Если бы люди принимали успехи истинной науки ближе к сердцу, нежели свои личные интересы, тогда можно было бы легко доказать им, что они оказывали бы миру величайшие услуги, если бы посвятили все свои силы производству опытов, собиранию наблюдений и не устанавливали никаких теорий, не проверивши предварительно их справедливость путем опытным.

Роберт Бойль  

 

6.1. Научная революция в физике и астрономии

Несмотря на ту ощутимую пользу, которую принесла ятрохимия в XVI–XVII вв., в определенной степени она служила и помехой для дальнейшего развития химической науки. C одной стороны, ятрохимия боролась со схоластическим подходом в научном познании, пыталась вывести химические исследования из замкнутого круга алхимической концепции и расширить объем фактических знаний о жизненно важных соединениях; с другой — она стремилась уложить всю совокупность проблем, стоящих перед химией, в прокрустово ложе фармакологических и медицинских исследований. Многие ученые XVI–XVII вв. избирали путь практического внедрения в жизнь достижений химии, однако в тот период ни прикладная, ни техническая химия не могли еще сформулировать, а тем более решить, глобальных фундаментальных теоретических проблем, стоящих перед этой отраслью естествознания.

Необходимо подчеркнуть, что при достаточно динамичной эволюции в XVI–XVII вв. химия в определенном отношении отставала от уровня развития других естественных наук, особенно от физики и астрономии. Одной из наиболее ощутимых причин такого отставания историки науки называют отсутствие в химических исследованиях того времени строгих количественных измерений. Революционные по своей сути выводы о строении Солнечной системы, расширившие и углубившие воззрения Н. Коперника (см. гл. 5, п. 5.1), были сделаны выдающимися астрономами XVII в. — Тихо Браге, Джордано Бруно, Иоганном Кеплером и Галилео Галилеем. К 1604 г. Галилей уже имел математические доказательства вращения Земли. Наблюдения, сделанные при помощи тридцатикратного телескопа, позволили итальянскому ученому утверждать, что Солнце вращается вокруг своей оси. Сокрушительный удар по геоцентрической теории с ее равномерным круговым движением нанес немецкий астроном Иоганн Кеплер. Основываясь на наблюдениях Тихо Браге, Кеплер продолжил изучение движения планет. Систематизация результатов проведенных наблюдений позволила ему открыть законы движения планет, известные сегодня как «законы Кеплера».

Галилео Галилей (1564–1642)

C именем Галилео Галилея связывают зарождение научной методологии конкретного уровня. До исследований Галилея в физике существовали методы и методологические представления, определяемые философской системой Аристотеля. Итальянскому ученому удалось преодолеть недостатки физики Аристотеля, что привело к формированию новой механистической методологии, которая господствовала в науке вплоть до начала XX в. Галилео Галилей доказал необходимость тщательных измерений и математической обработки данных физического эксперимента. По Галилею, научное познание должно основываться на тщательно спланированном и точном эксперименте — как мысленном, так и реальном. Для реального эксперимента необходимо непосредственное изменение условий возникновения явлений и установление между ними закономерных причинно-следственных связей, обобщаемых посредством математического аппарата.

Одновременно с астрономическими исследованиями Галилей смог заложить основы механики, ставшей фундаментом для построения теории тяготения И. Ньютона. Развитие некоторых идей Г. Галилея можно проследить в работах Рене Декарта (см. гл. 5, п. 5.4). Сочинение французского ученого «Рассуждение о методе» оказало заметное влияние на становление философского фундамента научного познания Нового времени.

Безоговорочный триумф количественного подхода к физическим исследованиям связан с именем Исаака Ньютона. В своей книге «Начала математики» («Principia Mathematica»), опубликованной в 1687 г., Ньютон завершил разработку основ механики, сформулировав три закона движения. На базе этих законов в последующие два столетия развивалась классическая механика. При выведении закона тяготения И. Ньютон применил теорию чисел — новую и мощную область математики, которую он сам и разрабатывал. Как указывают многие историки науки, при Ньютоне научная революция в физике и астрономии достигла своей высшей точки. Авторитет древнегреческих теорий был заметно поколеблен. Ученые Западной Европы «намного превзошли достижения античных философов и математиков, поэтому можно было больше не оглядываться назад». В химии же переход от простого качественного описания к тщательному количественному измерению произошел лишь спустя много лет после открытий, сделанных Галилео Галилеем, Рене Декартом и Исааком Ньютоном.

Исаак Ньютон (1643–1727) 

 

6.2. Зарождение пневматической химии (химии газов)

На заре Нового времени химия как самостоятельная отрасль естествознания оказалась несколько в стороне от общенаучной программы той эпохи, которая была ориентирована на построение механической картины мира, на девальвацию качества и изучение однородного материала.

Практически в умах химиков XVI–XVII вв. соперничали три теоретические концепции. Во-первых, были еще очень сильны позиции традиционного алхимического учения, что накладывало отпечаток не только на интерпретацию результатов опытов (например, в виде утверждений об экспериментальных доказательствах трансмутации), но и на образ мышления в целом. Во-вторых, с развитием прикладной химии и зарождением основ химического анализа появились и стали усиливаться новые воззрения — эмпирическая концепция предсуществующих элементов, сформировавшаяся именно в результате осмысления результатов экспериментальных исследований. В-третьих, можно отметить усиление позиций корпускуляристского учения, получившего распространение в результате возрождения атомизма.

Выбор дальнейшего пути развития химии фактически зависел от сложных взаимоотношений между элементаристской и корпускуляристской концепциями. В химии XVIII в. преобладала первая доктрина, поскольку именно она в наибольшей степени соответствовала уровню развития экспериментальных исследований. Необходимо отметить, что многие сторонники элементаристской концепции не отрицали факта существования атомов или корпускул, но воспринимали их лишь как абстрактную «структурную» единицу тел. В таком понимании атом уже не рассматривали в качестве объекта химических превращений, а следовательно, и объекта химических исследований. Химия, как отмечал французский ученый Николя Лефевр, оставляла вне поля зрения недоступные опыту малые части и устремлялась «к сущностям видимым и осязаемым».

Хотя и медленно, химия все же продолжала движение вперед. Во времена Г. Галилея в методологии химической науки наметились определенные приметы грядущих революционных перемен. Так, упоминаемый ранее И.Б. Ван Гельмонт (см. гл. 5, п. 5.2) первым среди ученых-химиков стал изучать газообразные вещества, образующиеся в процессе некоторых реакций; не имеющие постоянного объема и формы, они напомнили Ван Гельмонту греческий «хаос» — бесформенное и беспорядочное вещество первоздания, из которого, согласно древнегреческой мифологии, был создан космос. Благодаря изменениям, вызванным фонетикой фламандского языка, слово «хаос» стали произносить как «gas» или «gaz». Газ, образующийся при горении дерева, а также при брожении молодого вина, Ван Гельмонт назвал «лесным газом» (gas sylvestre) и изучал с особой тщательностью. При изучении углекислого газа и других газообразных веществ как простейшей формы материи голландским ученым впервые была использована техника точных измерений, которая, в конечном итоге, привела в мир современной химии.

Вдохновленные новой методологией естествознания, ученики и последователи Г. Галилея обратили свое внимание на изучение воздуха и других газов. В 1643 г. итальянский физик Эванджелиста Торричелли сумел доказать, что воздух оказывает давление. По-видимому, первым, кто выступил с утверждением о существовании атмосферного давления, был «философствующий о природе и смеющийся над Аристотелем и всеми перипатетиками» Джованни Батиста Бальяни (1582–1666). В частности, он писал: «Мы погружены на дно безбрежного моря воздушной стихии, которая, как известно из неоспоримых опытов, имеет вес, причем он наибольший вблизи поверхности Земли…».

C изобретением манометра газы стали казаться менее загадочными. Появились предположения, что, подобно жидкостям и твердым телам, газы имеют массу и отличаются лишь гораздо меньшей плотностью. Немецкий физик Отто фон Герике изобрел воздушный насос и убедительно доказал, что атмосферный воздух имеет массу. В 1654 г. он продемонстрировал опыт с «магдебургскими полушариями»: соединив два медных полушария, откачал из полученного сосуда воздух. Атмосферный воздух давил на полушария и удерживал их вместе, так что их не могли разъединить упряжки лошадей, изо всех сил тянувшие полушария в разные стороны, когда же фон Герике впускал в сосуд воздух, полушария распадались без внешних усилий.

Успехи ученых-физиков в изучении воздуха и атмосферного давления вдохновили представителей химической науки продолжить изучение газов, начатые еще И.Б. Ван Гельмонтом. Одним из химиков, проявивших интерес к изучению газов, стал Роберт Бойль.

 

6.3. Роберт Бойль

Роберт Бойль (1627–1691)

В процессе эволюции химической науки второй половины XVII в. выдающуюся роль сыграл ирландский химик Роберт Бойль. Как отмечает М. Джуа, «в истории науки редко встречаются такие мыслители, как Роберт Бойль, в котором выдающиеся способности к аналитическому мышлению сочетались с даром наблюдательности и искусством экспериментатора».

Как считают многие биографы Роберта Бойля, его воззрения на проведение научных исследований сформировались под воздействием взглядов английского философа Френсиса Бэкона (см. гл. 5, п. 5.4), поэтому наблюдение у Бойля скорее относится к эмпирическому методу познания, в то время как эксперимент он считал проявлением рационального подхода. Тем не менее нельзя отрицать, что при изучении газов Бойль пользовался методологией, предложенной Галилео Галилеем. В силу объективных причин, обусловленных уровнем развития химии того времени, Бойль не был настолько подготовленным, особенно математически, чтобы использовать в полной мере галилеевский метод в химии. Если бы ему это удалось, исследования ирландского ученого, возможно, смогли бы предвосхитить труды А.Л. Лавуазье (см. гл. 6, п. 6.5) и Джона Дальтона (см. гл. 8, п. 8.3). Однако научная доктрина Р. Бойля во многом еще не выходит за рамки абстракции, в ней можно увидеть идейное влияние основателей Королевского научного общества, в особенности Дж. Глэнвиля, мировоззренческий анимизм которого хорошо заметен в его труде «Научный скептицизм» (1665).

