Творчество А.Л.Лавуазье

      По  известным словам Энгельса, «... уже  с самого начала возникновение и  развитие наук обусловлено производством», Однако, насколько нам известно, никто до Анри Луи Ле Шателье (1850—1936) не обращал внимания на то, что крупнейшие работы Лавуазье, доставившие ему славу основателя химии нового времени возникли именно на почве запросов, практики. М. Гишар в своем интересном «Историческом опыте об измерениях в химии» пытается опровергнуть этот взгляд, хотя он, как мы сейчас увидим, подтверждается многочисленными высказываниями самого Лавуазье. Попытаемся с этой точки зрения сделать беглый обзор его главнейших экспериментальных исследований. Уже первая работа Лавуазье (1766) преследует практическую цель — изыскание наилучших способов уличного освещения. Она ставит его лицом к лицу с проблемой горения. Но он ограничивает свою задачу конструкцией фонарей и оставляет на будущее время «опыты с маслами и горючими телами». К теме о горении он возвращается   в   1772  г. В   своем   лабораторном  дневнике   Лавуазье (20 февраля 1772 г.) намечает обширный план исследований тех, видов воздуха, которые, как он пишет, «выделяются из тел при брожении, перегонке и различных соединениях, а также воздуха, поглощаемого при горении многих веществ... Важность предмета побудила меня начать эту работу, которая, как я полагаю, должна произвести революцию в физике и химии... Я осознал необходимость сперва повторить опыты, сопровождающиеся поглощением воздуха, и умножить их число, чтобы, зная происхождение этого вещества, я мог бы проследить его действие в различных соединениях. Процессы, при которых воздух связывается, таковы: произрастание растений, дыхание животных, горение, при некоторых обстоятельствах прокаливание, наконец, некоторые химические соединения. С этих опытов я и счел должным начать».

      Из  этих строк, не предназначавшихся для  печати, видно, что Лавуазье прекрасно  понимал то революционное значение для науки, которое должны были иметь исследования в избранной им области. Осуществляя свой план, Лавуазье с весами в руках изучает горение серы и фосфора (1772) и находит, что вес продуктов горения больше, чем вес сгоревших веществ, и что объем воздуха, в котором горел фосфор, уменьшается на одну пятую. Обжигая олово и свинец в герметически запаянных сосудах (1774), Лавуазье, как и его предшественник Ломоносов (1756), находит, что общий вес при этом не изменяется; при обжигании только часть воздуха соединяется с металлом; оставшаяся часть не поддерживает ни горения, ни дыхания. Узнав oт Пристли (который в октябре 1774 г. посетил Париж и обедал у Лавуазье) о выделении при прокаливании ртутной окалины газа, обладающего исключительной способностью поддерживать горение и дыхание, Лавуазье количественно повторяет его опыты. Он показывает, как это до наших дней описывается во всех учебниках химии, что ртуть при нагревании соединяется с «бесфлогистонным» или «жизненным» воздухом и образует ртутную окалину. Последняя, при прокаливании разлагается на «жизненный воздух» и ртуть; сумма весов последних равна весу ртутной окалины. После нагревания ртути в атмосферном воздухе остается «удушливый воздух» («офлогистоненный воздух» Пристли), не пригодный для горения и дыхания. Таким образом, Лавуазье показывает, что атмосферный воздух состоит из смеси «жизненного» и «удушливого» воздуха (которые вскоре были названы кислородом и азотом), и впервые в истории химии дает правильное объяснение горения как соединения горючих тел с кислородом, чего не мог сделать Пристли. На основе этих опытов (а также и ряда других), Лавуазье в 1777 г. делает в Академии наук доклад «О горении вообще», в котором так резюмирует свои выводы: 1) «жизненный воздух» соединяется с горючими телами и увеличивает их вес; 2) для горения необходим «жизненный воздух»; 3) «связывающийся воздух» (т. е. углекислый газ) есть соединение «жизненного воздуха» с углем; 4) металлические окалины — не простые тела, а соединения металлов с жизненным воздухом. Эти выводы, потрясают до основания теорию флогистона. Но окончательный удар ей наносят исследования состава воды.

