Научная деятельность Лавуазье в области пневматической химии. Основание кислородной теории


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

НАУЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЛАВУАЗЬЕ В ОБЛАСТИ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ХИМИИ. ОСНОВАНИЕ КИСЛОРОДНОЙ ТЕОРИИ

Если не считать двух статей, посвященных анализам образцов гипса, то первой серьезной работой Лавуазье явился мемуар «О природе воды», представленный им в Академию наук 10 мая 1769 г. Исследование, о котором идет речь, посвящено вопросу о превращении воды в землю.
Тема этого исследования возникла в 1768 г. как результат геологических и минералогических экскурсий Лавуазье вместе с Геттаром. Во время экскурсий Лавуазье брал пробы воды из различных источников, полагая, что исследование питьевой воды требует большего внимания, по сравнению с модным в то время изучением состава минеральных вод. С другой стороны, Лавуазье хотел установить связь между геологическими породами и почвами и составом вод, которые выходили на поверхность земли. Однако исследование образцов воды, отобранных во время экскурсий, свелось лишь к определению плотности при помощи предложенного Лавуазье «нулевого» ареометра.При этом Лавуазье заинтересовался плотностью дистиллированной воды и ее изменением при многократной перегонке. Именно эти, последние, опыты и привели его к постановке вопроса о превращении воды в землю (10).Возможность «превращения» воды в землю признавалась большинством предшественников Лавуазье, придерживавшихся
------------------------------
10. См.: Я. Г. Д о р ф м а н. Указ, соч., стр. 74 и сл.; А. Л.Лавуазье. Мемуары о природе вещества..., стр. 47.
------------------------------
учения о четырех элементах Аристотеля. Убедительных доказательств невозможности такого превращения в шестидесятых годах XVIII в. еще не существовало. Желая решить этот вопрос, Лавуазье поставил следующий эксперимент. Он поместил взвешенное количество воды в сосуд «пеликан», аналогичный в принципе прибору с обратным холодильником, также предварительно взвешенный, и нагревал ее в этом сосуде в течение 101 дня при температуре, близкой температуре кипения. Наблюдая ежедневно за изменениями, происходящими в сосуде, он на 57 день заметил появление в воде «пластинок, или листочков, сероватой земли». На 101-й день таких пластинок в сосуде образовалось достаточно много, и он прекратил нагревание. После взвешивания прибора с водой не было обнаружено никакого изменения веса. Однако высушенный после опыта сосуд показал некоторую потерю в весе. Взвесив затем отделенный из воды осадок, а также полученный при выпаривании воды сухой остаток, Лавуазье получил в сумме величину, несколько превышавшую потерю веса сосуда. На основании полученного результата он пришел к правильному выводу, что «земля, выделившаяся из воды во время перегонки, образовалась из вещества самого сосуда, что произошло простое растворение стекла». Таким образом, Лавуазье решил, что вода не превращается в землю (11).
Выше говорилось, что Шееле, поставивший подобный же опыт через несколько лет после Лавуазье, пришел к тому же выводу на основании подробного химического анализа осадка, образовавшегося при длительном нагревании воды в стеклянном сосуде.
В процессе исследования, посвященного возможности превращения воды в землю, Лавуазье столкнулся с явлением выделения какого-то «воздуха» при растворении в кислоте землистого остатка после выпаривания воды, нагревавшейся в стеклянном «пеликане». Возможно, что в связи с этим или же в соответствии с ранее намеченными планами Лавуазье решил написать после мемуара «О природе воды» другой мемуар — «О природе воздуха».
Выполнение этого намерения он, естественно, связывал с постановкой соответствующих опытов. О характере планировавшихся в этом, отношении опытов некоторое представление дает запись, сделанная Лавуазье в лабораторном дневнике 20 февраля 1772 г.(12) К этому времени Лавуазье уже хорошо знал о работах и открытиях многих химиков-пневматиков. Он упоминает, в частности, имена Гейлса, Блэка, Жакена, Пристлея и др. Но их исследования
-------------------------
11. А. Л. Л а в у а з ь е. Мемуары о природе вещества..., стр. 50—51, 53.
12. Дата этой записи оспаривается некоторыми исследователями. См. об этом в кн.: Я. Г. Д о р ф м а н. Указ, соч., стр. 93—98.
