Г.Э.Шталь и основание теории флогистона


вернуться в оглавление книги...

Н.А.Фигуровский, "Очерк общей истории химии. От древнейших времен до начала XIX в." Издательство "Наука", Москва, 1969 г.
OCR Biografia.Ru

Г. Э. ШТАЛЬ И ОСНОВАНИЕ ТЕОРИИ ФЛОГИСТОНА

В сочинениях химиков второй половины XVII в. большое внимание отводилось толкованиям явлений горения и кальцинации (превращение в «известь») металлов. Такое внимание вполне понятно и связано с потребностями расширявшегося производства, в первую очередь с топливной проблемой. Развитие металлургической и металлообрабатывающей промышленности, стекольного производства и других отраслей техники привело в ряде стран Западной Европы к катастрофическому истреблению лесов. Недостаток древесного топлива и особенно древесного угля — единственного в то время средства для восстановления металлов из руд, широко применявшегося в производстве, поставил перед учеными и практиками задачу найти пути более экономичного и рационального использования топлива. Одновременно начались поиски заменителей древесного угля в металлургических процессах. Еще в 1619 г. Дад Дадлей (1599—1684) предложил применять в доменном процессе вместо древесного угля каменный. Поэтому технологи-металлурги и химики, разрабатывавшие пути осуществления этого предложения, довольно широко изучали процессы горения и свойства топлива.
С другой стороны, быстро развивающаяся металлургическая промышленность испытывала нужду в рационализации технологии производства в других отношениях. В частности, обсуждался вопрос о больших потерях металла, превращавшегося в окалину при плавке и термической обработке. Поэтому широко изучался процесс кальцинации металлов и восстановления их из окислов. Кроме того, металлурги XVII в. столкнулись с проблемой добычи металлов из бедных руд. Требовалось научное обоснование переработки таких руд с минимальными потерями металлов.
Развитие представлений о горении и кальцинации металлов происходило в тесной связи с учениями о составных частях сложных тел. На общем фоне господства многих традиционных пережитков средневековья, схоластических догматов и алхимических верований эти учения нередко принимали уродливые формы. Единой точки зрения по вопросу об основных первоначалах тел не существовало. Одни химики придерживались учения о трех первоначалах спагириков, а другие признавали лишь старинное аристотелевское учение о четырех элементах-качествах; большинство же химиков XVII в. пыталось примирить оба учения, придумывая при этом различные гипотетические принципы вещей; четвертые, наконец, такие, как Бойль, высказывали сомнение в справедливости учений перипатетиков и спагириков, формулировали новые идеи, но были непоследовательными в их приложении к объяснениям химических явлений.
Правильное по существу определение понятия «элемент», данное Бойлем, ни у него самого, ни у его современников не нашло логического развития. Оставалось неясным, какие же вещества следует считать истинными элементами тел. Вот почему химики не могли, да и не хотели расстаться со старыми представлениями об элементах и занимались поисками путей подтверждения этих учений, имея в своем распоряжении лишь единственное средство для разложения тел: «универсальный анализатор» — огонь.
Убеждение в том, что при горении и прокаливании тела разлагаются на более простые составные части по сравнению с самим прокаливаемым телом, едва ли можно ставить в вину химикам того времени. Они повседневно наблюдали такое разложение, получая в остатке землю (золу) и, в виде летучих продуктов, воду и некоторые воздухообразные вещества, еще неясной в то время природы. Естественно, что и кальцинацию металлов они рассматривали как частный случай горения с образованием в остатке той же земли («извести»). Подтверждение того, что при прокаливании металл разлагается на составные части, они видели и в образовании дыма, например в случае кальцинации сурьмы посредством зажигательного стекла и нечистых металлов. Никого из них не смущало то, что в результате кальцинации металлы значительно увеличиваются в весе. Этот факт рассматривался как второстепенное, побочное явление, не имеющее большого значения при трактовке процессов кальцинации как разложения металла. Любое объяснение этого факта казалось приемлемым, лишь бы оно не противоречило основной концепции. Бойль дал одно из таких объяснений, допустив, что при кальцинации металлов к ним присоединяется огненная материя. И его точка зрения без критики была принята большинством химиков.
