Великие химики. В 2-х томах. Т. 1.
Шрифт:
Всегда ли при горении поглощается воздух? Если это так, какое вещество в таком случае более сложное — металл или металлическая зола? Вопросы возникали один за другим, и так же последовательно находились ответы, которые вели Лавуазье к ниспровержению учения о флогистоне. Ему было ясно, что воздух состоит из двух частей — одна из них поддерживает горение (она соединяется с металлами при прокаливании), другая не поддерживает горения и в ней погибают живые организмы. При сгорании тела поглощают эту активную часть воздуха, названную им «хорошим воздухом» [198] . Объясняется этим и тот факт, что полученный продукт тяжелее исходного. Некоторые из своих опытов Лавуазье проводил в закрытых сосудах. Он заметил, что при прокаливании свинца, ртути и других металлов в запаянных стеклянных сосудах вес сосуда до нагревания и после нагревания не изменяется. Несмотря на это, образовавшаяся металлическая зола была тяжелее взятого исходного металла. Это великое открытие мы называем теперь законом сохранения веса веществ [199] .
198
Лавуазье называл этот «воздух» «эмпирейным», жизненным (Фигуровский Н. А. Открытие элементов и происхождение их названий. — М.:
199
Закон сохранения веса (массы) вещества мы называем законом Ломоносова — Лавуазье. Широкое признание этот закон получил благодаря трудам Лавуазье, который сформулировал его в 1789 г. Однако открыт он был Ломоносовым в 1748 г. и экспериментально подтвержден в 1756 г. Ломоносов задолго до Лавуазье высказал идею, согласно которой увеличение веса при прокаливании металлов в запаянных сосудах следует приписывать частицам воздуха. Выдающимся достижением Лавуазье явилось применение весов. Он считал количественные отношения решающим критерием явлений. Обоснование количественного метода в химии наряду с созданием кислородной теории горения и развитием учения о химических элементах явилось одним из трех основных направлений в химических работах Лавуазье (Кедров Б. М. Три аспекта атомистики: В 3-х т. — М.: Наука, 1969. — Т. 2: Учение Дальтона: Исторический аспект, с. 113–134; Мусабеков Ю. С, Черняк А. Я., ук. соч., с. 60–69; Биографии великих химиков, ук. соч., с. 72–77; Крицман В. А., ук. соч., Ч. I, с. 92–111; Азимов А. Краткая история химии: Развитие идей и представлений в химии. — М.: Мир, 1983, с. 45–52).
Родилась новая теория горения. Не все в ней было еще ясно, но в научных статьях Лавуазье уже говорилось о несостоятельности флогистонной теории. Нельзя было принять теорию, в которой утверждался отрицательный вес веществ. Но в своем открытии Лавуазье был пока еще одинок. Никто из ученых не осмеливался поддержать его, и он самостоятельно должен был доказать правильность своих взглядов.
Много времени приходилось уделять Лавуазье и делам «Генерального откупа». В начале 1775 года ему предложили стать директором Управления порохов и селитр. Несмотря на большую занятость, Лавуазье согласился: это давало ему возможность иметь в своем распоряжении великолепные лаборатории и, кроме того, получить просторную и удобную квартиру. Почти целый год он посвятил финансовым и административным вопросам по развитию Управления.
Одновременно он занимался исследованием материалов, применяемых для изготовления пороха. Лавуазье доказал, что селитра и азотная кислота содержат «хороший воздух»; сера и фосфор при сгорании тоже соединяются с этим видом воздуха, а полученные вещества обладают свойствами кислот.
— Быть может, все кислоты содержат этот газ? — не раз задавался он вопросом.