--------------------------
представлялись Лавуазье разрозненными и не направленными к единой цели. Он писал: «Важность предмета заставила меня начать сызнова всю эту работу, которая на мой взгляд создана для того, чтобы вызвать революцию в физике и химии (*). Я решил, что обязан рассматривать все деланное до меня лишь как указания; я поставил перед собой задачу все повторить с новыми предосторожностями, дабы объединить все то, что мы знаем о том воздухе, который связывается или выделяется из тел, с другими добытыми познаниями и создать теорию, работы многочисленных авторов, которых я процитировал, будучи рассмотрены с этой точки зрения, представились мне в виде отдельных кусков одной большой цепи; они соединили меж собою несколько звеньев. Но остается сделать огромное число опытов, чтобы создать непрерывность» (13).
Из данного текста записи следует, что первоочередное внимание Лавуазье намеревался уделить исследованию тех процессов, которые сопровождаются поглощением «воздуха», природа которого оставалась в то время совершенно еще неясной. Лавуазье продолжает: «Операции, посредством которых можно добиться связывания воздуха, суть: рост растений, дыхание животных, горение, при некоторых обстоятельствах обжиг, наконец, некоторые химические реакции. Я признал, что должен начать с этих экспериментов» (14).
Эта запись свидетельствует о необычайной самоуверенности Лавуазье. Она производит такое впечатление, что была сделана после проведения многочисленных опытов, а не до этого. Возможно, именно в связи с этим и возник вопрос о дате записи и отсюда споры о ее историческом значении.
Во второй половине 1772 г. Лавуазье уже проводит намеченные опыты со сжиганием самых различных веществ, прежде всего фосфора. Вскоре на основании ряда опытов он установил, что для полного сжигания фосфора требуется значительное количество воздуха. Объясняя эти опыты, Лавуазье, однако, привлекает еще чисто флогистические представления. Он указывает, в частности, что при горении фосфора выделяется флогистон, а образующиеся при горении фосфора белые пары представляют собой смесь кислоты с большим количеством флогистона.
Почти одновременно Лавуазье поставил опыты и по сжиганию серы. 1 ноября 1772 г. он представил Академии наук запечатанный конверт с запиской, в которой были кратко изложены результаты его опытов. Записка эта начинается следующими словами:
----------------------------
*. Отсюда следует, что у Лавуазье в это время были далеко идущие планы исследований.
13. Цит. по: Я. Г. Д о р ф м а н. Указ, соч., стр. 95.
14. Там же, стр. 96.
----------------------------
«Дней восемь тому назад я открыл, что сера при горении вовсе не теряет в весе, а напротив, увеличивается, т.е. из одного фунта (*) серы можно получить значительно больше, чем один фунт купоросной кислоты, независимо от влажности воздуха; то же самое можно сказать и о фосфоре; это увеличение веса происходит благодаря громадному количеству воздуха, который связывается при горении и соединяется с парами.
Это открытие, установленное путем опытов, которые я считаю решающими, заставило меня думать, что то, что наблюдается при горении серы н фосфора, могло иметь место у всех тел, вес которых увеличивается при горении и прокаливании; и я убедился, что увеличение веса металлов при превращении их в металлические земли происходит от той же причины» (15).Представляя эту записку академии, Лавуазье, как он сам указывает, имел целью «охранить свое право собственности» на это открытие, которое представлялось ему «наиболее интересным из всех, сделанных со времени Шталя». По-видимому, уже в это время приоритет мыслей, экспериментов и выводов Лавуазье оспаривался некоторыми его современниками (16).
В течение 1773 г. Лавуазье провел множество опытов и, прежде всего, по кальцинации свинца, олова, цинка и других металлов, в ретортах на огне и при помощи зажигательного стекла, а также опытов по изучению взаимодействия воды с металлическими "известями", по образованию осадков окиси ртути из растворов азотнокислой ртути и др. Он воспроизвел также опыты с фиксируемым воздухом Блэка, продолжил опыты с фосфором, серой и т. д. (17)
В начале 1774 г. Лавуазье представил Академии наук напечатанный экземпляр своего мемуара «Небольшие физические и химические исследования» ("0puscules physiques et chimiques")(18). Выполняя намеченную за два года до этого программу, он дал в мемуаре большое историческое введение, перечислив и разобрав в нем исследования и представления о газах Парацельса, Ван-
-----------------------------
*. Вместо слова «фунт» Лавуазье писал «ливр»— французское название фунта.
