Революция в воздухе. Лавуазье. Современная химия

Кавендиш представил невероятное объяснение наблюдаемому им явлению: он сказал, что «горючий воздух» (Н₂) состоит из флогистона, соединенного с водой, а «дефлогистированный воздух» (O₂), названный так Пристли, — на самом деле вода, лишенная флогистона. При зажигании искры в емкости, содержавшей два воздуха, первый выпускал свой флогистон, который поглощался вторым, и появлялась вода, присутствующая в обоих газах. Ему не пришла в голову наиболее очевидная гипотеза о том, что оба воздуха, как бы они ни назывались, во время реакции образовывали новое жидкое вещество.

Лавуазье знал о результатах опытов Кавендиша от его ассистента Благдена, который в июне 1783 года находился в Париже. В отличие от английских ученых, Лавуазье понял, что происходило: вода образовывалась вследствие взаимодействия двух газов:

Н₂(газ) + ½O₂(газ)→Н₂O (жидкость).

Из этого результата он сделал очевидный вывод, разрушивший одну из основ алхимии, которая считала, что вода является одним из начальных элементов. Вода была не простым телом, а соединением. Лавуазье сразу же провел свои опыты и меньше чем через месяц послал в Академию наук записку о результатах получения воды из «горючего воздуха». В этом документе, подписанном также Лапласом, Пристли не был упомянут, равно как и Кавендиш, о результатах которого Лавуазье знал от Благдена. Кавендиш оскорбился и набросился на Лавуазье, обвинив его в незаконном присвоении чужих результатов, что привело к расколу ученых Европы на два лагеря.

Со временем споры утихли, но имя Лавуазье оказалось запятнанным. На самом деле ни Кавендиш, ни Пристли не смогли сделать правильные выводы из своего эксперимента, однако первыми осуществили этот опыт именно они, а Лавуазье только последовал за ними. Хотя в те времена коммуникация была сильно затруднена, над «воздухами» работала очень узкая группа химиков, потому рано или поздно все они узнавали, что сделали и опубликовали их коллеги. Несмотря ни на что заслуга открытия состава воды была приписана Кавендишу, однако за Лавуазье закрепилось «звание», ни много ни мало, отца химии.

Лавуазье продолжил исследования, и чтобы убедиться в том, что он действительно получил воду, он провел опыт наоборот: разложил ее. Ученый довел процесс до конца очень изобретательным способом: он пропускал водяной пар над печью с раскаленным добела железом, используя прибор, схематично изображенный на рисунке 5 (стр. 76). Лавуазье предположил, что раз вода содержит кислород, то он должен поглощаться железом для образования извести. Процесс оказался более сложным, нежели он его представлял, поскольку в воде и извести кислород находится в одном состоянии, то есть как анион (О^-), а в воздухе — в другом (О°2) (индексы обозначают количество лишних электронов). Но опыт сработал, потому что железо повело себя как катализатор, разложивший воду на ее составные элементы (Н₂ и О₂), после чего оно вступило в реакцию с одним из них (О₂), образовав (Fe₂О₃), другой же элемент (Н₂) остался свободным.

ГЛАВА 3

Новая наука

«Ничто не создается и ничто не теряется». Именно Антуан де Лавуазье смог привести химию к математическому уравнению. В 1789-м, в год Французской революции, он опубликовал свой «Элементарный курс химии», который стал точкой невозврата для этой науки. Затем Лавуазье объяснил, почему пламя жизни зарождается с первым вздохом ребенка: дыхание есть вид медленного горения. Его исследования также представляют собой первые опыты в области физиологии и биохимии.

Новая теория горения Лавуазье понемногу проложила себе дорогу. Математик Пьер-Симон де Лаплас с самого начала поддержал ее, парижский химик Клод Луи Бертолле также публично заявил о своем согласии с ней во время заседания Академии наук, состоявшегося в апреле 1785 года. Но главная поддержка пришла из-за границы, из Эдинбурга, где Джозеф Блэк уже давно рассказывал об этой теории на своих занятиях по химии.

Как только принципы новой науки начали получать логическое обоснование, возникла необходимость снабдить ее систематическим языком, которого ей очень не хватало. До этого момента простые тела и соединения, образовывающие материальный мир, получали свое название, исходя из сиюминутного вдохновения. Некоторые были названы по месту, где они были обнаружены (эпсомская соль), по имени человека, открывшего их (дымящий спирт Либавия), по алхимическим ассоциациям с планетами (серная кислота Венеры) или по схожести с другими общеупотребительными веществами (мышьяковое масло).

Кроме того, нередко в разных местах одно и то же вещество называли по-разному. Такое положение дел являлось злополучным наследием алхимии: чтобы скрыть знания от непосвященных, одному и тому же элементу давали разные имена, например ртуть имела порядка десяти обозначений. Чтобы упорядочить этот хаос, химик Луи Бернар Гитон де Морво попытался в начале 1780-х систематизировать обозначение простых тел и соединений. Он заинтересовался этим вопросом после того, как Дени Дидро попросил его написать главу для «Энциклопедии», посвященную химии. Главная проблема, с которой столкнулся Гитон де Морво, состояла в «воздухах», поскольку ими занималось очень небольшое количество французских химиков. Он не знал, как назвать эти «воздухи», и обратился за помощью к Лавуазье, Бертолле, а также к еще одному химику — Антуану Франсуа Фуркруа (1755-1809). Поначалу ученым не удалось найти взаимопонимание в данном вопросе, так как Лавуазье и Бертолле были убежденными противниками теории флогистона, а Фуркруа и сам Гитон де Морво верили в старую теорию. Однако Лавуазье и Бертолле удалось убедить остальных в своей точке зрения, и с этого момента они работали как одна команда. Плодом их совместных усилий стало глобальное и систематичное предложение называть все соединения по элементам, из которых они состоят. На заседании Академии наук в 1787 году Лавуазье представил общие принципы, на основании которых они выстроили новую химическую номенклатуру, основанную на научном методе, никогда до того времени не применявшемся. Лавуазье говорил на этот счет: 

«Впрочем, часть выражений, которые использует химия, была введена в обиход алхимиками, а им было трудно передать своим читателям то, чего они сами не имели, — справедливые и истинные идеи. Кроме того, не всегда их целью было быть услышанными. Алхимики использовали тайный, свой особенный язык, который зачастую представлял один смысл для последователей и другой [для обычных людей] и не был точным и ясным ни для одних, ни для других. Масло, ртуть, вода этих философов не были ни маслом, ни ртутью, ни водой — в том смысле, который мы приписываем им».

В 1787 году Лавуазье представил Академии наук общие принципы, на которых он основывал новую химическую номенклатуру:

«Предметом языка не является, вопреки распространенному представлению, обозначение идей и образов знаками; язык чаще всего является настоящим аналитическим методом, с помощью которого мы двигаемся от знакомого к незнакомому, до определенного момента почти математическим способом; попробуем развить эту мысль. Алгебра является в высшей степени аналитическим методом; она предназначена для упрощения умственных действий, для сжатия умозаключений, для того чтобы в маленьком количестве линий заключить то, что потребовало бы множества страниц обсуждений, и, наконец, чтобы самым удобным, быстрым и надежным способом привести к решению самых сложных вопросов. Но стоит лишь ненамного задуматься, и становится понятно, что алгебра к тому же является настоящим языком. Как у всех языков, у нее есть символы для обозначения, свой метод, своя грамматика, если позволено будет воспользоваться этим выражением. Таким образом, аналитический метод является языком, а язык — аналитическим методом, в некотором смысле это синонимы.