Лавуазье назвал новый газ кислородом. Теперь уже теорию горения можно было точно сформулировать. Он принимал, что при сгорании тела соединяются с кислородом и это приводит к увеличению их веса. Кислород абсолютно необходим для горения! «Связывающийся воздух» не является элементом, как считали ранее. Он продукт, полученный при горении углерода, следовательно это соединение углерода с кислородом. Стало совершенно ясно, что металлы — простые вещества, а металлическая зола — сложное соединение, полученное при взаимодействии металла с кислородом. И все же на один вопрос он не находил ответа; это касалось горения «воспламеняемого воздуха» [200] , который получался при растворении металлов в кислоте и легко сгорал. Согласно новой теории, продукты должны быть более тяжелыми, по Лавуазье не удавалось уловить их полностью, и всегда вес получался меньше. Здесь существовала и другая трудность. Согласно теории кислот, «воспламеняемый воздух» (водород) после соединения с кислородом должен был: образовывать кислоту, а получить ее не удавалось.
200
Г. Кавендиш называл водород «воспламеняемым воздухом», полученным из металлов, и думал, как и все флогистики, что при растворении в кислотах металл теряет свой флогистон (Фигуровский Н. А. Открытие элементов, ук. соч., с. 61).
— Неужели теория не верна? Неужели я заблуждаюсь?
Лавуазье решил обсудить эту сложную проблему с прибывшим из Англии физиком и химиком Чарлзом Блэгденом [201] ,. которому он подробно рассказал о своих неудачных опытах.
— На мой взгляд, проблема может быть решена, — сказал Блэгден. — Просто «воспламеняемый воздух» при сгорании образует воду.
— Не может быть! — воскликнул Лавуазье. — А впрочем, это не так уже невероятно, пожалуйста, расскажите мне об этом поподробнее.
201
Чарлз Блэгден (1748–1820) — английский физик и химик, ассистент Г. Кавендиша, сообщивший Лавуазье результаты неопубликованных опытов Кавендиша и Пристли по синтезу воды и мнение Уатта о ее составе; секретарь Лондонского королевского общества. В 1788 г. он показал, что понижение точки замерзания растворителя пропорционально количеству растворенного вещества. Лавуазье и Лаплас 24 июня 1783 г. в присутствии ряда французских академиков и Ч. Блэгдена поставили эксперимент по сожжению смеси кислорода и водорода в соответственно подобранной пропорции. О Блэгдене см. Дорфман Я. Г., ук. соч., с. 167–168.
— Мой друг Генри Кавендиш доказал, что если смешать, обычный воздух с «воспламеняемым воздухом» в замкнутом, сосуде и поджечь смесь, по стенкам сосуда образуются мелкие капли — продукт сгорания «воспламеняемого воздуха». Кавендиш установил, что это капли воды.
— Поразительное открытие. Значит, и вода — не элемент, а сложное вещество. Мне бы хотелось тут же повторить эти опыты и самому во всем убедиться. Не откажите в любезности пройти со мной в лабораторию, вы смогли бы дать мне некоторые советы.
— С большим удовольствием.
В лаборатории собралось много ученых. Аппаратуру готовили Лавуазье и Лаплас, используя набросок, который начертил им Блэгден. Опыт удался: на стенках сосуда действительно появились капли воды. Эксперимент проводился в спешке, и никаких количественных выводов сделать было нельзя. Лавуазье убедился в том, что именно здесь кроется звено, которое свяжет его теории в единую цепь. С присущим ему усердием он занялся исследованием воды. В короткое время ученый доказал, что вода разлагается на кислород и «воспламеняемый воздух». Когда смесь этих двух газов сгорает, вновь образуется вода. Чтобы доказать, что и здесь нет никакой ошибки в весе, он приготовил в стеклянном колоколе, погруженном в ртуть, смесь двух газов. Всю установку поместил на большие аналитические весы. Несколько раз сжигал смесь, и всегда ее вес до реакции оставался равным весу после реакции [202] .
202
Экспериментируя с эвдиометрами и будучи приверженцем теории флогистона, Г. Кавендиш не сумел сделать правильный вывод о составе воды, хотя в 1784 г. ему были известны работы Лавуазье, который 24 июня 1783 г. в Париже повторил опыт Кавендиша, получил 5 драхм (около 20 г) воды и первый сделал вывод, что вода является сложным веществом — соединением водорода с кислородом. Независимо от Лавуазье и Кавендиша в 1783 г. синтез воды из элементов был осуществлен Г. Монжем, который, как и Кавендиш, нашел, что 2 объема водорода соединяются с 1 объемом кислорода и что вес полученной воды равен сумме весов соединяющихся газов. Об истории синтеза воды см.: Partington J. R., ук. соч., т. 3, с. 436–453; Соловьев Ю. И. История химии, ук. соч., с. 109–111.