15. А. Л. Л а в у а з ь е. Мемуары о природе вещества..., стр. 30—31.
16. Цит.по:Я.Г. Дорфман.Указ,соч.,стр. 107. Впоследствии (1792 гг.), оправдывая эту заявку, Лавуазье писал: «Я был молод, я только что вступил на путь научной карьеры; я жаждал славы и счел необходимым принять некоторые предосторожности, чтобы охранить свое право собственности на мое открытие. В то время была в моде переписка между учеными Франции и Англии; между обеими нациями происходило как бы соперничество, которое придавало особое значение новым опытам и побуждало неоднократно писателей, принадлежавших к той или иной нации, оспаривать права истинного автору». См.: Я. Г. Д о р ф м а н. Указ, соч., стр. 108.
17. См Мaurice Daumas. Указ, соч., стр. 29—32.
18. Oeuvres de Lavoisier, t. I. Paris, 1864, p. 437.
---------------------------------
Гельмонта, Бойля, Бургаве, Шталя, Блэка, Кавендиша, Майера, Жакена, Пристлея, Дюамеля, Руэля, Комэ и других, пытаясь, очевидно, рассмотреть «разрозненные звенья цепи», которую он желал сделать цельной, неразрывной (19).
Основная часть работы, посвященная собственным опытам Лавуазье, озаглавлена: «Новые исследования о существовании фиксируемого упругого флюида». 3десь описываются разнообразные опыты, связанные с выделением и поглощением газов при химических превращениях и, в частности, при прокаливании металлов. В главах IX—XI речь идет об опытах по сжиганию фосфора, серы и других веществ. Лавуазье приходит здесь к интересным, хотя еще и недостаточно определенным с точки зрения будущей теории выводам. В частности, он пишет: «Эти опыты уже, казалось, приводили к мысли, что атмосферный воздух или какой-либо другой флюид, содержащийся в воздухе, соединялся во время горения с парами фосфора, однако от предположения до доказательства было довольно далеко, и основным делом было, прежде всего, твердо установить, что действительно происходило соединение какой-то субстанции с парами фосфора во время горения» (20).
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. Пользуясь весами и наблюдая кальцинацию олова в запаянной реторте, Лавуазье пришел к следующему выводу: «... Запаянные герметически реторты, взвешенные до и после
-----------------------------
19. Вызывает удивление, что Лавуазье не упоминал о пневматических опытах Ломоносова, описанных в диссертациях последнего «О действии химических растворителей» и «О металлическом блеске», опубликованных в «Новых комментариях Академии наук» (т. I, СПб., 1750, стр. 245) и в «Комментариях Академии наук» (т. XIV, СПб., 1751, стр. 286).
20. Oeuvres de Lavoisier, t. I, p. 643; см. также: Я. Г. Д о р ф м а н. Указ, соч., стр. 114.
----------------------------
содержащейся в них порции олова, не обнаруживают никакой разницы в весе; это, очевидно, доказывает, что увеличение веса, приобретенное металлом, не происходит ни от материи oгня, ни от какой-либо иной материи извне реторты» (21).
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 котррых 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 растрескивaeтся 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 аргументировaть. Ho 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.
------------------------------
21. Цит. по: Я. Г. Д о р ф м а н. Указ, соч., стр. 133.
22. Там же, стр. 133—134.
23. Впрочем, Ньютон, основываясь на высокой преломляющей способности алмаза, полагал, что алмаз, «вероятно, также сгустившееся маслянистое вещество» (И. Ньютон. Оптика. М.— Л.,1927, стр. 214).
-----------------------------
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, явяется «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 лучше и ярче, чем в обычном воздухе. В октябре того же года Пристлей лично сообщил Лавуазье и другим ученым Франции об этом открытии. Наконец, приблизительно в то же время Лавуазье получил письмо от Шееле (от 30 сентября), в котором последний сообщал о своих опытах по получению «огненного воздуха» и предлагал проверить один из способов получения этого «воздуха» из окиси серебра.
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)
----------------------------------
24. Цит. по: Я. Г. Д о р ф м а н. Указ, соч., стр. 164.
