члены и «пенсионеры». Кроме них в Академии наук имелись кооптированные (то есть введенные дополнительно) члены, члены-корреспонденты и адъюнкты, напоминавшие наших теперешних аспирантов-докторантов. Места в Академии освобождались лишь в случае смерти кого-либо из академиков. (Собственно, поэтому академиков в шутку называли «бессмертными».)

За избрание Лавуазье в адъюнкты Академии по химии хлопотали друзья его отца – академики Анри-Луи Дюамель де Монсо (1700–1781) и Этьен Миньо де Монтиньи (1714–1782). Именно по их рекомендации для Лавуазье король утвердил в Академии дополнительное место.

Но Лавуазье очень быстро оправдал выданные ему авансы. Уже на следующий год после избрания в Академию он провел блестящее гидрохимическое исследование «О природе воды». Самое главное в этой работе – метод. Лавуазье раз и навсегда отказался от принятых до того общих рассуждений и провозгласил точное взвешивание основой любого исследования. Поэтому дату опубликования этой работы – 1769 год – можно смело считать началом современной химии (недаром на памятнике Лавуазье в Париже ученый изображен с весами в руках).

В 1771 году в возрасте 28 лет Лавуазье женился на Марии Польз, дочери Генерального откупщика Франции Жака Польза, ведавшего всеми табачными фабриками страны. Брак этот был заключен по расчету, однако он, как ни странно, оказался счастливым, хотя и бездетным. Лавуазье получил за дочерью Польза 80 000 ливров приданого – сумму небольшую по сравнению с его собственным капиталом.

...

Мария была молода, умна, красива и прекрасно образована. До самой смерти Лавуазье она была ему идеальной женой и образцовой хозяйкой дома, умевшей достойно принять и очаровать остроумной беседой лучших людей Франции и всей Европы.

Однако жена Лавуазье была не только светской дамой, но и неутомимой труженицей. В течение двадцати лет она проработала в лаборатории бок о бок со своим выдающимся мужем. Многие ценнейшие для науки записи в рабочих дневниках Лавуазье сделаны ее рукой. К тому же, она была прекрасной рисовальщицей и собственноручно иллюстрировала многие сочинения Лавуазье.

В частности, многие чертежи сложнейших приборов, которые использовались в экспериментах ее мужа, выполнены Марией Лавуазье.

Лавуазье и его жена

После смерти отца 30-летний ученый оказался на вершине общественной лестницы в королевской Франции. В это же время он стал быстро продвигаться и в академической карьере: в 1778 году – «академик-пенсионер», а в 1785 году был назначен директором Академии наук. По поручению правительства и Академии Лавуазье принимал участие в работе многочисленных комиссий и комитетов: в 1783 году он был членом комиссии по усовершенствованию тюрем, в том же году принял участие в комиссии по животному магнетизму, а в 1786 году – в комиссии по улучшению аэростатов и т. д.

Лавуазье в своей лаборатории

В 1778 году Лавуазье купил себе имение (а в дальнейшем еще несколько имений), заявив своим коллегам, что «можно оказать большую услугу местным землевладельцам, давая им пример культуры, основанной на лучших принципах». По-видимому, хозяйство в этих имениях ему удалось организовать достаточно хорошо, так как в 1785 году Лавуазье занял должность секретаря комитета земледелия и принял непосредственное участие в организации образцовых мастерских для производства тканей из льна и пеньки.

Для химии революционное значение имели работы Лавуазье, посвященные изучению горения. Сегодня каждому известно, что горение – это «физико-химический процесс превращения компонентов горючей смеси в продукты сгорания», что это реакция бурно идущего окисления, присоединения кислорода. Но эта истина стала азбучной лишь благодаря открытиям Лавуазье. Когда же он только начинал свои исследования, ни об окислении, ни об окислах, ни даже о кислороде вообще ничего не было известно [4] .

В химии господствовала теория флогистона, созданная столетием ранее немецким врачом и химиком Георгом-Эрнстом Шталем (1659–1734), который полагал, что все горючие вещества состоят из «земли», или «известки» (сейчас ближе всего к этим понятиям подходят окислы), и из некоей легкой материи – флогистона. Как утверждал Шталь, при горении вещество разлагается на «землю» и флогистон. Уголь, например, содержит много флогистона и потому сгорает почти без остатка – весь флогистон улетучивается. Теория флогистона хорошо объясняла горение угля, серы и тому подобных веществ. Продукты их сгорания газообразные, а взвешивать газ тогда никому не приходило в голову.

Труднее обстояло дело с нелетучими продуктами окисления. Было известно, что при обжиге металлов их вес увеличивается, хотя по теории должно было быть наоборот: ведь флогистон-то при обжиге улетучивается. Но и тут сторонники Шталя не растерялись и выдвинули предположение, что флогистон обладает отрицательным весом, и при его удалении тело становится тяжелее.

Сейчас теория флогистона кажется карточным домиком, который легко рассыпать одним движением мизинца, однако в те времена она была неприступной крепостью, не имевшей ни одного уязвимого места. Лавуазье начал штурм этой крепости в 1772 году, и начал он с изучения процессов окисления фосфора и серы. Двумя годами позднее он опубликовал работу «Об обжиге олова в закрытых сосудах». Трудно поверить, что работа со столь неприметным названием имела историческое значение, но именно в ней впервые был приведен количественный состав атмосферы и дано четкое и однозначное объяснение роли кислорода при окислении и горении. В эти же годы Лавуазье дал истолкование процессу дыхания как разновидности окисления.

Лавуазье производит химический опыт

В 1777 году появилась статья «О горении вообще», и, наконец, в 1783 году – «Размышления о флогистоне».

