Революция в воздухе. Лавуазье. Современная химия

Никогда еще ничего столь же великого и простого, последовательного во всех частях, не вышло из рук человека [как десятичная метрическая система].

Антуан де Лавуазье

Несмотря на сложную ситуацию, Лавуазье продолжал делать измерения, необходимые для завершения работы Комиссии; точнее, ученый сконцентрировал свое внимание на измерениях, имевших отношение к плотности чистой воды. Данные исследования стали последними в его жизни. Согласно легенде, он попросил отсрочки исполнения смертного приговора, чтобы закончить свою работу для Комиссии. На это председатель суда якобы ответил: «Революция не нуждается в ученых».

Лавуазье не мог молить о милосердии, а Жан-Батист Кофиналь, который председательствовал в суде в тот день, не знал, с кем имеет дело. Эта фраза прозвучала в первый раз во время поминальной речи, которую Фуркруа, разрабатывавший с Лавуазье новую химическую номенклатуру, произнес спустя год после смерти своего «друга». Фуркруа стремился говорить в унисон с благоприятствующей Лавуазье критикой, однако в свое время он и пальцем не пошевелил, чтобы спасти его.

Мы видели в предыдущей главе, что одни из первых опытов, проведенных как Лавуазье, так и Пристли, с новым воздухом, открытым в 1774 году, имели своей целью понять, пригоден ли он для горения и дыхания. Оба ученых доказали, что для этих процессов он не только пригоден, но и необходим. Тогда Лавуазье предположил, что оба эти процесса связаны. Поэтому между 1782 и 1784 годами он провел серию опытов вместе с математиком Пьером-Симоном де Лапласом.

Сначала они измерили количество кислорода, потребляемого животным в определенный промежуток времени, а также количество «фиксируемого воздуха», выдыхаемого животным в тот же самый промежуток, эти величины, по аналогии с горением, должны были быть связаны.

С другой стороны, во время дыхания должна выделяться теплота — уже упоминавшийся ранее «теплород», величина которого должна быть связана с потребляемым кислородом и образующимся углекислым газом, похожим на то, что происходило во время горения угля. Измерить потребляемый животным кислород и выдыхаемый «фиксированный воздух» было не сложнее других опытов, которые Лавуазье успешно осуществил в своей лаборатории. Зато определить количество выделяемой животным теплоты было дополнительной проблемой.

В начале 1784 года Лавуазье принимал участие в работе комиссии, которая должна была изучить лечебное действие того, что тогда называли «животным магнетизмом». В комиссию в том числе входили астроном Жан Сильвен Байи (1736-1793), медик Жозеф Иньяс Гийотен, (1738-1814), ставший очень знаменитым через несколько лет, но совсем по другим причинам, ботаник Антуан Лоран де Жюссьё (1748- 1836), химик Жан Дарсе (1724-1801) и ученый Бенджамин Франклин, посол недавно образовавшихся Соединенных Штатов Америки. Запрос на подобное изучение поступил в Академию наук от самого короля, который также поручил изучить этот вопрос и Академии медицинских наук. Немецкий медик Франц Антон Месмер (1734-1815) представлял «животный магнетизм» в обоих учреждениях. В то время лечебные сеансы Месмера стали сенсацией в самых избранных кругах Парижа.

Франц Антон Месмер.

Эти сеансы были групповыми и проходили вокруг овальной ванны примерно 30 см глубиной и 1, 5 м шириной, наполненной водой с железными опилками, в которую были погружены бутылки. Ванна была накрыта металлической пластиной, откуда торчали железные штанги. Пациенты рассаживались вокруг, берясь за руки так, чтобы круг замкнулся, и касаясь друг друга коленями, чтобы «животный магнетизм» мог течь по их телам. Им предлагалось прислониться к железным штангам той частью тела, которая у них болела. Затем ассистенты Месмера начинали массировать пациентов под громкое звучание пианино и пение сопрано. Многие участники впадали в транс, который заканчивался, когда в комнату заходил Месмер и щелкал пальцами. Члены комиссии посетили множество таких сеансов и в итоге заключили, что «воображение без магнетизма порождает выводы, магнетизм без воображения не порождает ничего». В тайном отчете они добавляли также, что лечение магнетизмом не угрожает нравственности. В итоге члены комиссии заявили, что стали свидетелями группового сеанса гипноза, проводимого шарлатаном.