25. А. Л. Л а в у а з ь е. Мемуары о природе вещества..., стр. 31 и сл.
26. Там же, стр. 35.
-----------------------------------
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, Шеелеимною, 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).
В этом мемуаре Лавуазье еще иногда пользуется флогистической терминологией и не высказывается против теории флогистона, хотя все eго выводы и положения прямо противоположны ей.
Мемуар Лавуазье явился началом большой серии других мемуаров и докладов в Академии наук. Они были посвящены различным вопросам. Следует отметить особенное внимание Лавуазье к вопросу о механизме дыхания, изменениям, которые испытывает воздух в результате прохождения через легкие. Несколько сообщений Лавуазье посвящены вопросу о составе нейтральных солей, природе кислот, в частности природе фосфорной кислоты, получающейся при сжигании фосфора, и другим разнообразным вопросам. Вместe c Лапласом Лавуазье в этот период конструирует барометр, начинает развернувшиеся в дальнейшем исследования, связанные с оценкой тепловых эффектов реакций, и т. д. Весьма важные выводы сформулированы Лавуазье в мемуаре "Опыты над дыханием животных и над изменениями, которые происходят с воздухом при прохождении через их легкие". Эти выводы таковы: 1. При дыхании происходит взаимодействие «только с чистой, наиболее пригодной для дыхания частью атмосферного воздуха» Остальная часть воздуха представляет собой лишь инертную среду, которая не претерпевает изменении при дыхании. 2. Свойства «испорченного воздуха», остающегося после прокаливания металлов, ничем не отличаются от свойств воздуха, в котором находилось некоторое время животное, если только этот оставшийся воздух не освобождается посредством едкой щелочи или извести от «фиксируемого воздуха» Блэка, и т. д.
Не останавливаясь на содержании других докладов и мемуаров Лавуазье конца семидесятых и начала восьмидесятых годов, отметим лишь, что в них он чаще всего уклонялся от высказываний
----------------------------------
(27) А. Л. Лавуазье. Мемуары о природе вещества..., стр. 37.
---------------------------------------
по поводу теории флогистона. Но в 1785г. его поведение коренным образом изменилось. В этом году он выступил с мемуаром: «Размышления о флогистоне, являющиеся продолжением теории горения и кальцинации, опубликованной в 1777 г. «В самом начале этого мемуара Лавуазье пишет: «Настало время, когда я должен объясниться более четко и формально по поводу мнения, которое я считаю пагубным заблуждением в химии, задержавшим, как я полагаю, значительным образом прогресс, вводя дурную манеру философствования» (28).
Это выступление Лавуазье было первым открытым его выступлением против теории флогистона. Однако, как было установлено, за много лет до этого Лавуазье уже достаточно резко выступил против этой теории анонимно, помещая свои статьи и заметки в журнале «Обозрение по физике» («Observations sur la Physique»). Так, еще в 1774 г. Лавуазье писал в одной из статей в этом журнале: «Принимая флогистон, мы впадаем во множество противоречий; химики пользуются им всякий раз, когда им это требуется, и они его растягивают, когда он противоречит установленным ими принципам; они управляют им по своей воле. Это их разменная монета... Они делают из него начало запахов, вкуса, летучести, плавкости, растворимости и т. д.» (29)
Спустя 12 лет после этого высказывания Лавуазье повторил и развил ту же самую мысль: «Химики сделали из флогистона смутное начало, которое не определено в точной мере и которое поэтому пригодно для любых объяснений, в которые его хотят ввести. Иногда это начало весомо, иногда оно таковым не является; иногда это свободный огонь; иногда это огонь, соединенный с землистым элементом; иногда он проходит сквозь поры сосудов; иногда они непроницаемы для него. Он объясняет одновременно и щелочность и нещелочность, прозрачность и непрозрачность, окраску и отсутствие окраски; это настоящий Протей, который меняет свой облик каждое мгновение» (30).
В этих высказываниях Лавуазье нельзя не видеть известной аналогии в характеристике флогистона с характеристикой «огненной материи», данной Ломоносовым за 30 лет до этого. В своей диссертации «Размышления о причине теплоты и холода» (1744 г.) Ломоносов не без сарказма высмеивал приверженцев теории «огненной материи», которая, по их представлению, то входит в поры тел, «как бы привлекаемая каким-то приворотным зельем», то бурно покидает их, «как бы объятая ужасом» (см. стр. 267). Упомянутая диссертация, как мы уже знаем, была опубликована
-----------------------------
28. См.: Я. Г. Д о р ф м а н. Указ, соч., стр. 178.