В такой обстановке протекала деятельность основателя теории флогистона Г. Э. Шталя. Разработанная им система взглядов, основанная на сложившихся к концу XVII в. представлениях о составных частях тел и явлениях горения, а также явлениях кальцинации металлов, получила вскоре полное и безраздельное признание химиков и на многие десятилетия утвердилась в качестве теоретической основы химии.
Георг ЭрнстШталь (72) (1659—1734) в молодости изучал медицину в Иенском университете, по окончании которого, получив ученую степень в 1683 г., вел здесь же преподавательскую работу в качестве приват-доцента. В 1687 г. он был приглашен на должность лейб-медика к герцогу Саксен-Веймарскому, а
-----------------------------------------------
72. См.: Rich. Koch. Stahl.—Кн.: G. В u g g e. Das Buch der grossen Chemiker. Bd. I. Berlin, 1929, S. 192; J. R. P a r t i n g t о n. Указ, соч., стр. 653—686.
-------------------------------------------------------
в 1693 г. переехал в Галле во вновь основанный университет в качестве второго ординарного профессора медицины и химии (первым профессором был Ф. Гоффман, о котором будет сказано ниже). В течение 22-летней профессорской деятельности в Галле Шталь подготовил много учеников, некоторые из которых впоследствии стали видными учеными. Все они были горячими поклонниками и последователями нового флогистического учения и широко пропагандировали его в своих сочинениях. В 1716 г. Шталь переехал в Берлин, стал членом Прусской академии наук и королевским лейб-медиком. В берлинский период своей деятельности он опубликовал свои важнейшие сочинения по химии и, в частности, известный курс «Основания догматической и экспериментальной химии» (73).
Теоретические воззрения Шталя окончательно сложились в берлинский период его жизни. В начале своей деятельности в Иене Шталь был близок к алхимии. Познакомившись с сочинениями Бехера, он стал горячим последователем его учений. Взгляды Шталя по вопросу об элементарных составных частях тел в этот период в общем отражали господствовавшие в то время представления. Он делил все тела на простые, которые он называл принципами, или началами, и сложные. Эти последние он в свою очередь делил по степени сложности на «смешанные» и «составные» тела. Кроме того, он выделял в особый класс сложные составные тела, которые называл «агрегатами».
В качестве главных составных частей сложных тел Шталь принимал элементы алхимиков, а с другой стороны, он считал началами тел и последние составные части, которые могут быть выделены из сложного тела в результате разложения. Те из них, о которых ничего достоверно не было известно, он называл «физическими началами», остальные же — «химическими началами». Последние он именовал по-разному, однако в соответствии с элементами алхимиков — ртутью и солью. Так, он употреблял термины «сухая землистость», «воспламеняемое летучее» и «летучий флюид», или соль, «масло», «спирт» и т. д.
В сочинениях, которые Шталь опубликовал в конце XVII в., его взгляды о составных частях сложных тел получили некоторое развитие в связи с объяснением им явлений горения и в особенности явления кальцинации металлов. Еще в Иене Шталь начал исследования, связанные, по-видимому, с рационализацией доменного процесса и металлообрабатывающих производств. Мастеровые обратили его внимание на явление, причинявшее им много неприятностей. Впоследствии Шталь писал об этом следующее: «Кузнецы, медники, литейщики колоколов и пуговичные мастера жаловались на то, что из несовершенных металлов в процессе прокаливания их на воздухе выгорает некоторая часть; металлы при этом распадаются, превращаясь как бы в золу... Почему это происходит, что это за явление, как оно протекает, что именно уходит из металла и, равным образом, как следует поступить, чтобы этого не происходило, или каким образом восстановить потери,— это неизвестно даже таким опытным мастерам» (74).
--------------------------------------------------------
73. G. Е. S t a h l. Fundamenta chymiae dogmaticae et experimentalis. Norim-bergae, 1723. Эту книгу составил И. С. Карль (1676—1757) по лекциям, которые Шталь читал в Иене в 1684 г. Книга была опубликована с согласия Шталя (см.: Н. К о р p. Beitrage... Bd. Ill, S. 211—212).
74. I r e n e S t г u b e. Z. fur Geschichte der Naturwissenschaften, Technik und Medizin, 1961, Jahrg. I, Heft 2, S. 34.