Ошибка ученого с «теплородом» не помешала остальной работе: все его рассуждения и, главное, измерения оказались точными. Чтобы определить теплоту во время особой реакции — той, что поддерживала в живом организме горячую кровь постоянной температуры, — Лавуазье придумал и разработал ледяной калориметр. Для этого он использовал идею «скрытой теплоты», предложенную Джозефом Блэком в 1761 году. Давно было известно, что лед не тает сразу, когда нагревают емкость, содержащую его. Блэк заявил, что он обладает «скрытой теплотой», поскольку ее невозможно измерить с помощью термометра. Величина этой «скрытой теплоты» льда была определена, и Лаплас воспользовался для измерения теплоты, выделяемой морской свинкой, прибором, представленным на рисунке внизу, называемым ледяным калориметром. Он похож на тот, что используют и сегодня.

Ледяной калориметр Лавуазье состоит из трех концентрических отделений; в центральное помещается тело, теплоту которого нужно измерить. От этой теплоты тает лед, находящийся во втором отделении, а образовавшаяся в результате вода стекает в емкость, находящуюся внизу, для этого нужно открыть кран. Эта вода взвешивается с целью установления веса выделившейся теплоты. Во внешнее отделение кладется лед для теплоизоляции всей системы.

Речь шла о емкости, состоящей из трех концентрических отделений. В центральное отделение закладывался уголь для сжигания или животное, теплоту которого собирались измерить; среднее отделение содержало лед, таявший и стекавший в нижнее отделение, где измерялось количество воды; внешнее отделение заполнялось льдом, призванным изолировать атмосферу. Во время первого опыта ученые в течение десяти часов наблюдали за морской свинкой, находившейся во внутреннем отделении, после чего измерили растаявший лед. Также они измерили количество вдыхаемого кислорода и «фиксируемого воздуха», выделившегося за то же количество времени. Они определили количество теплоты, с одной стороны, по растаявшему льду, а с другой — по выделенному С0₂, предположив, что образовавшая его реакция аналогична горению угля, и значит, выделилось то же количество теплоты. Ученые получили очень близкие результаты в обоих случаях и таким образом подтвердили собственную гипотезу о том, что дыхание является определенного рода горением. Их выводы оказались точными:

«Таким образом, дыхание — это горение, очень медленное, но, впрочем, очень похожее на горение угля; оно происходит внутри легких, при этом не выделяется видимого света, поскольку вещество огня, высвободившись, сразу же абсорбируется влажностью органов. Теплота, образовавшаяся в процессе этого горения, попадает в кровь, идущую через легкие, и оттуда распространяется по всему организму. Так, вдыхаемый нами воздух служит для двух жизненно необходимых вещей: он убирает из крови основу «фиксируемого воздуха», избыток которого крайне вредит здоровью; а теплота, образующаяся в легких в результате этого процесса, восполняет постоянную потерю тепла, которую мы испытываем из-за атмосферы и окружающих нас тел».

Совместные опыты с Лапласом были закончены в 1784 году, однако Лавуазье продолжал интересоваться деталями горения, которое поддерживало постоянную температуру тела теплокровных животных. Его не устроило небольшое расхождение в расчетах количества теплоты, полученных в результате измерения растаявшего льда и выделенного морской свинкой С0₂. В 1789 году, после публикации «Элементарного курса химии», Лавуазье снова вернулся к этим исследованиям, однако его совсем не удовлетворяли опыты со свинками. Он хотел знать, как происходит этот процесс у человека. И тогда он провел новую серию опытов с Арманом Сегеном, которому тогда был 21 год. В этих опытах молодой человек был и помощником Лавуазье, и его подопытным кроликом.