29. Там же, стр. 179.
30. Там же, стр. 180.
---------------------------
в 1750 г. в «Новых комментариях Петербургской академии наук» и была широко известна в Европе. В той же диссертации Ломоносов писал: «Но так как окалины, удаленные из огня, сохраняют приобретенный вес даже на самом лютом морозе и, однако, не обнаруживают в себе какого-либо избытка теплоты, то, следовательно, при процессе обжигания к телам присоединяется некоторая материя, только не та, которая приписывается собственно огню: ибо я не вижу, почему последняя в окалинах могла бы забыть о своей природе. Далее, металлические окалины, восстановленные до металлов, теряют приобретенный вес. А так как восстановление производится тем же, что и прокаливание, даже более сильным, огнем, то нельзя привести никакого основания, почему один и тот же огонь то внедряется в тела, то из них уходит» (31).
Такого рода мысли с исторической точки зрения особенно значительны. Ломоносов был первым ученым, подвергнувшим основательной и аргументированной критике самые основы теоретических представлений своей эпохи и, в первую очередь, учение о «невесомых флюидах». Хотя он и не высказывался прямо о флогистоне (так же как и Лавуазье до 1785 г.), ясно, что его физические доказательства абсурдности теории «огненной материи», по существу, направлены и против флогистона.
Имеются веские основания допустить, что Лавуазье (знакомому с содержанием научных журналов Петербургской академии наук) были известны и диссертации Ломоносова, опубликованные в этих журналах. По мнению Дорфмана, Лавуазье, по-видимому, первый толчок для критики теории флогистона получил именно после ознакомления с диссертациями Ломоносова (32).
Итак, в 1785 г. Лавуазье открыто и прямо выступил против теории флогистона. К этому времени он целиком закончил свою программу обследования и экспериментального изучения явлений, наблюдаемых при горении и, в частности, при кальцинации металлов, намеченную еще в 1772 г. Он подробно изучил свойства и состав газообразных продуктов, которые участвуют во всех этих явлениях или образуются в результате горения и дыхания. Еще в 1777 г, в мемуаре «О горении вообще» (33) он дал следующую характеристику явлений горения: «Первое явление. При всяком горении происходит выделение огненной материи, или света. Второе явление. Тела могут гореть только в очень немногих видах воздуха или, вернее, горение может происходить лишь в одном виде воздуха, который Пристлей назвал «бесфлогистонным»
----------------------------------
31. М. В. Л о м о н о с о в. Полн. собр. соч., т. II. М.— Л., 1951, стр. 47.
32. Я. Г. Д о р ф м а н. Указ, соч., стр. 183—184.
33. См.: Успехи химии, 1943, т. 12, вып. 5, стр. 368.
----------------------------------
и который я буду называть «чистым воздухом». Тела, которые мы называем горючими, не только не горят в пустоте или каком-либо другом воздухе, но там они гаснут так быстро, как если бы их погружали в воду или в любую другую жидкость.
Третье явление. При всяком горении происходит разрушение или разложение чистого воздуха, и вес сгоревшего тела увеличивается точно на количество поглощенного воздуха.
Четвертое явление. При всяком горении горящее тело превращается в кислоту в результате прибавления того вещества, которое увеличило его вес; так, например, если под колоколом сжигать серу, то продуктом горения будет серная кислота; если сжигать фосфор, то получается фосфорная кислота; если сжигать какое-либо углистое вещество, то продуктом сгорания является связываемый (фиксируемый — Н. Ф.) воздух, называемый иначе меловой кислотой.
Обжигание металлов подчинено точно тем же законам, и Макёр совершенно правильно рассматривает его как медленное горение...» (34)
Развивая эти соображения, Лавуазье вскоре создает целую теорию кислот. Эта теория была представлена Академии наук 5 сентября 1777 г., в окончательном виде она опубликована в 1780 г. под заглавием «Мемуар о природе кислот и началах, их составляющих». Лавуазье формулирует следующее важное положение, ставшее затем основой его «кислородной теории»: «Многочисленные эксперименты дают мне сегодня возможность обобщить следствия и утверждать, что наиболее чистый воздух, воздух удобовдыхаемый, представляет собой образующее начало кислотности, что это начало является общим для всех кислот и что при этом в состав каждой из них входят одно или несколько других начал, которые их отличают и отделяют друг от друга» (35).