Более десяти лет Лавуазье «раскачивал» казавшуюся незыблемой теорию, прежде чем одержал уничтожающую победу. Он доказал, что горение не есть разложение, а представляет собой процесс взаимодействия веществ с кислородом. Термины же типа «соединение известки с флогистоном» и «испорченный дефлогистированный воздух» благодаря ему канули в Лету. Химия приобрела, наконец, стройную и ясную систему: существуют элементы, у элементов есть окислы (соединения с кислородом), окислам соответствуют кислоты, основания, соли…

Эти новые, вполне современные взгляды Лавуазье изложил в «Начальном курсе химии», который подвел итог его великим открытиям и послужил отличной школой для химиков последующих поколений. Но эта новая теория была слишком революционна, и даже такой крупный ученый, как Клод-Луи Бертолле, признал ее лишь через десять лет. Вслед за ним в лагерь Лавуазье перешло еще несколько известных химиков, и среди них Антуан-Франсуа Фуркруа (1755–1809) и Луи-Бернар Гитон де Морво (1737–1816). Большинство же ученых того времени до самой своей смерти остались сторонниками теории флогистона. А в Германии, например, последователи Шталя, руководствуясь исключительно «патриотическими» соображениями (случай, к сожалению, нередкий), даже публично сожгли портрет Лавуазье.

Лавуазье выполнил в области химии и физики множество фундаментальных работ, которые просто трудно перечислить. Он, в частности, разложил водяной пар на водород и кислород и снова синтезировал из них воду. Он ввел понятие теплотворной способности топлива и теплоемкости тел. Вместе с астрономом, математиком и физиком Пьером-Симоном Лапласом (1749–1827) он изобрел калориметр (прибор для измерения количества теплоты, выделяющейся или поглощающейся при различных физических, химических, биологических или промышленных процессах) и т. д. и т. п.

В 1785 году Лавуазье возглавил Академию наук, которая под его руководством быстро превратилась в авторитетнейшее и влиятельнейшее научное учреждение Франции.

Значение работ Лавуазье для развития взрывчатых веществ заключается, прежде всего, в разработке теории горения: ведь не зная, что такое горение, невозможно понять сущность взрыва. Практическая деятельность великого ученого также оказала огромное влияние на мировое пороховое производство.

Отметим, что, помимо Генерального откупа, во Франции существовал еще особый Пороховой откуп. Пороховые откупщики усердно занимались своим обогащением, но плохо снабжали страну порохом. В мае 1775 года по предложению Лавуазье Пороховой откуп был упразднен, и пороховое дело передали в руки государства. Лавуазье был назначен одним из руководителей вновь созданного Управления порохов и селитр. Это управление, существующее, кстати сказать, и поныне, в течение двух веков своей деятельности сыграло важную роль в организации производства взрывчатых веществ.

Лавуазье демонстрирует коллеге свои опыты

Взяв пороховое дело в свои руки, Лавуазье использовал для его реорганизации весь свой талант химика, инженера и финансиста. Глава Академии, председатель многочисленных комитетов и комиссий, могущественный откупщик, он, тем не менее, считал отныне пороховое дело главной своей обязанностью. С 1775 года Лавуазье даже поселился в здании Арсенала – официальной резиденции Управления порохов и селитр. Он не только устроил там себе квартиру, но и оборудовал прекрасную личную лабораторию, в которой выполнил основные исследования. Эта лаборатория стала фактически научным центром Парижа, в ней он проводил демонстрации опытов, на которые приглашал не только химиков, но и простых людей, пробуждая у широких народных масс интерес к науке. Его рабочий день продолжался с шести утра до десяти вечера.

Под энергичным руководством Лавуазье производство пороха во Франции быстро увеличилось вдвое и, что самое главное, резко возросло его качество. Страна стала обладать лучшим в мире порохом, и враги Франции очень скоро получили возможность убедиться в этом. Например, в войне Соединенных Штатов с Англией за независимость, в которой Франция приняла участие на стороне американцев, артиллерия союзников оказалась недосягаемой для англичан.

Благодаря Лавуазье Франция теперь не покупала, а продавала порох – главным образом в Соединенные Штаты. Первый посол США во Франции, знаменитый ученый, «покоритель молнии» Бенджамин Франклин (1706–1790) стал близким другом Лавуазье, и эта дружба оказалась очень полезной для молодой страны, боровшейся за свою независимость. Лавуазье не только снабжал Соединенные Штаты порохом, но и направлял туда опытных специалистов, обучавших американцев тайнам его изготовления. Специально для США он написал руководство «Искусство производства селитры». В Америку эмигрировали ученики Лавуазье, братья Дюпон де Немур, основавшие там компанию по производству взрывчатых веществ. Одноименная фирма ныне – один из крупнейших химических концернов мира.

Клод-Луи Бертолле не был уроженцем Франции (его предки эмигрировали оттуда во время религиозных войн), однако мало кто сделал для ее величия столько же, сколько этот выдающийся ученый. Он вошел в историю как создатель теорий химического равновесия и химического сродства (сродство – это способность каждого простого тела соединяться с другими элементами и образовывать с ними сложные тела), первооткрыватель многочисленных соединений, организатор науки и промышленности Франции. Бертолле родился пятью годами позднее Лавуазье (9 декабря 1748 года) близ местечка Аннеси, принадлежавшего тогда Швейцарии, а образование завершил в Италии. Окончив в 1768 году Туринский университет и получив степень доктора наук, Бертолле четыре года работал в аптеках Пьемонта. В 1772 году он покинул Италию и переселился в Париж, где занял должность лейб-медика при дворе герцога Орлеанского. Молодой врач был не слишком обременен своими обязанностями и с увлечением отдался изучению естественных наук и исследованиям в области химии. Последние быстро принесли ему славу. В 1780 году он уже получил кресло в Академии наук.