В научной деятельности Роберта Бойля обычно выделяют три составные части:

а) физические исследования;

б) химические исследования;

в) разработка основ корпускулярной теории.

Первый аппарат для перегонки в вакууме, сконструированный Р. Бойлем

Эксперименты с газообразными веществами, успешно осуществленные представителями физической науки, увлекли Бойля. Освоив методику откачивания воздуха из сосуда, он сумел осуществить обратный эксперимент — сжатие воздуха. В результате проведенных количественных экспериментов он установил обратную зависимость объема воздуха от величины внешнего давления — pV = const. Первое сообщение об этом законе было опубликовано в 1662 г. Роберт Бойль не оговаривал особо, что его закон справедлив только при постоянной температуре. Французский физик Эдм Mapuomm независимо от Бойля открыл этот закон в 1676 г. Он особо подчеркивал, что изученная зависимость объема газа от давления наблюдается только при постоянной температуре. Закон Бойля-Мариотта явился первой попыткой применить точное измерение при выяснении причин изменения веществ.

Роберт Бойль имел совершенно особый взгляд на цели и задачи химических исследований. Он считал химию наукой, способной добиться истинной самостоятельности. «Химики до сих пор руководствовались чересчур узкими принципами, не требовавшими особенно широкого умственного кругозора; они усматривали свою задачу в приготовлении лекарств, в извлечении и превращении металлов. Я смотрю на химию с совершенно другой точки зрения; я смотрю на нее не как врач, не как алхимик, а как должен смотреть на нее философ» — утверждал P. Бойль.

Большое значение для дальнейшего развития химии имели начатые Р. Бойлем исследования фосфора. Занимаясь получением фосфора, он пришел к открытию ортофосфорной кислоты и фосфина PH3. Кроме количественного изучения различных химических процессов, Бойль систематически использовал некоторые реакции для распознавания веществ. Подобно многим химикам XVII в. ирландский ученый в своих химических исследованиях применял анализ веществ с помощью огня (analysis by fire). Изучая явления термического разложения веществ,

Бойль усомнился в том, «что тело разлагается огнем на свои ингредиенты, предполагаемые простыми…». Он находил все больше подтверждений тому, что образующиеся при прокаливании веществ «субстанции на самом деле не являются подлинными и настоящими элементами, а произведены акцидентально огнем, который, рассыпая тело на мельчайшие части (особенно если они находятся в замкнутых сосудах), вынуждает их соединяться друг с другом, но уже иначе, чем раньше…». Огонь как инструмент анализа «в большинстве случаев не разлагает тело на гипостатические начала, но лишь образует из этих частей новые структуры». Анализируя результаты проведенных экспериментов, Р. Бойль высказал догадку, что в процессах прокаливания принимает активное участие какая-то составная часть воздуха.

Фронтиспис книги Р. Бойля «Новые опыты» с изображением воздушного насоса 

Понимая, что в результате термической деструкции могут образовываться продукты вторичных процессов, ирландский ученый занимался поиском других методов анализа: например, экстракционных или индикаторных. В хронологии важнейших событий и открытий в химии 1654 год отмечен введением Робертом Бойлем термина «химический анализ» {164} . По всей видимости, исследования, которыми P Бойль занимался в своем замке в Стэлбридже с 1645 г., и заложили основы современной аналитической химии. В этот период своей деятельности он увлеченно изучал реакции кислот и щелочей с индикаторами, процессы разложения, осаждения и идентификации веществ. В апреле 1652 г. Бойль вынужден был покинуть имение Стэлбридж и направиться в родовой замок графов Корк в Ирландию. Незадолго до этого в семье P Бойля произошла трагедия: его отец граф Ричард Корк погиб в сражении с армией Кромвеля. В апреле 1654 г. ирландский ученый написал из Корка Фредерику Клодию письмо, в котором содержались такие слова: «Поскольку я не имею колб и печей, чтобы выполнять химические анализы неживых объектов, я упражняюсь в анатомировании животных».

Весь последующий ход эволюции химических знаний показал, что введение P. Бойлем нового термина «химический анализ» оказалось необходимым и своевременным. Этот термин явился своего рода лозунгом, вокруг которого многие ученые координировали свои исследования, направленные на изучение «составных частей сложных тел», что, в конечном итоге, привело к становлению новой научной дисциплины — аналитической химии.

Существенный вклад в развитие химического анализа внесло первое систематическое описание индикаторов, данное P. Бойлем в книге «Опыты и рассуждения о цветах» (1664), хотя отрывочные сведения об этом можно встретить в более ранних работах. Первым индикатором, который P. Бойль использовал в своих опытах, был настой сандалового дерева Lignum nephriticum. Значительно позже было обнаружено, что первый индикатор Бойля был флуоресцентным. В качестве кислотно-основных индикаторов Бойль применил доступные экстракты пигментов растительного происхождения — лепестков фиалок, васильков, роз, цветов деревьев, а также некоторых ягод. Уместно напомнить, что некоторые их этих экстрактов применяли еще древние греки (см. гл. 2, п. 2.4). Кроме того, он первым применил неорганический индикатор, содержащий ион [Cu(NH3)4]+, который имел синее окрашивание в щелочной среде и был бесцветным в кислой. В своей книге Бойль описал heliotropium tricoccum, который впоследствии получил название лакмуса и стал одним из распространенных кислотно-основных индикаторов.

Роберт Бойль существенно усовершенствовал лабораторное оборудование, ввел в лабораторную практику градуированные приборы для измерения объемов газов и жидкостей, а также весы (хотя и невысокой точности — от 1 до 0,5 грана, т.е. 60–30 мг)) и усовершенствовал способ взвешивания. Р. Бойль начал разрабатывать сероводородный метод качественного анализа химических элементов.

В 1661 г. Бойль опубликовал свою книгу «Химик-скептик» («The Sceptical Chymists») сначала анонимно, а позднее и под своей фамилией. Не удивительно, что в названии своей книги автор сознательно опустил первый слог в слове «алхимия». Этим поступком ирландский ученый подчеркнул, что подлинное развитие химической науки возможно лишь в том случае, если традиционные алхимические доктрины окажутся окончательно отвергнутыми. По мнению целого ряда историков, в том, что в дальнейшем эта отрасль естествознания стала называться химией, а специалисты, работающие в этой области, — химиками, далеко не последнюю роль сыграли авторитет Роберта Бойля и его научные заслуги.

Как свидетельствуют биографы, мировоззрение ирландского ученого формировалось под влиянием трудов П. Гассенди (см. гл. 5, п. 5.4) и его английского последователя У. Чарлтона. В книгах П. Гассенди и У. Чарлтона подробно обсуждалось учение Эпикура. Мысль о союзе химиков и сторонников корпускулярного учения проходила лейтмотивом через все натурфилософские сочинения P. Бойля. Именно здесь, в точке пересечения атомистической и химической традиций рождалась новая наука.

В последующих книгах P. Бойль изложил содержание своей корпускулярной теории, которая представляла по своей сути атомистическое учение и стремилась опереться на химические факты, хотя некоторые идеи, в частности, об универсальности материи, общей для всех тел и непроницаемой, ему пришлось заимствовать у античных философов. По Бойлю, все тела образованы этой универсальной материей, которая обладает тремя основными свойствами — формой, величиной и движением. Среди свойств или акциденций материи самую важную роль Бойль отводил движению. Как акциденции, так и корпускулы у Бойля подвержены определенной иерархии: они могут быть первого и второго порядка. Первичные корпускулы (minima или prima naturalia) и есть по своей сути непосредственные начала тел различных видов. При объединении корпускул первого порядка образуются конгломераты или сложные составные тела (primitive cluster или prima mixta), из которых могут образовываться различные смеси веществ. Эти вторичные образования играли в учении Р. Бойля важнейшую роль. В качестве структурных единиц макротел ирландский химик рассматривал именно конгломераты первичных корпускул, характеристики которых — величина, форма, структура и движение определяли качественную индивидуальность каждого тела. Каждому конкретному виду корпускулярного движения у Бойля соответствовал определенный набор других характеристик частиц, что в итоге и определяло совокупность свойств макротела.

По мнению Бойля, изменение свойств вещества при протекании химических превращений представляло собой модификацию типа движения, а следовательно, и других характеристик конгломератов в результате их внутренней перестройки или дополнительного объединения с другими корпускулами и распада этих объединений. Такая точка зрения позволила ирландскому ученому объяснить возможность осуществления трансмутации, но не алхимической (оперирующей с абстрактными элементами-принципами), а осуществляемой путем механического изменения внутренней «структуры» тела, вследствие которого исчезают одни свойства и возникают другие.

В теории Р. Бойля движущей силой объединения корпускул выступает особого рода сродство их друг к другу. Ученый пришел к выводу, что корпускулы и их конгломераты, из которых образованы тела, остаются неизменными при различных превращениях этих тел. Например, растворив в азотной кислоте серебро, ртуть или медь, можно снова получить из растворов исходные металлы. Однако он не считал это требование абсолютным, поскольку не настаивал с полной определенностью, что конгломераты корпускул обязательно входят в состав макротел, не теряя собственной природы.

Свою корпускулярную концепцию Р. Бойль использовал для объяснения различного агрегатного состояния вещества. Согласно его представлениям, газообразное состояние, характерное главным образом для воздуха, обусловлено присутствием частиц самой разнообразной формы, что и определяет упругие свойства газов; корпускулы жидкостей соприкасаются только в немногих местах своих поверхностей и поэтому обладают некоторой свободой движения, в твердых же телах частицы соединены между собой настолько прочно, что не могут перемещаться — твердое состояние возможно благодаря плотности корпускул, нахождения их в состоянии покоя и сближенности.