Далее, как бы подчеркивая особую важность в системе складывавшихся воззрений приведенного положения, Лавуазье предлагает «на основании твердо установленных фактов» переименовать «дефлогистированный воздух» Пристлея, или, как он сам обозначал, «удобовдыхаемый воздух», и называть его отныне кислотообразующим, началом, или оксигеном [от — «кислый» и — «рождаю»], или кислородом (*).
Таким образом, Лавуазье полагал, что кислород представляет собой начало, без участия которого невозможно образовать
----------------------------------
34. Цит. по: Успехи химии, 1943, т. 12, вып. 5, стр. 369.
35. Цит. по: Я. Г. Д о р ф м а н. Указ соч., стр. 197.
*. В начале XIX в. в русской литературе применялось название «кислотвор», вместо «кислород».
-------------------------------------
кислоту. Эта концепция, как мы знаем, была ошибочной и явилась следствием явной переоценки роли кислорода в различных химических процессах. Однако сам Лавуазье, основываясь на собственных опытах сжигания фосфора, серы, углерода и других веществ в кислороде, безраздельно держался этой концепции и в случаях ее противоречия фактам прибегал к фантастическим допущениям, точно так же как это делали флогистики, которых он так резко критиковал. Например, для того чтобы объяснить с точки зрения этих представлений состав соляной кислоты, Лавуазье прибегнул к гипотезе о существовании особого элемента — «мурия» (от латинского muria — «рассол», «раствор соли»), который, по его мнению, при соединении с кислородом будто бы и давал соляную кислоту. Эта гипотеза, благодаря авторитету Лавуазье, вскоре сделалась общепринятой и просуществовала около 25 лет — до начала XIX в., когда она была отвергнута. Но введенное им латинское название соляной кислоты — «муриевая кислота» (acidum muriaticum) — удержалось почти до наших дней.
Завершающим этапом формирования кислородной теории явились опыты по сжиганию «горючего воздуха» (водорода) и выяснению состава воды. Опыты эти привели Лавуазье к весьма важным выводам уже в 1783 г.
С тех пор как Кавендиш в 1766 г. получил «горючий воздух» я принял его за флогистон, этот газ привлек пристальное внимание химиков-пневматиков. С «горючим воздухом» экспериментировали почти все химики-пневматики и, прежде всего, английские — Кавендиш и Дж. Уатт, известный изобретатель паровой машины. Лавуазье заинтересовался «горючим воздухом» в семидесятых годах, но из многочисленных опытов с этим газом не смог сделать в то время каких-либо существенных выводов. В 1781 г. Кавендиш, продолжая свои опыты над сжиганием «горючего воздуха», установил, что продуктом его сгорания является вода. «Почти весь горючий и весь дефлогистированный воздух превращается (при горении) в чистую воду»,— писал он. Однако этот процесс образования воды Кавендиш объяснил как «флогистирование» воздуха, полагая, что вода представляет собой лишь конденсированное видоизменение воздуха.
В 1783 г. в Париж приехал видный английский физик, секретарь Королевского общества Чарлз Благден (1748—1820), который и рассказал французским академикам, в том числе и Лавуазье, об опытах Кавендиша, Пристлея и Уатта по сжиганию «горючего воздуха», а также об их толкованиях состава воды как «дефлогистированного воздуха», к которому присоединен флогистон. В это время Лавуазье занимался между прочим чисто практическим вопросом — конструированием горелки с кислородным дутьем. Для обеспечения достаточно длительной работы такой горелки он получал в больших количествах кислород и хранил его в изобретенных им газометрах. Кроме того, в распоряжении Лавуазье в то время имелась разнообразная аппаратура для производства всевозможных пневматических опытов. В связи с приездом Благдена Лавуазье, по просьбе академиков, согласился публично показать опыты сжигания «горючего воздуха» в кислороде и 24 июня 1783 г. продемонстрировал их с успехом. В последовавших затем докладах, объяснявших опыты, Лавуазье неточно отметил роль Кавендиша, первым осуществившего такой опыт. Благден высказал в связи с этим свое негодование.