      Химическая  природа воды занимала Лавуазье уже  в самом начале его научной  деятельности, причем этот интерес  также возник на почве запросов практики. Так, в 1768 г. в отчете об одной из своих геологических экскурсий он пишет: «Изучение обыкновенных вод важно для всего общества и в особенности для его трудящейся части, чьи руки составляют в одно и то же время и силу, и богатство государства». Уже в 1771 г,  он в связи с агрономическими задачами задает вопрос: может ли вода превращаться в землю. Hа основании точных количественных опытов, решает его отрицательно. Вес землистого осадка, получающегося после продолжительного (101 день) кипячения воды в стеклянном стакане (сосуд с обратным холодильником), оказывается равным убыли последнего в весе; вес же самой воды не изменяется. Исследования воды Лавуазье возобновляет только в начале восьмидесятых годов. Узнав о работах Пристли и Кавендиша над сожиганием «горючего воздуха», Лавуазье повторяет их опыты, демонстрирует перед Академией наук образование воды, из водорода и кислорода (1783) и делает вывод, что вода есть соединение этих обоих газов, в то время как Кэвендиш считал воду простым телом. Знание химической природы воды Лавуазье использует для решения важной технической, проблемы; последняя является ближайшим поводом к постановке опытов по анализу воды. Вот, что он пишет по этому вопросу: «Поручение, данное нам Академией, по приказу короля, усовершенствовать аэронавтические машины (т. е. воздушные шары), привело нас к изучению наиболее экономических способов получать «горючий воздух» в большом масштабе, и было естественно, что мы стремились добыть его из воды», Зимой 1783—1784 г. Лавуазье вместе с лейтенантом инженерных войск Жаном Батистом Мари Шарлем Мёнье (1754—1793), впоследствии генералом революционной армии, геройски падшим при осаде Майнца немецкими интервентами, обнаруживает, что «при пропускании водяного пара через раскаленный докрасна ружейный ствол, вода разлагается нацело...; кислород, соединяясь с железом, превращает его в окалину, в то время как водное горючее начало (т. е. водород) переходит в воздухообразное состояние». Так Лавуазье, сочетая теорию с практикой, окончательно доказал сложность состава воды путем анализа и в то же время дал дешевый технический способ получения водорода, необходимый для развития только что зародившегося воздухоплавания и сохранивший значение до наших дней. Установление сложности состава воды, неопровержимо доказанное опытами Лавуазье, нанесло, как говорит Бертело, «последний удар теории флогистона, уже столь сильно потрясенной его предыдущими работами» . Последние сомнения были рассеяны, и Лавуазье смог в 1783 г. выступить во всеоружии опытных данных с блестящими по форме и по содержанию «Размышлениями о флогистоне» . В них он дает уничтожающую критику как первоначальной теории Шталя, так и ее последующих видоизменений и излагает свои собственные воззрения. Лавуазье пишет: «Моя задача была развить в этом мемуаре теорию горения, опубликованную в 1777 г.; показать, что флогистон Шталя — воображаемое существо, которое он без всяких оснований принял составной частью металлов, серы, фосфора и всех горючих тел; что все явления горения и обжигания объясняются гораздо проще и легче без флогистоне, чем при его помощи. 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»…