При желании в понятиях частиц материи minima или prima naturalia Р. Бойля можно увидеть и элементарные частицы — протоны, нейтроны и электроны, которые образуют атомы, подобно тому, как, по его мнению, они образовывали кластеры. Разумеется, что Бойль не мог знать об электромагнитной природе взаимодействия частиц, более того, он писал свои труды до того, как был сформулирован Ньютоном закон всемирного тяготения (1687), однако он рассматривал взаимодействия частиц с позиций гравитационного взаимодействия. Корпускулярная теория Р. Бойля демонстрирует попытку связать механико-материалистическое понимание природы с атомистическими представлениями о строении материи. Существует мнение, что в Новое время познавательная деятельность человека отождествлялась с конструирующей {171} . В этих условиях природа уподоблялась гигантскому часовому механизму, поэтому у Р. Бойля представления о строении вещества позволяют распространить методы изучения макрообъекгов на микромир. По мнению ирландского ученого, химик прежде всего является микромехаником.

Попытка Р. Бойля объяснить природу макроскопических свойств веществ и их изменения в химических превращениях с позиций корпускулярной концепции имела для химии чрезвычайно важное методологическое значение. Такое объяснение впервые наполнило понятие качества или свойства макротела реальным физическим содержанием, представив его не «как нечто, имеющее неизвестное происхождение и изначально присутствующее в теле, а как результат определенного внутреннего устройства вещества.

Исследования Р. Бойля способствовали сближению химии и физики. Наметившийся союз двух отраслей естествознания существенным образом изменял представления о химии как о разделе медицины и в перспективе способствовал ее становлению как самостоятельной науки (см. Приложение).

Основные принципы корпускулярной теории Р. Бойля для того времени были, безусловно, прогрессивными, однако одной лишь их констатации оказалась недостаточно для построения подлинно научной теории. Концепция Бойля носила во многом абстрактный характер и не могла наметить экспериментальных путей для определения характеристик первичных корпускул и их конгломератов. В силу объективных причин, Бойль не смог использовать в своей теории стержневое количественное понятие атомной массы. Именно отсутствие количественных принципов определения атомных масс элементов не позволило корпускулярным воззрениям Р. Бойля превратиться в целостное научное учение экспериментальной химии.

Исследование Р. Бойлем процесса окисления показывает, как сложно было в то время объяснять полученные экспериментальные факты, исходя из имеющихся теоретических представлений. По его предположению, увеличение массы металлов при прокаливании происходит за счет того, что в металл проникают «огненные» частицы. Бойль искал объяснение этому явлению с атомистических позиций, но не смог установить связь между потреблением воздуха и явлением увеличения массы металла при его окислении.

К объяснению сути химических процессов Р. Бойль попробовал подойти, пытаясь переосмыслить понятия об элементе. Исходя из анализа накопленных экспериментальных данных, ирландский химик ставил задачу опровергнуть представления о неделимости известных элементов Аристотеля и трех начал арабской алхимии и Парацельса.

Свои взгляды на природу элементов он изложил в книге «Химик-скептик», которая была написана в форме беседы четырех вымышленных ученых. Корнеад, названный по имени древнегреческого ученого и оратора, отстаивал корпускулярную теорию автора книги; Фемист выступал как последователь учения Аристотеля, а Филопон разделял взгляды Парацельса. И, наконец, Элевтерий (греч. «вольный», «независимый») играл роль беспристрастного судьи.

Подавляющее большинство историков химии, от Г.М. Коппа до Дж. Р. Партингтона и Б.М. Кедрова, единодушны в стремлении представить Роберта Бойля автором первого научно обоснованного определения химического элемента как предела разложения вещества. Представители этого направления в истории химии утверждают, что своим отрицанием значения аристотелевских и алхимических элементов, слишком немногочисленных и недостаточных для объяснения всех известных фактов, P.

Бойль показал, что элементы представляют собой неразлагаемые далее составные части тел, которые можно определить практическим путем. После того как это определение было положено в основу объяснения всех химических процессов, оказалось возможным определить «предмет химии как науки, изучающей в первую очередь химические элементы и их соединения».

Титульный лист первого издания книги Р. Бойля «Химик-скептик» (Лондон, 1661) 

Чтобы представить дух того времени, достаточно одного примера: P. Бойль, пытаясь доказать, что тыква не состоит из земли и воды, показал, что земля, на которой росла тыква, не изменилась. C точки зрения Бойля, первостихии в понимании Аристотеля (огонь, вода, земля и воздух) никак не могут быть элементами, а представляют собой сложные составные тела. Многие специалисты уверены, что Роберту Бойлю удалось дать хотя и неполное, но достаточно рациональное определение элемента, которое легло в основу химии того времени.

Иной точки зрения придерживаются Т. Кун, Л. Ланжевен, В.П. Зубов, Ю.И. Соловьев и ряд других исследователей. Существует мнение, что определение химического элемента, аналогичное представленному в «Химике-скептике», впервые вывел французский медик и химик Э. де Клав в 1641 г. Французский ученый писал: «Элементы — суть простые тела, из которых изначально состоят все сложные тела и на которые эти последние в конечном счете разлагаются или могут быть разложены.

Томас Кун считает, что «вербальные определения, подобные определению Бойля, обладают малым научным содержанием, когда рассматриваются сами по себе. Они не являются полными логическими определениями (specifications) значения, но преследуют в большей степени педагогические цели. Научные понятия, на которые указывают определения, получают полное значение только тогда, когда они соотнесены в учебниках или в другой систематической форме с другими научными понятиями, с процедурами исследования. Из этого следует, что понятия, подобные понятию элемента, едва ли могут мыслиться независимо от контекста». Контекстом в данном случае являются новые экспериментальные методы химического анализа, которые развивал Бойль и его современники. Согласно мнению этой группы ученых, Р. Бойль вложил в уста Корнеада определение химического элемента только для того, чтобы доказать, что химические элементы вообще не существуют.

Разобраться в истинности двух противоположных точек зрения довольно сложно. Из анализа основных положений корпускулярной теории очевидно, что теоретические концепции ирландского химика исключали какую-либо возможность существования в природе химических элементов. Детальный анализ многих высказываний Бойля показывает, что он не удовлетворился отрицанием элементов Аристотеля или Парацельса, а поставил вопрос гораздо шире и глубже: «надо ли, вообще, для описания химических явлений вводить представление об элементах?». Бойль-теоретик, последователь кинематического корпуляризма, склонялся к мнению, что конгломераты (prima mixta), определяющие свойства тел, лабильны и разложимы. Следовательно, суть химических процессов можно объяснить без привлечения понятия об элементах.

Как правило, историки науки, изучающие наследие Р. Бойля, не обращают внимания на глубокие противоречия между выводами, логически вытекающими из его корпускулярной теории, и результатами, которые он получал при проведении экспериментальных исследований. Бойль-теоретик был решительным противником идеи об элементах, тогда как Бойль-экспериментатор был вынужден признавать существование неразложимых «субстанциальных форм», которые к тому же не поддавались искусственному синтезу. Представления о существовании некоторых простейших образований, об относительно неизменных компонентах сложных тел в XVII столетии уже составляли необходимый минимум химического мышления. Без этих представлений было уже невозможно обойтись при объяснении химических процессов.

Особый интерес вызывает еще одна точка зрения, возникающая при анализе творческого наследия ирландского ученого, согласно которой, понятие о химическом элементе у Р. Бойля в полной мере не соответствует ни одной из приведенных ранее трактовок. Представления Бойля о химическом элементе вообще не умещаются в одностороннюю схему анализа. Они требуют учета скрытых за этим понятием реальных противоречий в эволюции теоретических представлений в химии.

Жизнь Роберта Бойля была целиком посвящена науке. Он был человеком редкой скромности и доброты, в силу чего избегал личных столкновений и даже уклонялся от научной полемики. Материальная обеспеченность и положение сына аристократа позволили ему получить образование в привилегированной школе Итон вблизи Лондона, затем учиться в Женеве, путешествовать по странам Европы, слушая лекции и знакомясь с учеными. Бойль представлял собой новый тип ученого, который работал в научном сообществе. В Оксфорде он был активным участником научного коллектива, который получил название «Невидимого колледжа» (Invisible College).

Помимо химических экспериментальных и теоретических исследований Р. Бойль принимал непосредственное участие в организации крупных научных сообществ. Расцвет деятельности Бойля совпал с образованием Лондонского королевского общества и Парижской королевской академии наук. Лондонское королевское общество было создано в 1660 г. и утверждено хартией короля Карла II в 1662 г. Бойль, как и большинство участников «Невидимого колледжа», переехал в Лондон, где они стали ядром этой организации. В 1680 г. Бойля избрали Президентом Лондонского королевского общества, однако он от этой почетной должности отказался.

Роберт Бойль прекрасно понимал громадное значение химических знаний для изучения явлений природы и развития ремесел. Наиболее плодотворной для развития химии оказалась его мысль о том, что химические исследования должны быть направлены главным образом на изучение реакций и веществ, которые принимают в них участие. Химия обязана Р. Бойлю не только изучением многочисленных качественных реакций, разработкой аналитических методик, но прежде всего — глубокой постановкой вопроса о характере аналитических процедур, в котором явно различимы исторические корни современной концепции приборного эксперимента.

Если для многих естествоиспытателей XVII столетия химия была лишь искусством, помогающим аптекарям готовить лекарства, а алхимикам — искать философский камень, то для Роберта Бойля она представляла самостоятельную науку со своими собственными задачами и методами. Многие ученые по праву считают Роберта Бойля основателем современных физической и аналитической химии.

В XVII в. накал борьбы между различными теоретическими направлениями за установление «истинной химической философии» был достаточно высок. Без учета противостояния этих учений нельзя дать истинную оценку значения корпускулярной теории Роберта Бойля. В XVII в., кроме Р. Бойля, было много других ученых, поддерживающих атомистические представления. Однако никто из них не смог так близко подойти к современной трактовке некоторых фундаментальных понятий химии и остановиться буквально в нескольких шагах от формулировки подлинно научного атомно-молекулярного учения. Заслуги ирландского ученого перед естествознанием Ф. Энгельс охарактеризовал краткой и емкой формулой: «Бойль делает из химии науку».