Не касаясь здесь подробностей этого эпизода и возникшего затем спора о приоритете открытия (сообщение Кавендиша было опубликовано в печати лишь в 1784—1785гг.), укажем, однако, что Лавуазье сделал из своих опытов сжигания «горючего воздуха» совершенно иные выводы, нежели английские ученые-флогистики. В частности, он заявил в докладе, что «вода отнюдь не является простым веществом, но она полным своим весом состоит из горючего воздуха и живительного воздуха».
Нужно, однако, сказать, что образование воды из кислорода и «горючего воздуха» противоречило общей концепции Лавуазье, согласно которой при горении неметаллических веществ в кислороде должны образовываться кислоты. Лавуазье высказывал удивление по поводу образования нейтральной воды при сжигании «горючего воздуха» и в течение нескольких лет пытался открыть в полученной при этом воде какие-либо следы кислоты (36).
Лавуазье не только констатировал образование воды при сжигании «горючего воздуха». Он попытался установить соотношение обоих компонентов, образующих воду. В то время он узнал об опытах своего коллеги, известного французского математика Гаспара Монжа (1746—1818), получившего при помощи разработанного им простого метода значительное количество воды при сжигании «горючего воздуха» (свыше 3 унций). Основываясь на опытах Монжа, Лавуазье рассчитал соотношение объемов обоих газов, образующих воду. Это соотношение оказалось равным 12:22,9, т. е. почти как 1 : 2. Он пытался установить и весовые отношения обоих газов в воде.
Однако сама по себе констатация образования воды при сжигании «горючего воздуха» в кислороде и даже установление соотношений между обоими компонентами воды не удовлетворила Лавуазье. В свете прежних своих пневматических исследований он считал необходимым осуществить кроме синтеза и разложение воды, что дало бы ему возможность более основательно утверждать, что его вывод о составе воды и соотношениях в ней обоих газов вполне справедлив. Но вначале Лавуазье не имел возможности осуществить прямое разложение воды с получением обоих составляющих ее газов. Поэтому он был вынужден удовлетвориться получением лишь одного газа в свободном состоянии.
Лавуазье провел опыт разложения воды, исходя из своих представлений о большом сродстве кислорода к металлам, особенно к железу. Действуя на воду железными опилками в течение длительного времени, он получил водород, но не смог установить, сколько можно получить этого газа при полном окислении железа.
Вскоре после этого Лавуазье совместно с математиком, инженером и химиком Жаном Батистом Менье (1754—1793)(*) осуществил разложение воды при высоких температурах. Установка Менье и Лавуазье состояла из ружейного ствола, соединенного с одной стороны с прибором для получения водяных паров, а с другой — с приемником образующихся газов. Пропуская через нагретый докрасна ствол водяные пары, экспериментаторы констатировали, что при достаточно медленном токе вода целиком разлагалась и в приемнике под колоколом собирался водород. При помощи весов был установлен привес железной трубы за
---------------------------
36. Подробнее см. в кн.: Я. Г. Д о р ф м а н. Указ, соч., стр. 225.
*. Менье был крупным математиком, состоял членом Парижской академии наук. В начале 1780-х годов он был офицером инженерных войск. В чине генерал-лейтенанта революционной армии был убит при осаде Майнца.
---------------------------
счет образования окислов железа и одновременно было определено количество образовавшегося водорода. Исходное же количество воды тоже было хорошо известно.
Эти опыты получения «горючего воздуха» термическим разложением воды в присутствии железа имели и чисто практическое значение. В то время ученые Франции, в первую очередь Бертолле, занимались проблемой добывания водорода для наполнения аэростатов. Менье и Лавуазье при постановке своих опытов также имели в виду разработать дешевый и удобный метод получения водорода для этой цели.
Опыты по сжиганию «горючего воздуха», а также по разложению воды были завершающими в намеченной Лавуазье серии опытов конечной целью которых было низложение теории флогистона. Лавуазье писал в своем мемуаре «Размышления о флогистоне, являющиеся продолжением теории горения и кальцинации, опубликованной в 1777 г.», представленном Академии наук 28 июня 1785 г.: «Моя задача была развить в этом мемуаре теорию горения, опубликованную мною в 1777 г., показать, что флогистон Шталя — воображаемое существо, присутствие которого он без всяких к тому оснований допустил в металле, в сере и фосфоре, во всех горючих телах; что все явления горения и обжига объясняются гораздо проще и легче без флогистона, чем с его помощью. Я не жду, что мои взгляды будут сразу приняты; человеческий ум привыкает видеть вещи определенным образом, и те, кто в течение части своего поприща рассматривали природу с известной точки зрения, обращаются лишь с трудом к новым представлениям; итак, дело времени подтвердить или опровергнуть выставленные мною мнения» (37).