-----------------------------------------------------
Несомненно, именно в связи с этой проблемой, Шталь уже в своей «Зимотехнии» (75), вышедшей первым изданием в 1697 г., делает упор на особую роль в процессах горения той «составной части» металлов и горючих тел вообще, которая обусловливает их горючесть. Выясняя природу этой «составной части» горючих тел, он обсуждает, в частности, вопрос о составе серы, которую он относил, как и Лемери и другие химики того времени, к сложным телам. В том же году Шталь (76) описывает следующий, по его выражению, «новый эксперимент синтеза» серы. Он нейтрализовал серную кислоту поташом и прокалил получившуюся при этом соль (сульфат калия) с углем, в результате чего образовалась «серная печень», т. е. смесь сульфидов калия. Из раствора этой серной печени действием кислот он получил серу. На основании этого опыта Шталь заключил, что сера состоит из кислой части, т. е. серной кислоты, и из другой части — «горючего начала», которое содержится в угле.
Здесь же Шталь высказывает мнение, широко развитое им в дальнейших сочинениях, что «горючее начало», содержащееся в угле и жирных веществах, входит также в состав неблагородных металлов. Это следует из того факта, что в присутствии угля и маслянистых субстанций металлы восстанавливаются из «известей» при нагревании. Таким образом, металлы помимо землистой составной части содержат это «начало горючести», и именно это «начало» сообщает металлам их металлические свойства. Для обозначения этого принципа горючести Шталь употребляет термин «флогистон» (от греческих — «огонь» и — «горючий») и пишет это слово по-гречески.
В 1703 г. Шталь переиздал книгу Бехера «Подземная физика». В специальном приложении к этой книге, озаглавленном «Специмен Бехера» («Specimen Becherianum») (77), Шталь вновь развивает взгляды о составных частях металлов и о «начале горючести». Он особо подчеркивает, что эти представления принадлежат собственно не ему, а Бехеру: «Becheriana sunt quae profero», т. е. «то, что я излагаю, принадлежит Бехеру» (78). Однако они довольно значительно отличаются от бехеровских. Действительно, в отличие от Бехера и других своих предшественников, полагавших, что все горючие тела содержат сернистые
------------------------------------------------------
75. G. E.Stahl. Zymotechnia fundamentalis, seu fermentationls theoria generalis etc. Halle, 1697 (перепечатано в кн.: G. E. S t a h l. Opusculum chymico-physico-medicum... Halae Magdeburgicae, 1715, p. 65—194).
76. G. E. S t a h l. Experimentum novum verum sulphur arte producendi (см.: G. E. S t a h l. Opusculum..., p. 299—333).
77. Specimen Becherianum, fundamenta, documenta et experimenta sistens, etc. Leipzig, 1703; см.: J. R. P a r t i n g t о п. Указ, соч., стр. 660.
78. См.: Н. К о р p. Beitrage... Bd. Ill, S. 215, Bemerkung 455.
----------------------------------------------------------
или жирные составные части, или terra pinguis, придающие им способность гореть, Шталь имеет в виду некий абстрактный «принцип горючести» и поэтому вводит для него специальное название — «флогистон» (79), с целью устранить путаницу в обозначениях.
В дальнейших сочинениях и особенно в вышедшей в 1723 г. книге «Основания химии» Шталь еще шире развивает свои первоначальные представления о флогистоне. Исходя из основного положения, что наличие флогистона в телах служит условием их горючести, Шталь выясняет, в частности, отношение флогистона к огню. По его мнению, огонь (нагревание) необходим для осуществления химических превращений, но он не может рассматриваться в качестве составной части тел, выделяющейся при разложении в виде пламени. Иначе сказать, Шталь отрицает элементарность аристотелевского огня-стихии. Что же касается флогистона, содержащегося в горючих телах, то при выделении из них, утверждает Шталь, он способен соединяться с различными веществами, в частности с воздухом, причем такие соединения весьма прочны. При горении тел флогистон улетучивается из них, производя при этом быстрое вихреобразное движение, и, соединяясь с воздухом, образует то, что обычно называется пламенем или огнем. Из воздуха, в котором флогистон рассеивается, его невозможно выделить химическим путем. Только растения могут извлекать его из воздуха; через растения он переходит и в животные организмы.