 

6.4. Ученые — современники Роберта Бойля

Безусловно, деятельность Бойля наложила отпечаток на развитие всей химии в XVII в. Из современников и сторонников Р. Бойля необходимо назвать Роберта Гука, Николя Лемери и Джона Мэйоу.

Знаменитый впоследствии Роберт Гук в Оксфорде был в числе ассистентов Роберта Бойля.

Еще в 60-х гг. XVII в. Роберт Гук высказывал оригинальные суждения о сути процесса горения.

Роберт Гук (1635–1703)

Джон Мэйоу (1641-1679)

При разработке своей концепции он использовал описания опытов В. Бирингуччо (см. гл. 5, п. 5.4), французского химика и врача Жана Рея, а также опирался на результаты собственных наблюдений, согласно которым масса металлов при обжиге всегда увеличивалась. Анализ всех этих экспериментальных фактов привел Роберта Гука к выводу о том, что в воздухе содержится особая «субстанция», которая способствует горению.

Взгляды Гука разделял его соотечественник Джон Мэйоу, научное мировоззрение которого складывалось под влиянием личности Р. Бойля. Мэйоу продвинулся дальше Гука, признав, что существует прямая аналогия между процессами горения и дыхания. Он полагал, что воздух содержит вещество, необходимое для горения и дыхания. Наблюдая процесс разложения нитратов щелочных металлов при нагревании, он заметил, что выделяющийся при этом «селитряной воздух» (spiritus igneo-aereus или nitro-aereus) может и быть этой загадочной составной частью воздуха. Наблюдая горение в замкнутом пространстве (под стеклянным колоколом, погруженным в воду), Мэйоу установил, что в этом процессе принимает участие лишь приблизительно одна четвертая часть воздуха. (Некоторые исследователи истории химии уверены, что Джон Мэйоу является непосредственным предшественником А.Л. Лавуазье.) Так в сознании английских ученых уже смутно начали проступать догадки о существовании кислорода. К сожалению, ни Р. Гук, ни Дж. Мэйоу не могли подойти к идентификации кислорода и четкому объяснению его свойств по вполне объективным причинам: во-первых, они еще не обладали приборами, которые помогли бы им собрать загадочную субстанцию и изучить ее свойства; во-вторых, английские химики в основном разделяли теоретические представления своего времени. Например, одним из объяснений процесса горения, которое использовал Дж. Мэйоу, было следующее: частицы «селитряного воздуха» в процессах горения «разлагают» металл — они соединяются с частицами соли (несмотря на прогрессивность своих исследований, Мэйоу еще верил, что металл состоит из элементов серы, ртути и соли!), и за счет такого взаимодействия происходит увеличение массы оксида по сравнению с чистым металлом.

Николя Лемери (1645–1715) 

Сторонником идей Роберта Бойля во Франции был Николя Лемери — блестящий преподаватель и популяризатор химии. Ему принадлежит книга «Курс химии» (1675), которая получила широкое распространение благодаря ясности изложения и способу истолкования основных понятий. Николя Лемери определял химию как «искусство разделять различные вещества, которые находятся в смешанных телах». Под «смешанными телами» французский ученый понимал минералы, растения и животных в соответствии с выделением в окружающем мире «трех царств природы». Такая точка зрения о классификации природных объектов в то время была общепринятой в естественных науках. В своих трудах Н. Лемери пропагандировал идеи Роберта Бойля, но не смог придать им сколько-нибудь заметного развития, можно сказать, что деятельность французского ученого главным образом способствовала укреплению положения фармации и распространению химических знаний.

Оборудование химических лабораторий XVII–XVIII вв. Из. Книги Н. Лемери «Курс химии» (Париж, 1756):

A, D — медные водяные бани для перегонки алембиков; В — воронка; C — железная печь; H — перегонная колба на песчаной бане; I, M — шлемы; К — приемник; L — перегонная колба; Р, Q — соединенные сосуды; X — керамическая чашка; Y — ступка 

Еще одним современником Р. Бойля являлся немецкий ученый Иоганн Иоахим Бехер. Его жизнь была достаточно бурной, полной путешествий и приключений. Ему пришлось послужить придворным алхимиком у многих влиятельных европейских князей и государей. Но везде он проявил себя честным человеком, не способным на алхимическое мошенничество. Как пишет М. Джуа, скорее всего И. Бехер был в большей степени романтиком и фантазером, чем скрупулезным химиком-практиком. Немецкий химик модернизировал учение Парацельса о трех принципах и представил свою теорию о трех «землях» или трех видах первоматерии, которые возникают из одной первичной «земли». Свои взгляды он изложил в книге «Подземная физика» (1669). Одна из этих субстанций — «жирная земля» или «горючая земля» (terra pingius) — по смыслу в чем-то соответствует алхимическому принципу сере, однако не совсем идентична ей по своим свойствам. Согласно представлениям Бехера, «жирная земля» содержится во всех горючих веществах или телах, способных к окислению, и выделяется в процессе горения. В отличие от реальной серы, «жирная земля», по Бехеру, является гипотетической субстанцией, которой можно было оперировать при построении различных теорий, не пытаясь обнаружить ее экспериментально. Как считают некоторые историки химии, теорию флогистона следует рассматривать как дальнейшее развитие взглядов И. Бехера.

Иоганн Иоахим Бехер (1635–1682) 

В самом начале XVIII в. Исаак Ньютон (см. гл. 6, п. 6.1) представил свою версию корпускулярной теории. Подобно Р. Бойлю и другим атомистам, Ньютон считал, что все макротела построены из неизменяемых, неделимых, состоящих из единой субстанции и существующих в пустоте корпускул. Однако в отличие от Бойля, главную причину возникновения индивидуальных свойств веществ Ньютон видел в сочетании корпускул за счет особых сил притяжения, действующих на малых расстояниях. Корпускулярная концепция И. Ньютона оказала серьезное влияние на процесс формирования новых представлений о химическом сродстве. Теория английского физика о взаимодействии тел, обусловленном проявлением сил притяжения различной природы, в последующем была взята на вооружение атомистами начала XIX в.

Подводя итог анализа развития химии второй половины XVII в., можнс выделить три концепции генезиса свойств химических соединений, которые функционировали и противоборствовали между собой в то время:

— субстанциалистская — свойства тела определяются особыми сущностями, субстанциальными формами и качествами, способными соединяться с косной и бескачественной материей;

— преформационистская — свойства тела определяются свойствами входящих в него компонентов, т.е. качественным составом соединения (как правило, имелись в виду компоненты элементарной природы);

— корпуляристская — свойства тела определяются характером локальных движений составляющих его корпускул, а также их структурой, размерами и формой (кинематико-геометрическими параметрами кластеров).

Борьба между перечисленными теоретическими концепциями, нацеленными на объяснение природы и свойств вещества, определила практически все существенные особенности развития химии вплоть до начала XIX в.. Однако невозможность последовательно проводить идеи корпускулярной теории и архаичный характер учения о субстанциональных формах заставили химиков обратиться в итоге к преформационистским концепциям. Именно в рамках этой концепции удалось осуществить первую систематизацию соединений по их составу и свойствам.

При всех его недостатках корпускулярное учение Роберта Бойля сыграло в истории химии выдающуюся роль, поскольку из нее постепенно прорастала новая структура химического мышления. Однако при этом нельзя забывать о том, что влияние на последующее поколение ученых Р. Бойля как экспериментатора было намного серьезней, нежели авторитет его теоретических изысканий. Однако в конце XVII — начале XVIII в. химия не пошла по пути, указанному Бойлем и его ближайшими единомышленниками. Главной причиной этого явились вставшие перед химической наукой новые задачи, продиктованные общими тенденциями и темпами развития промышленного производства.

Фронтиспис книги Иоганна Иоахима Бехера «Подземная физика» (Лейпциг, 1738) 

 

6.5. Эпоха теории флогистона

Если бы идеи Роберта Бойля, Джона Мэйоу и Роберта Гука получили в свое время соответствующее экспериментальное и теоретическое обоснование, то процесс эволюции химических знаний в XVIII в. мог пойти в совершенно ином направлении. Однако история распорядилась иначе. Первая химическая теория появилась только на рубеже XVII–XVIII вв. Почти на протяжении целого столетия она владела умами подавляющего большинства ученых-химиков. Ирония истории заключается в том, что в конечном итоге эта теория оказалась ошибочной.

В самом начале XVIII столетия английские инженеры Томас Севери и Томас Ньюкомен разработали первые образцы паровых машин. Эти модели были позднее усовершенствованы шотландским механиком Джеймсом Уаттом, которого считают создателем универсальной паровой машины.

Появление паровой машины ознаменовало начало промышленной революции: человечество теперь имело средство производства во много раз мощнее лошади или быка. Люди перестали зависеть от капризов силы ветра или месторасположения падающей воды, энергию которых они были вынуждены использовать для выполнения тяжелой механической работы.

Не совсем обычное использование огня в паровой машине возродило у химиков интерес к процессу горения. Все предшествующие годы, несмотря на настойчивые попытки западноевропейских алхимиков, ятрохимиков и последователей Роберта Бойля объяснить процессы, протекающие при горении, дыхании и обжиге металлов, сущность этих явлений оставалась неразгаданной и не доступной для экспериментальных исследований.