      Итак, исследования Лавуазье, имевшие своей  первоначальной целью разрешение чисто  практических задач, привели его  к опровержению теории флогистона, господствовавшей дочти целое столетие и превратившейся из прогрессивного в начале фактора в «пагубное для химии заблуждение». Прямым следствием их явилось установление основных целей, понятий и законов химии, и создание рационального химического языка, т. е. построение новой системы химических знаний. Лавуазье определяет химию как науку о составе тел, об их анализе. В своем «Начальном учебнике» он пишет: «Химия, подвергая исследованию, различные тела природы, имеет целью разложить их и быть в состоянии изучать отдельно различные вещества которые входят в их состав». Это определение очень близко к тому, которое в то время было общепринятым, например, по Маке «химия имеет целью познать природу и свойства всех тел посредством их анализа и соединения»; анализом он называет «разложение тела или разделение начал и  частей, образующих сложное тело». Под началами или элементами Маке подразумевал «тела, которые настолько просты, что все усилия искусства недостаточны, чтобы их разложить и даже произвести в них какое-либо изменение». Это определение элементов, данное впервые в 1661 г. Робертом Бойлем (1627—1691), принимает и Лавуазье, но вкладывает в него совершенно новое содержание. Маке, подобно подавляющему большинству химиков той эпохи, считал элементами четыре стихии Эмпедокла (490—430 гг. до н.э.), Аристотеля (384—322 гг. до н. э.) — огонь, воду, воздух и землю. Работы Лавуазье, показавшие полную несостоятельность этого учения, дали ему основание (в докладе о реформе химической номенклатуры 18 апреля 1787 г.) «считать простыми все тела, которые мы не можем разложить, которые мы получаем в последнем итоге путей химического анализа. Несомненно, настанет день, когда эти вещества, являющиеся для нас простыми, будут в свою   очередь  разложены, но наше воображение не должно опережать фактов и нам не следует говорить об этом больше того, что сообщает нам природа». Таким образом, на место метафизических «стихий» древнегреческих философов, на место трех мистических начал Парацельса, возродившихся в трех землях Бехера, вместо схоластического флогистона Шталя, Лавуазье выдвигает чисто экспериментальное понятие о простых телах, как о реальных веществах, не разлагаемых анализом. Итак, — пишет он,— химия идет к своей цели и к своему совершенству разделяя, подразделяя и вновь подразделяя, и мы не знаем, каков будет предел ее успехам. Поэтому мы не можем уверять, что считаемое нами сегодня простым является таковым в действительности. Мы можем только говорить, что такое вещество является пределом, достигаемым посредством химического анализа, и что при современном состоянии наших знаний оно не может быть разделено далее».

      В своем «Учебнике» Лавуазье дает документ огромной исторической важности: первую таблицу простых веществ и  первую их классификацию. Он делит их на четыре группы: 1) простые, принадлежащие к трем царствам природы, которые можно считать элементами тел: свет, теплотвор, кислород, азот, водород; 2) простые неметаллические вещества, окисляющиеся и дающие кислоты: сера, фосфор, углерод и радикалы — муриевый,   плавиковый,  борный.  3) простые металлические вещества, окисляющиеся и дающие кислоты -  сурьма, серебро, мышьяк, висмут, кобальт, медь, железо, марганец, ртуть, молибден, никель, золото, платина, свинец, вольфрам, цинк . 4) солеобразующйе землистые простые вещества: известь, магнезия, глинозем, кремнезем. Необходимо отметить, что в вещества Лавуазье включил и так называемые «невесомые начала» свет и теплотвор к которым прибегали физики вплоть до середины прошлого века для объяснения световых и тепловых явлений. Радикалами Лавуазье называл вещества, дающие при соединении с кислородом кислоты; он ошибочно считал, что соляная, муриевая и плавиковая кислоты содержат кислород, В число простых веществ не были включены «постоянные щелочи», т. е. едкие кали и натр так как Лавуазье предвидел их сложность. Он предполагал, что и «земли» являются не простыми веществами, а окислами, но, верный своему принципу: «не смешивать того, что я даю как опытные истины, с тем, что еще гипотетично», он поместил «земли» в список простых веществ.

      Дав совершенно ясное определение понятию  простого вещества, Лавуазье однако, обошел молчанием определение такого важнейшего понятия, как химическое соединение. В отличие от своих современников, он для обозначения сложных веществ, состоящих из двух или нескольких простых, постоянно пользуется термином «соединение» (combinaison) вместо общераспространенного тогда термина «смешанное тело» (corpus mixtum), под которыми подразумевались и соединения, и механические смеси, и растворы .