Шталь знал, что металлы при нагревании без доступа воздуха не могут превращаться в «извести», но не объяснил достаточно отчетливо этот факт. Он знал также, что при кальцинации вес металлов увеличивается, но говорил об этом как о малозначащем факте и объяснял его в соответствии со взглядами Кункеля.
В чистейшем состоянии флогистон, согласно Шталю, содержится в саже, полученной при сжигании хорошо очищенных масел. Таким образом, флогистон как будто бы можно сопоставить с углеродом. Но Шталь не считал флогистон углеродом и вообще каким-либо определенным веществом. Однако, по его представлениям, «горючая субстанция, или способное производить огонь начало, не только нечто действительное, но и нечто телесное (et-was Korperliches)» (80) и вместе с тем это простое вещество, которое не может быть разложено на какие-либо составные части.
-----------------------------------------------------------
79. Название «флогистон» применялось химиками задолго до Шталя в значении «горючее». Это название, например, употреблял Зеннерт в 1619 г., а затем Ван-Гельмрнт и другие (см.: Н. К о р p. Beitrage... Bd. Ill, S. 218, Bemerkung 462).
80. Цит. по: Irene Strube. Указ, соч., стр. 38
-------------------------------------------------------------
Но Шталь принимал,что флогистон является вещественным лишь в том случае, когда он находится в сочетании с другими веществами в сложных телах. Только тогда он способен при нагревании этих тел проявляться в виде огня. В свободном же состоянии это нечто неопределенное. В «Случайных мыслях» (81) Шталь указывает: «...Вне сомнений, он (флогистон) или совсем не дает огня, представляя собой невидимую тонкость, или же образует далеко разветвленный невидимый огонь, а именно: теплоту». Поэтому, продолжает Шталь, эта первоначальная основная сущность горючести «до сих пор не была найдена и познана сама по себе, вне связи и соединения с другими материями, и не была поэтому описана в соответствии с своими основными качествами».
Далее Шталь указывает, что именно наличием флогистона в составе тел объясняются их цвета и запахи. Этот принцип горючести «присутствует во всех смешанных телесных вещах в большей или меньшей степени, притом во всех трех царствах — растительном, животном и минеральном». «Особенно часто встречается это вещество в растительных и животных образованиях, все части которых пронизаны им, за исключением находящейся в них случайно воды» (82).
Не трудно понять, что с точки зрения объяснения явлении окисления и восстановления металлов флогистон Шталя — это нечто противоположное кислороду или, лучше сказать, это «отрицательный кислород». Если воспользоваться методом уравнений для изображения процесса окисления металл а, то, сточки зрения последователей теории флогистона, мы получили бы: Металл — флогистон=металлическая известь (окисел). Эту реакцию, как известно, можно выразить уравнением: Металл + кислород = окисел металла («известь» флогистиков).
Из сказанного очевидно, что учение Шталя о флогистоне основано на совершенно ошибочных представлениях не только о процессах горения и кальцинации металлов, но и о составляющих тела простых, элементарных веществах. В понятии «флогистон» нельзя не видеть обобщения учений об аристотелевских стихиях-качествах и алхимических принципах тел; принцип горючести, т. е. «сернистой»—«жирной», или «горючей» составной части тел, сопоставлен с аристотелевским элементом-качеством — огнем. По представлениям Шталя, флогистон в большей степени абстрактное
------------------------------------------------------------
81. Zufallige Gedanken und mitzliche Bedenken uber den Streit von dem soge-nannten Sulphure. Halle, 1718 (см.: J. R. P a r t i n g t о n. Указ, соч., стр. 661).
82. См. там же.
---------------------------------------------------------------
понятие, чем материальное тело, т. е. флогистон понимался им аналогично тому, как понималась алхимиками «сера» как принцип вещей или аристотелианцами — «огонь» как элемент-качество. Только впоследствии, уже в период расцвета теории флогистона, химики принялись за поиски среди материальных тел этого неуловимого вещества. Ю. Либих писал в связи с этим: «Вначале флогистон был одно только понятие, вопрос же о материальном его существовании не имел никакого значения до тех пор, пока содержащаяся в нем идея не приносила плодов относительно приведения фактов в порядок и новых обобщений» (83).