В конце XVII в. при систематизации экспериментальных фактов химики рассматривали не столько сами вещества, сколько процессы, которые можно осуществить с их помощью. Ученые пытались выявить то общее, что объединяет химические процессы, и установить, что придает телам горючесть. Именно сравнение процессов горения, обжига металлов, а также извлечения металлов из руд и стало отправным пунктом при создании единой теории, охватывающей все явления, относящиеся к превращению материи, которая получила название теории флогистона. Термин флогистон (от греч. φλογistos — горючий, воспламеняющийся) использовали врачи для указания на особое воспалительное состояние органов дыхания. Для немецкого врача и химика Георга Эрнста Шталя — основоположника этой теории, флогистон представлял собой особый флюид — составную часть всех горючих тел, которая выделяется при горении или обжиге. Шталь предложил схему процесса горения, объяснявшую роль флогистона. Основы своих представлений Г.Э. Шталь изложил в 1697–1703 гг., а фундаментальное освещение его взгляды получили в 1723 г. в книге «Основания химии». Согласно Шталю, все горючие вещества богаты флогистоном. При этом флогистон является материальным лишь тогда, когда он находится в сочетании с другими веществами в сложных телах. В процессе горения флогистон улетучивается, а то, что остается после завершения горения, флогистона не содержит и потому гореть не может. Шталь утверждал, что ржавление металлов подобно горению дерева. По его мнению, металлы содержат флогистон, а в ржавчине (или окалине) флогистона уже нет. C позиций теории флогистона был объяснен процесс извлечения металлов из руды, что можно считать первым теоретическим открытием в области химии {195} . По мнению Шталя, руда, которая практически не содержит флогистона, нагревается на древесном угле, весьма богатом флогистоном. Флогистон при этом переходит из древесного угля в руду, в результате чего уголь превращается в золу, бедную флогистоном, а руда обогащается флогистоном и превращается в металл.

Георг Эрнст Шталь (1659–1734) 

Анализ трудов Г.Э. Шталя позволяет сказать, что его взгляды были наиболее близки к эмпирическому элементаристскому направлению. Немецкий ученый считал химическими началами макротел те компоненты, на которые их можно разложить при помощи химических операций (например обжига). Эти компоненты, по мнению Шталя, не являлись элементами, т.е. неразлагаемыми на более простые составные части. Напротив, немецкий ученый полагал, что в результате обжига образуются сложные компоненты, поскольку выделения действительных элементов нельзя добиться химическими способами. Подобно многим химикам конца XVII — начала XVIII в., Шталь придерживался преформационистской концепции о пред существующих в макротелах псевдоэлементах. C позиций современной химии это означает, что Шталь не видел четкого различия между понятиями элемент и химическое соединение.

Сторонники теории флогистона в процессах горения и окисления отводили важную роль воздуху. Он служил переносчиком флогистона, а также «вбирал» его при окислении или горении. Из воздуха флогистон попадал в листья растений, а затем в древесину. При восстановлении флогистон снова освобождался и возвращался к телу, например, к оксиду металла, нагреваемому на куске древесного угля.

На первых порах теория флогистона встретила резкую критику. Ее противники особенно возражали против представления горения и ржавления по сути одним и тем же явлением. Однако Шталь опроверг эти нападки заявлением, что при горении флогистон улетучивается настолько быстро, что нагревает окружающую среду и становится видимым, а при ржавлении флогистон улетучивается медленно, поэтому пламя не образуется. Итак, реакция окисления соответствует потере флогистона, а восстановления — его приобретению. Аналогичным образом при помощи флогистона можно было объяснить процесс дыхания.

В результате работ химиков-флогистиков была сформулирована теория, новизна и отличительные особенности которой состояли в том, что она одновременно и взаимосвязано рассматривала противоположные реакции окисления и восстановления. Теория флогистона позволила качественно объяснить протекание многих процессов, используемых в химических ремеслах и, самое главное, в металлургии, а также оказала влияние на совершенствование методов «экспериментального искусства».

Еще одной отличительной чертой эпохи теории флогистона следует считать бескомпромиссную полемику, которую Шталь и его последователи развернули со сторонниками алхимических представлений. Немецкий ученый осознавал не только бесперспективность, но и явный вред алхимической доктрины, поэтому решительно с ней боролся, стремясь отграничить от нее химию. «Именем алхимии… можно и следует называть, говоря кратко, златоделие, — подчеркивал Шталь. — Напротив, химия обозначает обоснованные, разумные исследования, в результате которых возникают надежные, проверенные фундаментальные знания». Однако стоит отметить, что при всем этом Шталь считал трансмутацию теоретически возможной и лишь ставил под сомнение необходимость изготовления благородных металлов из обычных, считая такой процесс крайне нерентабельным. Своей критикой, основанной главным образом на экономических соображениях, создатель флогистонной теории инициировал кампанию, направленную против алхимиков. В предисловии к немецкому изданию его книги «Основания зимотехники» (1734) Шталь пишет: «Я не берусь оценить вред, который нанесли эти мошенники-алхимики. Позволю себе только заметить, что со времен Парацельса в нашем многоуважаемом отечестве не было ни одной войны, которая бы причинила столько зла, сколько эти люди».

В соперничестве флогистиков с алхимиками сталкивались не только два различных взгляда на протекание химических процессов, но и два основополагающих учения о природе и обществе. Сторонники алхимии защищали свою доктрину с помощью религиозных, мистических, астрологических, каббалистических и магических воззрений, а также опираясь на алхимические традиции и авторитет крупнейших алхимиков прошлого. Более прогрессивные ученые — флогистики считали эксперимент, разум и критическое осмысление наблюдений высшими «судьями», которые и должны были решать, правильна данная теория или ошибочна. Химики-флогистики, деятельность которых отвечала интересам промышленной буржуазии, одержали победу над алхимиками прежде всего потому, что им удалось преодолеть ограниченность алхимических представлений, эмпирических, с одной стороны, и сугубо умозрительных — с другой.

Однако нельзя забывать, что противникам алхимии приходилось вести борьбу в условиях, когда феодальные общественные отношения в Европе были еще достаточно прочными. Эта проблема отчетливо просматривается, например, в первом учебнике «флогистонной» химии И. Юнкера «Полное руководство по химии» (1749). Юнкер стремился дать общую оценку алхимии. Но так как он не мог привести неопровержимых доказательств ложности учения о трансмутации, то выступал в качестве «благоразумного и пытливого» ученого, который хотел бы использовать алхимический опыт для расширения своих знаний о химии. Правда, Юнкер замечал, что еще предстоит проверить достоверность этого опыта. Он считал, что процессы трансмутации могут быть использованы для совершенствования химических теорий, если «действие тинктур поможет объяснить нам состав и особенности строения металлов». Представление о превращении неблагородных металлов в благородные, по мнению Юнкера, полезно, поскольку оно позволяет, в частности, рассмотреть процесс «улучшения металлов». По словам Юнкера, он написал свой учебник не для тех, кто говорит, что хочет познать «высокие тайны алхимии и философии, а на самом деле стремится к общепочитаемому золоту», а для тех, «кто стремится к истине — несравненно более ценному и вечному идеалу, чем золото». Несмотря на то что Юнкер признавал возможность трансмутации, он критиковал многие сочинения алхимиков Средневековья за их мракобесие, бессмысленность, неясность, суеверные суждения, болтовню о «семенах золота». Алхимики, по мнению Юнкера, написали «лживые и фальшивые книги», чтобы «водить за нос легковерных». Выступая против «алхимической чумы» или «сумасшествия», он говорил, что не следует испытывать даже малейшей надежды на успех, работая в этом направлении.

В своем учебнике И. Юнкер иронизировал над доверчивыми адептами и всячески отговаривал их от занятий алхимией. Не без сарказма он замечает: чтобы добиться успеха в поисках философского камня, алхимик должен обладать выдающимися «человеческими и сверхчеловеческими качествами», ну а поскольку такие качества простому смертному вряд ли присущи, следовательно, этот камень не дано найти никому. Таким же образом Юнкер критиковал тех врачей и алхимиков, которые пытались создать универсальное лекарство. Он считал невозможным, чтобы та же субстанция, которая «изгоняла бы болезни из человеческого тела или в кратчайшее время исцеляла бы внутренности, восстанавливая те их части, которые поразила болезнь … могла бы обладать вдобавок и той силой, чтобы превращать в золото неблагородные металлы».

Г.А. Гофман, который написал одну из первых книг по практической химии, критиковал алхимиков за то, что они призывали «отдавать значительно больше уважения старинным химическим знаниям». «Химические теории, — писал Гофман, — как и другие научные знания и искусства, ценятся независимо от их возраста, старинные они или новые. Но при этом отнюдь не следует утверждать, как это делают многие, что самые ценные и неоспоримые химические знания были накоплены в древности египтянами, халдеями, евреями, вавилонянами… Некоторые алхимики придерживаются высокого мнения о себе в связи с тем, что их искусство, дескать, имеет весьма почтенный возраст. Поэтому они стараются доказать, что алхимия возникла едва ли не во времена сотворения мира. В этом не было бы необходимости, если бы алхимия в наши дни приносила хоть какую-нибудь пользу». Давая историческую оценку попыткам алхимиков получить философский камень, Гофман писал: «В те мрачные времена нетрудно было прослыть за многознающего. Кто объявлял, что может делать золото, вызывал у людей преклонение своей ученостью… Простое обладание 10000 талерами само по себе заставляло считать, что их обладатель умен, а 100000 талерами — очень умен. Золото могло убедить в чем угодно».

В середине XVIII столетия капиталистические общественные отношения в Западной Европе развивались быстрыми темпами. Как ученые, так и владельцы мануфактур все яснее осознавали необходимость непосредственного применения химических знаний в производстве. Последователи теории флогистона понимали, что алхимики со своими эмпирическими и умозрительными обобщениями, тратившие массу сил и средств в погоне за недостижимыми целями и несбыточными иллюзиями, отвлекали интеллектуальные и материальные ресурсы общества от решения насущных задач, и тем самым тормозили прогресс науки. Магия, астрология, вера в существование призраков и чудеса постепенно уступали место научному анализу материального и духовного мира.

Среди немецких ученых-флогистиков, решительно выступавших против алхимии, особое место занимал аптекарь и химик Иоганн Христиан Виглеб. В 1777 г. он опубликовал книгу «Историко-критическое исследование алхимии, или воображаемого искусства получения золота». От других аналогичных работ это произведение отличается обоснованностью, последовательностью и ясностью изложения основных концепций. C помощью исторического анализа Виглебу удалось доказать, что основные представления алхимиков и большая часть их экспериментов оказались бесплодными. Он считал возможность опытной проверки важнейшим критерием правильности химических теорий и ценности исследований. В подкрепление своего вывода он приводил китайское изречение: «Сомнение есть начало науки: кто ни в чем не сомневается, тот не пытается ничего проверить; кто ничего не проверяет, тот ничего и не откроет; кто ничего не открывает, тот слеп и останется слепым».