— Следовательно, закон сохранения веса веществ является всеобщим законом. Теория окисления также имеет общий характер, и нет никаких исключений. А «воспламеняемый воздух»? С кислородом он дает воду, логично назвать его водородом — элементом, рождающим воду [203] .
Эти же мысли Лавуазье высказал и перед академиками, которым демонстрировал свои опыты. Французские ученые все еще не соглашались с его теорией. Большинство не желало признавать работ Лавуазье, его обвиняли в том, что он заимствовал свои идеи из исследований Пристли и Кавендиша. Академики не раз заявляли, что им известны подобные опыты по разложению воды, имея в виду Гаспара Монжа [204] . Приоритет Лавуазье не признавался.
203
Водород был первым из газов, который исследователи научились отличать от воздуха по его горючести и который издавна умели получать действием серной кислоты на железо. Чистый водород впервые получил Г. Кавендиш в 1766 г., идентифицировал его от других газов в описал химические свойства (об опытах Кавендиша, с водородом см.: Мешпуткин Б. Н. Курс общей химии. — Л.: Госхимтехиздат, 1933, с. 101–102); в 1781 г. Лавуазье получил водород из воды, а так как ранее было показано, что водород при горении дает воду, он назвал его «образователем воды» — Hydrogene. О происхождении названия «водород» см.: Фигуровский Н. А. Открытие элементов, ук. соч., с. 60–61.
204
Гаспар Монж (1746–1818) — французский математик и общественный деятель, член Парижской Академии наук с 1780 г., профессор Мезьерской военно-инженерной школы с 1768 г., один из основателей и профессор Политехнической школы в Париже с 1794 г. Монжу принадлежат работы по математическому анализу, химии, оптцке, метеорологии и практической механике. Исходя из опытов Монжа, получившего при помощи разработанного им простого метода значительное количество воды при сжигании «горючего воздуха», Лавуазье рассчитал соотношение объемов обоих газов, образующих воду, и сделал попытку установить весовые отношения газов при синтезе воды (Дорфман Я. Г., ук. соч., с 167–176). О Монже см.: Биографический словарь деятелей естествознания и техники, ук. соч., с. 49–50; Гаспар Монж. Сб. статей к 200-летию со дня рождения. — М.: Изд-во АН СССР, 1947; Partington J. R., ук. соч., т. 3, с. 453–456; Боголюбов А. Н. Гаспар Монж. — М.: Наука, 1978; Демьянов В. П. Геометрия и «Марсельеза». — М.: Знание, 1979; Боголюбов А. Н. Математики, механики: Биографический справочник. — Киев: Наукова думка, 1983, с. 330–331.
Вместо того чтобы объединить свои усилия в исследованиях, ученые спорили о том, кто открыл данное явление.
Не найдя поддержки в ученом мире, Лавуазье все же продолжал свои работы. Теперь он сотрудничал с известным физиком и математиком Пьером-Симоном Лапласом [205] . Им удалось сконструировать специальный аппарат, с помощью которого можно было измерять тепло, выделенное в результате сгорания веществ. Это был так называемый ледяной калориметр. Исследователи провели также подробное изучение тепла, которое выделяют живые организмы. Измерив количество выдыхаемого углекислого газа и выделенное организмом тепло, они доказали, что пища «сгорает» в организме особым способом. Тепло, выделяемое в результате этого сгорания, служит для поддержания нормальной температуры тела [206] .