Мы видели, что систематические исследования Лавуазье в области пневматической химии в период с 1772 по 1784 г. полностью развеяли в прах главные положения теории флогистона. Получив кислород, Лавуазье впервые правильно объяснил его роль в процессах горения, кальцинации металлов, восстановления окислов металлов, в процессах дыхания и т. д. Он подробно изучил явление горения, а также продукты горения серы, фосфора, угля и других веществ. Пользуясь весами, в ряде случаев он количественно определил продукты горения всех этих веществ. Наконец, он подробно исследовал процесс сжигания водорода в кислороде и установил состав воды. Все это, как и другие многочисленные его опыты, характеризует его не только как талантливого исследователя-экспериментатора, но и как новатора науки, развившего на основе огромного экспериментального материала
---------------------------------
37. Oeuvres de Lavoisier, t. II, 1864, p. 623; см. также: Я. Г. Д о р ф м а н. Указ, соч., стр. 279.
------------------------------
новые представления о явлениях горения и дыхания и основавшего на их базе новую химию.
Несмотря на все это, в некоторых исторических научных трудах, особенно в Германии и Англии, еще до сих пор оспаривается приоритет Лавуазье в большинстве его экспериментальных, фактических открытий. Нет необходимости вдаваться в запутанную полемику о приоритете открытий Лавуазье. Выше уже были указаны некоторые факты и мнения по этому поводу. Здесь на основе краткого исторического анализа деятельности Лавуазье в области пневматической химии можно определенно утверждать, что никому другому, кроме Лавуазье, не принадлежат правильные объяснения многих химический явлений, которые в течение ряда столетий обсуждались и объяснялись химиками либо с позиций традиционной аристотелевской философии, либо с точки зрения реакционных алхимических учений. Говоря о заслугах Лавуазье в открытии кислорода и в объяснениях процессов горения, Ф. Энгельс писал: «Пристли и Шееле описали кислород, но они не знали, что оказалось у них в руках. Они «оставались в плену» флогистонных категорий, которые они нашли у своих предшественников. Элемент, которому суждено было ниспровергнуть все флогистонные воззрения и революционизировать химию, пропадал в их руках совершенно бесплодно. Но вскоре после этого Пристли, будучи в Париже, сообщил о своем открытии Лавуазье, и Лавуазье, руководствуясь этим новым фактом, вновь подверг исследованию всю флогистонную химию и впервые открыл, что новая разновидность воздуха была новым химическим элементом, что при горении не таинственный флогистон выделяется из горящего тела, а этот новый элемент соединяется с телом, и таким образом он впервые поставил на ноги всю химию, которая в своей флогистонной форме стояла на голове. И если даже Лавуазье и не дал описания кислорода, как он утверждал впоследствии, одновременно с другими и независимо от них, то все же по существу дела открыл кислород он, а не те двое, которые только описали его, даже не догадываясь о том, что именно они описывали» (38).
Отдавая должное предшественникам Лавуазье, сделавшим крупнейшие открытия, в частности открывшим кислород и другие газы, а также современникам и сотрудникам Лавуазье, вместе с ним или независимо от него разрабатывавшим актуальные проблемы пневматической химии и, прежде всего, проблему горения, мы должны все же твердо сказать, что в создании новой химии и ее основы — кислородной теории — Лавуазье по праву принадлежит первое место. Гениальная научная проницательность
-----------------------------
38. К. Маркс и Ф. Энгельс. Сочинения, т. 24, стр. 19—20.
-----------------------------
Лавуазье, его настойчивость и энергия исследователя и, наконец, его новаторский подход, его смелость в борьбе с укоренившимися традициями и верованиями — все это обеспечило ему почетное место в истории науки как виднейшему деятелю эпохи «пневматической химии», главному инициатору и участнику «химической революции» конца восемнадцатого столетия.