Иоганн Христиан Виглеб (1732–1800)

Виглеб подробно исследовал «гнилое дерево» алхимических заблуждений. Разбирая сначала лишь некоторые его «ветви», затем «ствол» и, наконец, «корни», Виглеб полностью опровергал возможность трансмутации. Он критически относился к утверждениям всех «алхимических» кумиров и к историческим свидетельствам об их успехах, вскрывал ошибочность всех их теорий, а также ложность доказательств.

Несмотря на все трудности концептуального противостояния, сторонникам теории флогистона удалось одержать решительную победу над алхимиками. Это еще раз подчеркивает, насколько насущным и необходимым явился поиск новых, прогрессивных направлений в химических исследованиях. Эти новые направления были необходимы не только для развития производства, но для совершенствования экспериментальной базы и создания химических теорий. По словам Ф. Энгельса, «химия освободилась от алхимии посредством флогистонной теории».

Последователям флогистонной теории, среди которых наиболее известными учеными были К. Нейман, И.T. Эллер, И.Г. Потт и А.С. Маргграф, приходилось сражаться одновременно на разных идеологических фронтах. С одной стороны, им приходилось отбивать контратаки сторонников алхимических воззрений, а с другой — противостоять критическим высказываниям в адрес самой флогистонной теории со стороны других крупных ученых-химиков. Одним из наиболее решительных противников теории флогистона был знаменитый голландский врач Герман Бургаве. Однако имеющихся у него критических сомнений было не достаточно, чтобы поколебать теорию флогистона. В противоположность господствующему тогда мнению Бургаве утверждал, что между веществами, не сходными друг с другом, имеется большое стремление к химическому соединению. Современники высоко ценили

Г. Бургаве за удивительное лекторское искусство и энциклопедическую эрудицию. В 1732 г. он издал большой трактат «Основания химии» («Elementa chymiae»), в котором с поразительной четкостью представил систематизацию известных к тому времени фактических знаний по химии. Как пишет М. Джуа, ясная логика и четкость изложения, присущие работам всех без исключения выдающихся голландских химиков, живших в более позднее время: X. Вант-Гоффа, X. В. Розебома и других, явились продолжением той замечательной традиции, которую заложили книги Г. Бургаве. Полемизируя с приверженцами теории флогистона, Бургаве, правда со многими оговорками, склонялся к мысли, что трансмутации в принципе возможны. Он с почтением относился к авторитетам и считал маловероятным, чтобы все доказательства успехов алхимии за всю ее многовековую историю были сплошной мистификацией. Бургаве подчеркивал, что алхимией занимались многие именитые и эрудированные ученые, поэтому, учитывая лишь несовершенство человеческих знаний, нельзя с уверенностью утверждать, что занятия алхимией были непрерывной цепью обманов и фальсификаций.

Герман Бургаве (1668–1738)

Лекция Г. Бургаве в Лейденском университете. Гравюра XVIII в. 

Несмотря на критику, теория флогистона завоевывала все новых и новых сторонников. К 1780 г. она была принята европейскими учеными практически повсеместно, поскольку позволяла давать четкие и однозначные ответы на многие вопросы химиков-экспериментаторов, хотя одну проблему ни Шталь, ни его последователи разрешить не могли. Утверждение, что в реакциях горения или ржавления теряется флогистон,

противоречило твердо установленному экспериментальному факту — при обжиге металлов происходит увеличение их массы. Сам основатель теории флогистона не придавал этому факту большого значения, а его последователи, чтобы предупредить возражения, стали приписывать флогистону отрицательную массу.

Идея об отрицательной массе флогистона, по всей видимости, впервые была высказана Пьером Жозефом Макером, которого считают одним из наиболее ревностных сторонников этой теории среди французских ученых. Наиболее известными сочинениями П.Ж. Макера является «Химический словарь» (1766) и «Основания практической химии» (1751).

В «Химическом словаре» французский ученый высказал свои теоретические соображения, которые в определенной степени созвучны некоторым положениям Р. Бойля. Согласно идее Макера, сложные вещества построены из основополагающих принципов (principiate principles), которые различаются степенью простоты и подчиняются строгой иерархии.

Пьер Жозеф Макер (1718–1784) 

В теории П.Ж. Макера материальные сущности, которые не могут быть далее расчленены на составляющие части, следует рассматривать как простые и называть первичными принципами; вторичные принципы образуются в результате объединения первичных принципов, принципы третьего порядка — это те, которые составлены из вторичных принципов, и так далее.

Уловка с отрицательной массой флогистона для приспособления теории к экспериментальным фактам ярко демонстрирует, насколько мало химические исследования даже в XVIII в. прониклись духом значимости точных измерений. Теория флогистона хорошо объясняла причины изменения внешнего вида и свойств веществ, а изменения массы, как считали в то время многие химики, не так уж и важны. Необходимо отметить, что теорию флогистона для объяснения своих открытий привлекали такие великие химики XVIII в., как Джозеф Блэк Генри Кавендиш, Джозеф Пристли и Карл Вильгельм Шееле (см. гл. 6, п. 6.6).

Возникновение теории флогистона и развитие «экспериментальной философии» можно считать одним из проявлений духа Просвещения в химии. Все это, в конечном счете, способствовало становлению химии как самостоятельной науки. Теория флогистона очень показательна в плане особенности понимания химического мышления, состоявшей в переходе от алхимического и натурфилософского восприятия веществ и их превращений к научному мировоззрению.

Г.Э. Шталь считал флогистон наилегчайшей материальной субстанцией (а не качеством), и в его взглядах чувствовалось характерное для сторонников элементаристского направления принятие зависимости свойств тела от его состава. Тем не менее среди флогистиков была еще довольно сильна традиция выведения состава тела из его свойств: если вещество горит — значит, оно содержит горючую материю. Таким образом, в теории флогистона осталось представление о горении как о процессе распада, а не соединения, доставшееся «в наследство» от античных натурфилософов и алхимиков.

При том что во второй половине XVIII в. теория флогистона получила весьма широкое распространение во многих странах Европы, необходимо признать существование немалочисленной группы химиков-эклектиков, которые, хотя и не разделяли ее идей, тем не менее не принимали участия в ее последовательной критике. Деятельность этих ученых способствовала прогрессу главным образом экспериментальной химии. Наиболее заметными фигурами в этой группе были профессор медицины университета в Галле Ф. Гофман, французские химики Э.Ф. Жоффруа и А.Л. Де Монсо, а также итальянские ученые Я.Б. Беккари и Дж. Б. Беккариа.

Наибольший интерес для истории химии представляют работы Этьена Франсуа Жоффруа. Опубликованная в «Записках Парижской академии наук» его знаменитая «Таблица различных соотношений» (1718) явилась результатом размышлений автора над проблемой химического сродства. Эта таблица имеет большое историческое значение и заслуживает упоминания в контексте эволюции химических символов, используемых для обозначения элементов, простых веществ и химических соединений.

Таблица соотношений, наблюдаемых между различными веществами Э.Ф. Жоффруа (1718):

1 — кислые спирты (кислоты);

2 — кислота морской соли (соляная);

3 — селитряная (азотная) кислота;

4 — купоросная (серная) кислота;

5 — нелетучая щелочная соль (поташ, сода); 6-летучая щелочная соль (аммиак);

7 — поглощающая земля;

8 — металлические вещества;

9 — ртуть;

10 — королек сурьмы;

11 — золото;

12 — серебро;

13 — медь;

14 — железо;

15 — свинец;

16 — олово;

17 — цинк;

18 — галмей;

19 — ископаемая сера;

20 — маслянистое (серное) начало;

21 — уксусный спирт (кислота);

22 — вода;

23 — соль;

24 — винный спирт или горючие спирты

 

6.6. Открытие газов

 

В середине XVIII в. сторонниками учения Г.Э. Шталя предпринимались многочисленные попытки собрать и выделить флогистон. Серьезную трудность для безоговорочного торжества теории флогистона представлял хорошо известный к тому времени факт, что для поддержания горения необходим воздух. Именно воспламенением и растворением в воздухе последователи Шталя объясняли невозможность получить флогистон в чистом виде.

Хотя факт существования других газов, кроме воздуха, был установлен еще в XVI–XVII вв., в эпоху теории флогистона химики практически не обращали на них внимания, поэтому процесс накопления знаний о газах шел очень медленно.

Важный шаг в исследовании газов сделал в начале XVIII в. английский ботаник и химик Стивен Гейле. Он изобрел примитивный эвдиометр и прибор для собирания газов под водой, который получил название «пневматической ванны». Сам Гейле не идентифицировал собранные газы и не изучал их свойств, однако сконструированные им приборы сыграли важную роль в дальнейшем развитии пневматической химии. 

 

6.6.1. Открытие углекислого газа и азота

Еще одним важным шагом к разгадке химической природы газов явились исследования шотландского ученого Джозефа Блэка — одного из выдающихся химиков XVIII в. Своим экспериментаторским искусством Джозеф Блэк поражал многих современников. В 1762 г. он обнаружил существование скрытой теплоты плавления твердых веществ. Основными объектами химических исследований Дж. Блэка в 1754–1757 гг. были щелочи, гидроксиды магния и кальция, а также карбонаты щелочных металлов, магния и кальция. Первоначально ему удалось установить различие между карбонатом и оксидом магния. Несмотря на то что при взаимодействии с кислотами они образовывали одни и те же соли, только реакция с MgCO3 сопровождалась выделением пузырьков газа.