205
Пьер-Симон Лаплас (1749–1827) — французский астроном, физик и математик, член Парижской Академии наук с 1785 г., почетный член Петербургской Академии наук с 1802 г. Ему принадлежит ряд открытий в механике, теории дифференциальных уравнений, теория вероятностей; он соавтор Лавуазье в проведении экспериментального изучения явлений, сопровождающихся выделением и поглощением теплоты. Эти исследования с помощью сконструированного Лавуазье и Лапласом ледяного калориметра проводились в течение 15 лет и положили начало термохимии. О Лапласе см.: Partington J. R., ук. соч., т. 3, с. 443–464 и др.; Воронцов-Вельяминов Б. А. Лаплас. — М.: Мол. гвардия, 1937. — (ЖЗЛ); Еремеева А. И. Выдающиеся астрономы мира: Рекомендательный указатель. — М.: Книга, 1966, с. 185–193; Боголюбов А. Н. Математики, механики, ук. соч., с. 271–273; Колчинский И. Г. и др., ук. соч., с. 143–144.
206
О работах Лавуазье по изучению физики и химии жизненных процессов см.: Дорфман Я. Г., ук. соч., с. 233 и сл.
Лаплас убедился в правоте взглядов Лавуазье и первым принял его теорию. В 1785 году в поддержку теории Лавуазье выступил и ставший в то время очень известным Клод Луи -Бертолле. Несколько позже Лавуазье поддержали и самые видные тогда химики Антуан Фуркруа [207] и Гитон де Морво [208] .
Гитон де Морво впервые встретился с Лавуазье совсем по иному поводу:
— Могу ли я обстоятельно поговорить с вами о некоторых, по-моему, очень важных вопросах?
207
Антуан-Франсуа де Фуркруа (1755–1809) — врач, известный химик и политический деятель эпохи Французской буржуазной революции, член Парижской Академии наук с 1785 г., иностранный почетный член Петербургской Академии наук с 1802 г. Внес вклад в изучение химии некоторых физиологических процессов, содействовал утверждению антифлогистонной теории в химии; изучая холодильные смеси, в 1799 г. впервые получил жидкий аммиак, выделил в чистом виде многие соединения. Видный преподаватель, организатор народного образования и популяризатор. Среди его трудов 11-томная «Система химических знаний». О Фуркруа см.: Джуа М., ук. соч., с. 149; Фигуровский Н. А., ук. соч., с. 384–387 и др.; Partington J. R., ук. соч., т. 3, с. 535–551; Bugge G., ук. соч., с. 356–368; Шамин А. Н. История химии белка. — М.: Наука, 1977, с. 34–40; Становление химии как науки, ук. соч., с. 75 и сл.; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 533–534.
208
Луи Бернар Гитон де Морво (1737–1816) — химик, юрист, литератор, поэт, видный политический деятель эпохи Французской буржуазной революции. Соавтор Лавуазье по составлению новой химической номенклатуры. В 1778 г. основал завод по производству селитры, впервые во Франции организовал производство соды, изучал свойства неорганических веществ, предложил систему новых названий веществ, участвовал в создании старейшего химического журнала «Летописи химии» (Аппаles de chimie). О Гитоне де Морво см.: Джуа М., ук. соч., с. 146–147; Фигуровский Н. А., ук. соч., с. 380–384 и др.; Старосельская-Никитина О. А. Очерки по истории науки и техники периода Французской буржуазной революции 1789–1794 — М.: Изд-во АН СССР, 1946, с. 205–207 и др.; Partington J. R., ук. соч., т. 3, с. 516–534; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 142.
— Як вашим услугам, — ответил Лавуазье.
— Не знаю, насколько вас это интересует, но в названиях химических соединений — полнейший хаос.
— Я вполне согласен с вами.
— В данный момент готовится к печати химический раздел «Методической энциклопедии» [209] . И так как, используя существующие до сих пор названия, невозможно дать исчерпывающие ответы на все вопросы, я приступил к составлению новой номенклатуры химических соединений. Конечно, я нуждаюсь в помощи ведущих химиков.
209
«Методическая энциклопедия» (Encyclopedic Methodique) — готовившийся в 1779–1786 гг. новый энциклопедический словарь, для которого Гитон де Морво составлял статью «Химия». Посетив Лавуазье и убедившись в правильности новой кислородной теории горения, Гитон де Морво вынужден был дать в энциклопедии новое предисловие к этой статье и дальше излагать химию на основе теории Лавуазье (Дорфман Я. Г., ук. соч., с. 212).