Преемственность в представлениях алхимиков и флогистиков очевидна. Она сказалась не только в том, что в основу теории флогистона легло учение о горении тел как об их распаде, и не только в неопределенности и в метафизичности самого понятия «флогистон», но и в том, что теория флогистона не устранила алхимических учений и прежде всего учения о трех первоначалах, составляющих тела. Как известно, именно это учение и было своего рода теоретической основой бесплодных поисков алхимиками философского камня и путей трансмутации металлов. Поэтому, если встать на точку зрения некоторых историков химии, считающих возникновение теории флогистона началом научного развития химии, то следовало бы согласиться с мнением, что «алхимия — мать химии». Однако, как будет видно далее, подлинное научное развитие химии началось лишь тогда, когда из научного обихода были полностью изгнаны основы алхимических учений, прежде всего учение о трех элементах алхимиков, и вместе с ним сам флогистон и другие фантазии, окутанные мистическим туманом.
При всем этом теория флогистона принесла несомненную пользу для дальнейшего развития химии. Эта теория позволила рассматривать с единой точки зрения различные химические процессы, которые ранее считались совершенно разнородными и объяснялись в каждом случае особыми причинами. Особенно важно, что эта теория давала возможность просто объяснять явления окисления и восстановления металлов. Правда, «простота объяснения ослепляла как самого Шталя, так и последовавшее за ним поколение химиков, так что никто из них не замечал вопиющих противоречий между флогистической теорией и фактами» (84). Теория флогистона оплодотворила и экспериментальные исследования химиков, получившие в XVIII в. широкое развитие. Как указывает Дж. Бернал: «Центральным вопросом, вокруг которого вращалась эта теория, была универсальность противоположных про-
-------------------------------------------------------------------
83. Ю. Л и б и х. Письма о химии, т. 1. СПб., 1861, стр. 61.
84. Э. М е й е р. История химии от древнейших времен до настоящих дней. СПб., 1899, стр. 93.
------------------------------------------------------------------
цессов флогистации-дефлогистации. Таким образом, она объединяла сходные процессы и разделяла несходные» (85).
Следует, однако, иметь в виду, что быстрый прогресс химии в конце XVIII в. был обусловлен отнюдь не тем, что химики истолковывали вновь добывавшиеся ими новые факты с точки зрения флогистического учения. Со второй половины XVIII в. в химии, под влиянием потребностей бурно развивавшейся промышленности и других факторов, в том числе и потребностей самой химии, началось быстрое накопление экспериментального материала, главным образом данных о составе различных солей, минералов, растительных извлечений и т. п. Эти новые факты, добытые в эпоху господства теории флогистона, но совершенно независимо от существования этого учения, и явились той базой, на которой стала возможной и «химическая революция» и внедрение в химию атомистики и учения об элементах.
Теория флогистона не сразу была принята всеми химиками. Она получила широкое распространение главным образом благодаря деятельности учеников Шталя, многие из которых прославились не столько как теоретики, сколько как экспериментаторы и химики-технологи. Несомненно, что по крайней мере отчасти их достижения в области технической химии и привлекали внимание ученых разных стран Европы. Из сочинений по технической химии, а также из трудов химиков-аналитиков — сторонников теории флогистона и были восприняты европейскими химиками флогистические доктрины.
Приведем в заключение определение, данное Шталем предмету и задачам химии. В курсе «Основания химии» он дает следующее определение химии: «Химия, иначе алхимия и спагирия, есть искусство разделять тела как смешанные, так и составные и агрегированные на их начала (принципы), а также таковые составлять из начал. Ее субъектами служат все смешанные и составные тела, которые могут быть разделены и составлены вновь; цель же ее — само разделение и составление, иначе — разрушение и возрождение» (86). Это определение, так же как и приведенное ранее определение Лемери, типично для химиков-врачей того времени и отражает лишь задачи химии как искусства с чисто практическим направлением, обслуживающего в первую очередь нужды медицины и фармации.
Отметим в заключение, что Шталь был последователем корпускулярной теории, но понимал ее чисто механистически.
-----------------------------------------------------
85. Дж. Б е р н а л. Наука в истории общества. М., 1956, стр. 346.
86. G. Е. S t а b l. Fundamenta chymiae..., p. 1.