Революция в воздухе. Лавуазье. Современная химия

Adela Munoz Paez

Наука. Величайшие теории: выпуск 29: Революция в воздухе. Лавуазье. Современная химия. 

Наука. Величайшие теории Выпуск № 29, 2015 Еженедельное издание

Пер. с франц. — М.: Де Агостини, 2015. — 152 с.

ISSN 2409-0069

© Adela Munoz Paez, 2013 (текст)

© RBA Collecionables S.A., 2013

© ООО «Де Агостини», 2014-2015 

Моему мужу, моему первому открытию на факультете химии и соавтору двух моих лучших экспериментов — моих детей.

Введение

В конце XVIII века во время революции под лозунгом «Свобода, равенство, братство» французский король лишился дарованной Богом власти и в прямом смысле собственной головы. В науке же незадолго до этого произошли свои кардинальные перемены, связанные с представлением ученых о материи. Оказалось, что она состоит не из четырех традиционных стихий — земли, огня, воздуха и воды, — а из химических элементов, названных и пронумерованных гражданином Франции Лавуазье.

Антуан де Лавуазье родился в 1743 году в царствование Людовика XV, унаследовавшего корону, но не великолепие своего прадеда Короля-Солнца Людовика XIV. А умер ученый всего через несколько месяцев после Людовика XVI, внука и наследника Людовика XV, — той же смертью и в том же месте, что и король: они оба пали жертвой гильотины на площади Революции. Однако заслуги двух этих людей несопоставимы: если нерешительность короля и вольное поведение королевы привели к концу французской монархии, то работа и гений Лавуазье способствовали исчезновению алхимии и рождению новой науки — химии.

Семьи Лавуазье и Пунктис, представлявшие третье сословие, процветали несмотря на скромное крестьянское происхождение, поскольку достойно проявили себя на адвокатской и прокурорской службе. Именно поэтому родители не представляли для своего наследника лучшей доли, нежели профессия юриста. Но науки, преподаваемые учителями колледжа Мазарини, настолько увлекли юного Антуана, что выбор его был предрешен. Лакайль, Руэль, Геттар и другие преподаватели — многие из них были членами Французской академии наук — холили и лелеяли скромного и дисциплинированного ученика, которому не было равных ни по одному предмету. Честолюбие этого молодого человека не могло сравниться ни с чем: он жаждал славы великих ученых и не сомневался, что сможет ее достичь. Его очаровали химические опыты Руэля, и Антуан мечтал превратить химию, в то время представлявшую собой лишь набор унаследованных от алхимии суеверий, в такую же точную науку, как и математика, которую ему преподавал Лакайль.

Но прежде чем последовать тому, что с самого начала предстало перед ним как истинное призвание, Лавуазье должен был выучиться на юриста. На факультете права в Париже он понял, насколько важно уметь подбирать слова и как можно поставить их себе на услужение. Антуан изучал право весной, осенью и зимой, а во время летних каникул ездил с Геттаром по Франции в поисках минералов. Но молодой человек пошел дальше своего учителя, он беспрестанно задавался вопросами о свойствах этих минералов: например, почему парижский гипс так легко переходит из мягкого в более твердое состояние? Итоги подобных изысканий впервые привели его в Академию наук, что стало началом крепкой связи Лавуазье с данным учреждением, которая прервалась лишь с практически одновременным исчезновением ее участников (Академия закрыла свои двери в 1793 году, а через год состоялась казнь Лавуазье).

Вскоре после этого Антуан обратился к другим масштабным проектам, преследующим две цели: оснастить большой город освещением и снабдить его водой. Каждый раз Лавуазье погружался в тяжелую и отнимающую все силы работу; не было такой жертвы, которую он не был бы готов принести ради успеха задуманного: он мог жить в темноте, лишиться еды и сна, заниматься без отдыха. Сам король пожаловал ему медаль в знак признания его открытий. Затем молодой человек совершил свой первый шаг в сторону того, чтобы покончить с алхимией: он занялся опытом, который должен был подтвердить или опровергнуть возможность превращения воды в землю и наоборот. Его вывод был категоричным: такое превращение невозможно.