Джозеф Блэк (1728–1799)  

Дж. Блэк серьезно подошел к изучению газов, которые выделялись при действии кислот на карбонаты магния и кальция. Он признал, что выделяющийся газ является составной частью магнезита, известняка и поташа. Блэк установил, что карбонат кальция при нагревании разлагается с образованием извести (оксида кальция). Выделившийся при этом газ можно вновь соединить с CaO и получить CaCO3. Этот газ (CO2) был идентичен открытому Ван Гельмонтом «лесному газу», но Блэк предложил ему другое название — «связанный воздух». Изучая химические реакции, протекающие при прокаливании MgCO3, CaCO3 и их взаимодействии с кислотами, Блэк использовал методы количественных измерений. Например, он установил, что при прокаливании 12 массовых частей магнезита дают всего лишь 5 массовых частей жженой магнезии.

Полученные Блэком результаты изучения карбонатов и «связанного воздуха» были встречены научной общественностью весьма неоднозначно. Одни ученые высказывались восторженно, в то время как другие демонстрировали свое отрицательное отношение к новым экспериментальным фактам. Наиболее активно против результатов Дж. Блэка высказывался немецкий химик и аптекарь Иоганн Фридрих Мейер.

Открытие Блэка имело большое значение в силу ряда причин. Во-первых, было показано, что CO2 может образоваться как при разложении минералов, так и при горении древесины, и таким образом была установлена связь между живой и неживой природой. Во-вторых, Блэк доказал, что газообразные вещества не только выделяются твердыми телами и жидкостями, но и могут вступать с ними в химические реакции. Результаты экспериментов Блэка сделали газы менее загадочными. Он установил, что если оксид кальция оставить на воздухе, то он медленно превращается в CaCO3. Исходя из этого факта, Блэк пришел к правильному заключению, что в атмосфере содержится небольшое количество CO2. Это было первое четко экспериментально установленное указание на то, что воздух является смесью веществ и, следовательно, вопреки представлениям древних греков не может быть элементом в определении Аристотеля.

Изучая свойства CO2, Блэк обнаружил, что этот газ не поддерживает горения и дыхания.

Более удивительным для Блэка было то, что воздух, который оставался после удаления образовавшегося при горении свечи в замкнутом сосуде CO2, также не поддерживал горения.

Блэк предложил изучить эту проблему одному из своих учеников — шотландскому химику Даниэлю Резерфорду. Резерфорд осуществил серию последовательных опытов: в замкнутом сосуде он держал мышь, пока она не погибла, затем в том же сосуде он держал горящую свечу, пока она не погасла. Оставшийся в сосуде кислород был израсходован на горение фосфора. Далее воздух из сосуда был пропущен через избыток раствора щелочи для поглощения всего CO2. Газ, оставшийся после поглощения CO2, не поддерживал горения и дыхания: свеча в нем гасла, а мышь задыхалась. Результаты этого опыта Резерфорд обнародовал в 1772 г. Будучи убежденными сторонниками теории флогистона, Резерфорд и Блэк использовали ее основные положения для объяснения полученных результатов. Согласно их объяснениям, воздух, из которого удалили углекислый газ, содержал чрезвычайно много флогистона и больше не мог его принять. Поэтому в нем не горели ни свеча, ни фосфор. Выделенный им газ Резерфорд назвал «флогистированным воздухом». Сегодня этот газ в русском химическом языке называется азотом; его название в других европейских языках происходит от латинского слова nitrogenium — «рождающий селитру».

Даниэль Резерфорд (1749–1819)  

 

6.6.2. Открытие водорода и кислорода

Одновременно с Блэком и Резерфордом больших успехов в изучении газов достигли другие английские химики — Генри Кавендиш и Джозеф Пристли, которые также придерживались теории флогистона.

Генри Кавендиш имел знатное происхождение, восходящее к прямым потомкам норманнских завоевателей. Он был сыном лорда и состоял в родстве с герцогом Девонширским и герцогом Кентским. Г. Кавендиш получил блестящее образование — окончил Кембриджский университет в 1753 г. Унаследовав крупное состояние, он вел очень скромный образ жизни и тратил почти все доходы на проведение экспериментов. Современники считали его богатым чудаком и женоненавистником, поскольку он вел замкнутый образ жизни и занимался исследованиями в самых различных областях естествознания. Особый интерес у Кавендиша вызывали исследования в области физики. Он далеко не всегда печатал результаты своих экспериментов, но, к счастью, все работы по изучению газов все же оказались опубликованными.

Генри Кавендиш (1731–1810)  

В 1766 г. Г. Кавендиш первым провел систематическое изучение газа, образующегося при взаимодействии кислот с некоторыми металлами. Еще средневековым алхимикам было известно, что при действии минеральных кислот на некоторые металлы выделяется «горючий воздух», однако установить природу этого вещества в то время не удалось. Кавендиш не только получил этот газ в чистом состоянии взаимодействием цинка и серной кислоты, но и количественно охарактеризовал его свойства. Ему удалось впервые установить массы определенных объемов различных газов, результатом чего явилось определение плотности каждого из них. Он обнаружил, что плотность самого легкого среди газов в 14 раз меньше плотности самого воздуха. Этим самым легким газом был продукт взаимодействия кислот с металлами, в частности, с цинком. В 1766 г. Генри Кавендиш опубликовал первую важную работу по химии «Искусственный воздух» («Оп Factitious Airs»), в которой сообщалось об открытии «горючего воздуха». Сейчас этот газ мы называем водородом. Ввиду малой плотности и легкости воспламенения изученного газа, английский ученый не исключал возможности, что им открыт чистый флогистон.

В 1784 г., продолжая наблюдения, начатые англичанином Джоном Уолтайром и французом Пьером Жозефом Макером, Г. Кавендиш доказал, что при взрыве в эвдиометре смеси обычного воздуха с «горючим воздухом» образуется вода. Более того, в работе «Опыты над воздухом» английский ученый сообщал, что при надлежащих пропорциях в воду превращается весь «горючий воздух» и одна пятая часть обычного воздуха. Годом позже в статье, опубликованной в «Philosophical Transactions of the Royal Society of London», Г. Кавендиш сообщил, что при пропускании электрической искры через влажный воздух в эвдиометре над ртутью образуется азотная кислота. Английскому ученому удалось достаточно точно установить состав атмосферного воздуха. По мнению Генри Кавендиша, 79,167% приходится на «флогистированный воздух» (азот) и 20,833% на «дефлогистированный воздух» (кислород). Поражает проницательность английского ученого — в атмосферном воздухе он обнаружил присутствие третьего газа, доля которого составляла, по мнению Кавендиша, 1/120 часть по объему. Только на рубеже XIX–XX столетий удалось установить, что этим газом является аргон.

Было бы несправедливым по отношению к великому английскому естествоиспытателю не напомнить о выдающихся открытиях, сделанных Генри Кавендишем в области физики. В 1771 г. он экспериментально установил влияние среды на емкость конденсаторов и определил значение диэлектрических постоянных ряда веществ. В 1798 г. сконструировал крутильные весы и измерил с их помощью силу притяжения двух сфер, подтвердив закон всемирного тяготения, массу и среднюю плотность Земли. Кроме того, Кавендиш занимался определением теплоты фазовых переходов и удельной теплоемкости различных веществ. Английский ученый предвосхитил многие изобретения XIX в. в области электричества, но практически все его работы оставались достоянием семейного архива в Девоншире, пока в 1879 г. Джеймс Максвелл не опубликовал его избранные труды. Всю жизнь Генри Кавендиш тратил немалые суммы на научные исследования и благотворительность, оказывал материальную поддержку молодым ученым. Благодарные потомки не забыли заслуги Генри Кавендиша перед мировой наукой. Его именем названа знаменитая физическая лаборатория в Кембриджском университете, организованная в 1871 г. Несмотря на свою глубочайшую научную проницательность, Генри Кавендиш в объяснениях своих поистине выдающихся химических экспериментов оставался сторонником теории флогистона, тем не менее его чрезвычайно точные опытные данные оказались крайне необходимыми для реформы фундаментальных теоретических положений химии, которую осуществил великий французский ученый А.Л. Лавуазье.

Соотечественник Генри Кавендиша Джозеф Пристли был протестантским священником, глубоко и страстно увлеченным химией. Интерес к естественным наукам у Пристли появился в 1767 г., однако первые публикации в «Philosophical Transactions» появились только в 1772 г. Деятельность Дж. Пристли в области пневматической химии приходится на 1772–1777 гг. Первоначально Пристли проводил эксперименты с CO2, который получал с расположенного поблизости пивоваренного завода. Собирая CO2 под водой, Дж. Пристли обнаружил, что часть газа растворяется в воде, придавая ей приятный кисловато-терпкий привкус, т.е. по сути дела получил содовую или газированную воду, а поэтому его можно считать отцом современной индустрии безалкогольных напитков.

Когда Пристли занялся изучением газов, химики четко различали только три газа — собственно воздух, CO2 и водород Кавендиша. Английский химик оказался удачливым экспериментатором — он выделил и изучил целый ряд газообразных веществ. Опыты с CO2 показали, что газы могут растворяться в воде и, следовательно, «теряться». Поэтому Дж. Пристли стал собирать их над ртутью. Таким образом, ему удалось выделить и изучить такие газы, как NO, N2O, NH3 и SO2. Действием азотной кислоты на некоторые металлы Пристли получил «селитряной воздух» — оксид азота (II):

8HNO 3 (разб.) + 3Cu → 3Cu(NO 3 ) 2 + 2NO↑ + 4H 2 O.

Оставляя полученный газ на продолжительное время в контакте с серой или железом, он обнаружил, что свойства «селитряного воздуха» меняются, следовательно, образуется новый газ закись азота или оксид азота (I):

6NO + 2Fe + 3Н 2 O → 3N 2 O + 2Fe(OH) 3 .

Джозеф Пристли (1733–1804)

Приборы, с помощью которых Дж. Пристли открыл кислород

В 1774 г. Дж. Пристли сделал свое самое важное открытие. Он заметил, что если с помощью увеличительного стекла направить пучок солнечных лучей на кирпично-красный оксид ртути, то в верхней части пробирки образуются блестящие шарики серебристого металла. Но самое удивительное заключалось в другом — при разложении HgO выделялся газ с весьма необычными свойствами:

2HgO → 2Hg + O 2 ↑

Пристли получил этот газ еще одним способом — разлагая свинцовый сурик:

2Pb 3 O 4 → 6PbO + O 2 ↑

Горючие вещества воспламенялись в этом газе быстрее и ярче, чем на воздухе.