      Насколько нам удалось выяснить, термин «соединение» предложил в 1773 г. А. Бомэ. По eго определению, «химическое соединение или состав (combinaison ou composition cnimique) есть сочетание нескольких неоднородных тел между собой, от которой происходит новое смешанное тело, свойства которого отличны от свойств веществ, послуживших для его образования, и являются средними между свойствами последних; это то же, что Бехер и Шталь называли смесью (mixtion) и что мы будем называть химическим соединением или составом». Как видно, четкости в этом определении нет; отсутствуют указания главных признаков химического соединения: однородности и постоянства состава и свойств.                                                                                       

      Просматривая  многочисленные таблицы сложных веществ, которые Лавуазье считает соединениями, можно убедиться в том, что он вполне правильно причислял к категории соединений все известные тогда сложные химические индивиды, например, кислотные ангидриды (которые он называл кислотами) и соли (которые бак считал соединениями кислот с «землями» или металлическими основаниями). Ошибок очень немного; например, к числу соединений отнесены все металлические сплавы; как известно, этот неправильный взгляд продержался почти до конца прошлого века.

      В 1791 г. в мемуаре об образовании  углекислого газа Лавуазье, получив  его шестью различными способами, приходит к выводу, что состав углекислого  газа—72% кислорода и 28% углерода —  в пределах ошибок опыта всегда один и тот же, т. е. не зависит от способа получения. В этой же работе он пользуется удельным весом водорода, кислорода и углекислого газа, т. е. признает постоянство свойств этих химических индивидов. Точно так же он определяет количественный состав воды путем синтеза и анализа. Полученные им данные для состава углекислого газа и воды он применяет, чтобы установить количественное содержание углерода и водорода в винном спирте и других органических веществах. Сжигая эти вещества, Лавуазье (в 1784 г.) тщательно собирает и взвешивает образовавшиеся углекислый газ и воду; зная вес и процентный состав последних, а также вес сгоревшего вещества, он вычисляет содержание в нем углерода и водорода.

      В этих опытах, являющихся первыми примерами  элементарного количественного  анализа органических соединений, Лавуазье применяет законы сохранений материи, сохранения элементов и постоянства состава.

      Закон сохранения материи, в противоположность  тому, что нередко приходится читать и слышать, не был ни впервые высказан, ни впервые экспериментально доказан Лавуазье. Напомним, что мысль о несотворимости и неуничтожаемости материи зародилась еще в умах философов древней Индии и Греции и что закон сохранений материи был сформулирован Ломоносовым в 1748 г., а постоянство веса веществ до и после реакции было показано на опыте им же в 1756 г. Но это нисколько не умаляет значения работ Лавуазье, которому принадлежит величайшая заслуга, как всесторонней опытной проверки этого закона, так и внедрения его в практику, чего не мог сделать Ломоносов, чьи открытия остались без влияния на развитие науки.

      Если  вместе с Энгельсом назвать химию  «...наукой о качественных изменениях тел, происходящих под влиянием изменения  количественного состава», то можно  утверждать, что химия до Лавуазье была наукой лишь наполовину. Главное свое внимание химики обращали на качественные изменения вещества при химических превращениях и мало интересовались количественными отношениями. Конечно, было бы неправильным полагать, что предшественники и современники Лавуазье совершенно пренебрегали определением веса веществ при химических реакциях. Весы были известны уже химикам и металлургам древнего Египта; пользование весам при различных лабораторных и заводских операциях практиковалось е древнейших времен. Однако до Лавуазье никто из химиков (за исключением Ломоносова) не придавал весовым отношениям решающего значения и не считал взвешивания веществ до и после реакции основным приемом химического исследования. Только после того, как Лавуазье сочетал изучение качественных изменений вещества с определением весовых отношений, химия стала наукой в смысле цитированного выше определения Энгельса и вступила в новый период своего развития, период количественных исследований.