В то же самое время семья Лавуазье начала задумываться о том, что профессия юриста — не самое подходящее для него занятие. Однако Антуан не порывал с ней до тех пор, пока не нашел лучший способ заработка — должность в Генеральном откупе, учреждении, уполномоченном собирать налоги в пользу государства. Там Лавуазье познакомился со своим будущим тестем, обрел много новых обязанностей и в итоге заработал не только огромные деньги, но и смертный приговор.

Примерно тогда же Лавуазье, образно выражаясь, вошел через парадную дверь в Академию наук. Во время одного из своих первых опытов в качестве члена Академии — наверное, одного из самых зрелищных — ученый заставил исчезнуть алмазы. Вскоре, очарованный опытами, которые проводил в Англии пылкий религиозный отступник Джозеф Пристли, Лавуазье с успехом осуществил самый знаменитый в истории химии эксперимент: образование и разложение оксида ртути. В результате он получил самый известный из «воздухов», который назвал «кислородом», чем вызвал гнев того же Пристли и большинства представителей английской науки.

«Обычный воздух», «горючий воздух», «фиксируемый воздух» — англичане знали о воздухе все, они лучше всех понимали и измеряли его. Следуя их урокам и улучшая их приборы, Лавуазье измерил и взвесил все «воздухи». Самым важным, конечно, был «жизненный воздух», необходимый как для огня, так и для жизни. Несмотря на критику, новое название «кислород» было принято всеми. С помощью кислорода Лавуазье камня на камне не оставил от теории «флогистона», на которую ученые опирались более 50 лет. Его жена, Мария Польз, играла ключевую роль в качестве переводчика в переписке с английскими учеными.

В то время супруги жили в пороховом Арсенале, где Антуан основал лучшую в Европе лабораторию. Мария была прекрасной хозяйкой, она поражала гостей как своим гостеприимством и элегантностью, так и владением английским языком и познаниями в химии. Семья объехала всю Францию, контролируя производство пороха и разыскивая новые месторождения селитры. Французская армия перестала быть уязвимой из-за недостатка боеприпасов, казна государства пополнялась благодаря продажам пороха прекрасного качества, а американские колонии разбивали британские войска, которые заставили Францию пережить множество унижений.

В 1787-1789 годах Лавуазье опубликовал свои главные труды. Рациональный дух «Энциклопедии» требовал навести порядок в путанице названий химических соединений и элементов, и четыре французских химика, в числе которых был Лавуазье, придумали систему, действующую по сей день. «Методы химической номенклатуры» увидели свет в 1787 году, а через два года, в год взятия Бастилии, Лавуазье опубликовал свое главное сочинение — «Элементарный курс химии». Это была первая работа, в которой использовался научный метод в области химии. Книга включала в себя закон сохранения массы (ничего не исчезает, ничего не создается, все трансформируется) и символы, описывающие химические реакции в форме, похожей на математические уравнения. В этом же труде содержалось определение химического элемента, которым мы пользуемся и сегодня: оно навсегда покончило с теорией четырех стихий, несмотря на некоторые колоссальные ошибки. Например, в список химических элементов были включены свет и тепло. Книга также содержала 13 иллюстраций. Это были прекрасные гравюры, сделанные Марией. Они изображали детальные схемы устройств, которые использовал Антуан во время опытов.

Как только Лавуазье разобрался с превращением веществ и записал его в виде уравнения, он принялся за изучение потоков тепла. Несмотря на то что было ошибочно приписывать теплу массу, Лавуазье вместе с Лапласом верно рассчитали количество тепла, выделяемого живым существом. Потом ученый рассчитал потребляемый кислород и «фиксируемый воздух» (диоксид углерода), выбрасываемый при дыхании, и пришел к выводу, что данный процесс представляет собой не что иное, как медленное горение, поскольку во время него поглощается кислород и выделяются «фиксируемый воздух» и тепло, как и в процессе горения. С помощью своих открытий он объяснил, что представление древних об «огне жизни» было не только поэтическим размышлением, но признаком глубоких познаний.