Тлеющая лучина, опущенная в сосуд с этим газом, вспыхивала ярким пламенем.

Пристли пытался объяснить это явление, используя теорию флогистона: поскольку в этом газе горение протекает интенсивнее, а при горении выделяется флогистон, значит, этот газ совсем не содержит флогистона.

Поэтому английский ученый назвал открытый им газ «дефлогистированным воздухом». Однако через несколько лет этот газ получает название, которым мы пользуемся и сегодня — кислород. «Дефлогистированный воздух» казался своего рода антиподом «флогистированного воздуха» Резерфорда, Пристли сам пробовал дышать «дефлогистированным воздухом» и чувствовал себя при этом «легко и свободно».

Находясь в 1774 г. в Париже, Джозеф Пристли, по его собственным словам, сообщил о результатах своих опытов А.Л. Лавуазье. Как считают многие исследователи истории науки, справедливость этого утверждения не вызывает сомнения. В свое время Пристли не сумел разглядеть всех глобальных последствий своего открытия и не смог сделать правильных выводов из анализа процессов горения. Только А.Л. Лавуазье удалось дать подлинно научную интерпретацию результатов экспериментов Г. Кавендиша и Дж. Пристли и тем самым разрушить теоретические построения, в основе которых лежали представления о флогистоне.

Внутренний вид лаборатории Дж. Пристли. Рисунок из первого тома «Опытов и наблюдений над различными видами воздуха»

Как показал проведенный позднее исторический анализ деятельности естествоиспытателей в XVIII в., в открытии кислорода Дж. Пристли опередил выдающийся шведский химик Карл Вильгельм Шееле. Шведский ученый называл полученный им газ «огненным воздухом». Несмотря на то, что всю свою жизнь Шееле оставался скромным аптекарем, в научных познаниях он превосходил многих именитых академиков того времени. Как свидетельствуют историки, К.В. Шееле неоднократно помогал своими консультациями академику Торберну Бергману. Шееле открыл ряд кислот растительного и животного происхождения, в том числе винную, лимонную, бензойную, яблочную, щавелевую, галловую и молочную, и такие минеральные кислоты, как молибденовая и мышьяковая. Шведский ученый получил и изучил три сильно ядовитых газа: фторид водорода, сероводород и синильную кислоту или циановодород. Предполагается, что его ранняя смерть явилась следствием медленного отравления химикалиями, с которыми он работал.

К.В. Шееле расширил и углубил знания во многих отраслях химии: неорганической, органической, аналитической и технической. Открытие хлора и кислорода является наиболее важными среди других исследований К.В. Шееле. По мнению многих историков науки, исследования кислорода, проведенные шведским химиком, оказались более глубокими и разносторонними, чем у Дж. Пристли. Кислород Шееле получил несколькими способами:

а) нагревая оксид ртути (реакция, изученная Пристли);

б) разлагая карбонаты серебра и ртути

2HgCO 3 → 2Hg + 2CO 2 ↑ + O 2 ↑;

в) прокаливая нитраты калия и магния

2Mg(NO 3 ) 2 → 2MgO + 4NO 2 ↑ + O 2 ↑;

г) нагревая смесь пиролюзита с серной кислотой

2MnO 2 + 2H 2 SO 4 → 2MnSO 4 + 2H 2 O + O 2 ↑.

К сожалению, по вине его издателя результаты опытов К.В. Шееле под заглавием «Химические статьи о воздухе и огне» вышли в свет только в 1777 г.

Карл Вильгельм Шееле (1742–1786). Статуя работы скульптора Й.-Л. Бересона. Стокгольм (Швеция)

Химическая интуиция шведского ученого была поистине поразительной. Выдающийся французский химик-органик XIX в. Ж.Б. Дюма (см. гл. 9, п. 9.3.) справедливо сказал, что Шееле «не мог прикоснуться к какому-либо телу, без того чтобы не сделать открытия». Работы К.В. Шееле способствовали теоретическому развитию химии. Например, он установил, что одна и та же масса железа может присоединять разное количество муриевого радикала (хлорид-аниона). Результаты исследования им соединений некоторых металлов (железа, ртути, меди) в различных степенях окисления повлияли на разработку теории валентности химических элементов (см. гл. 9, п. 9.4).

За свои научные заслуги К.В. Шееле получил много наград, уже в 32 года он был удостоен звания члена Стокгольмской академии наук. Король Пруссии Фридрих II предложил ему место преподавателя в Берлине с окладом в 1200 талеров, однако ученый отклонил это предложение и предпочел оставаться простым аптекарем, что позволяло ему проводить исследования, не будучи связанным преподавательскими обязанностями или академическими отношениями.

К.В. Шееле был одним из представителей той блестящей плеяды химиков, благодаря пытливости ума и упорству в изысканиях которых в XVIII в. Швеция вырвалась на передовые позиции в науке. Скандинавские ученые внесли огромный вклад прежде всего в создание основ химического анализа природных руд и минералов. В результате этих исследований были открыты новые химические элементы. Приблизительно в 30-е гг. XVIII в. шведский химик Георг Брандт начал изучать голубоватый минерал, напоминавший медную руду. Несмотря на видимое сходство, получить медь из этого минерала никак не удавалось. Местные рудокопы полагали, что эта руда заколдована гномами «кобольдами». В 1742–1744 гг. Брандт сумел доказать, что «заколдованный» минерал содержит не медь, а совершенно другой металл, напоминавший по своим химическим свойствам железо. Этот металл получил название кобальт.

В 1751 г. Аксель Фредрик Кронстедт открыл никель, очень похожий на кобальт. Шведские химики открывали новые металлы на протяжении всего XVIII столетия: в 1774 г. Иоганн Готлиб Ган выделил марганец, а Петер Якоб Гьельм в 1782 г. получил молибден. При изучении минералов Ган и Кронстедт впервые применили паяльную трубку. Минералы, нагреваемые в пламени паяльной трубки, окрашивали его в различные цвета, по окраске пламени можно было судить о природе и составе минерала, а также образующихся паров и твердого остатка. На протяжении целого столетия паяльная трубка оставалась основным инструментом химического анализа.

Благодаря использованию новых технических приемов химикам удалось накопить достаточно много данных о минералах. Исходя из этих данных, Кронстедт вполне справедливо полагал, что минералы следует классифицировать не только по их внешнему виду, но и в соответствии с их химической структурой.

Подводя итог этому периоду в развитии химии, необходимо отметить следующее. Как считают историки науки, по значимости для дальнейшего развития химической науки открытия кислорода, по масштабности последствий, которые привели к революционным изменениям в теоретическом фундаменте химии, его можно приравнять только к открытию радиоактивности. Однако сами первооткрыватели — Дж. Пристли и К.В. Шееле не оценили в полной мере судьбоносности результатов своих исследований. Они были убежденными сторонниками теории флогистона и не подозревали, что своими открытиями подрывают основы этой теории, способствуя началу нового этапа в эволюции химической науки.

Развитие пневматической химии и аналитических методов исследования обогатило естествознание открытием различных газов (различных форм воздуха), среди которых не было установлено вещество, идентичное флогистону. Эти выдающиеся открытия оказали определенное влияние на представления химиков об элементах. Появились факты, свидетельствующие о существовании различных видов первоэлементов (разновидностей воздуха). Факты укрепляли уверенность, что эти вещества обладают химической индивидуальностью и ослабляли позицию традиционных представлений Аристотеля о воздухе как элементе-качестве. Более того, химики постепенно подходили к разграничению понятий элемент и соединение. Все чаще под элементами понимали неразложимые и нетрансформируемые компоненты, сочетания которых образуют химические соединения и обусловливают их свойства.

Во второй половине XVIII в. произошло заметное увеличение количества объектов химических исследований. Это, в свою очередь, повлекло за собой открытие множества самых разнообразных экспериментальных фактов, которые уже не удавалось систематизировать в рамках теории флогистона. Сама теория флогистона, по словам французского ученого А.Ф. Фуркруа, «казалась потерянной среди этих обширных приобретений». К концу XVIII в. все острее ощущалась необходимость теоретического переосмысления всего объема накопленных данных, позволяющая преодолеть условности теории флогистона и разработать новую концепцию о составе, свойствах химических веществ и их превращениях.

 

6.7. Антуан Лоран Лавуазье

 

6.7.1. Борьба против теории флогистона

Миссия открыть новую страницу в истории становления современной химии выпала на долю выдающегося французского ученого Антуана Лорана Лавуазье.

Лавуазье происходил из очень состоятельной семьи, принадлежащей к третьему сословию. Первоначальное образование он получил в колледже Мазарини, а затем прошел курс юридического факультета и в 1764 г. получил степень лиценциата прав. Одновременно с прохождением курса юридических наук и по окончании его Лавуазье много и основательно занимался естественными и точными науками под руководством лучших парижских профессоров того времени. Математику и астрономию он изучал у известного аббата Ла-Кайля, а курс химии прошел у Гийома Франсуа Руэля.

Антуан Лоран Лавуазье (1743–1794)

Гийом Франсуа Руэль (1703–1770) 

Г.Ф. Руэль был, безусловно, одним из самых крупных французских химиков XVIII в. Занимая должность профессора в парижском «Королевском саду», он создал школу подлинной экспериментальной химии. Студентов привлекала его живая манера изложения материала и проведение демонстрационных опытов. Научная деятельность Г.Ф. Руэля была направлена на разработку теоретических вопросов химии. Французский ученый стал постоянно использовать термин «основание» и обогатил теоретическую химию точным определением понятия «соли» как продукта взаимодействия между кислотой и основанием.

Не только современники, но и последующие поколения ученых восхищались проницательностью и экспериментальным мастерством этого ученого. Именно Руэль убедительно доказал различия между средними, кислыми и основными солями. Результаты изучения природы солей были опубликованы в 1745 г. в «Записках Парижской академии наук». Славу научной школы Г.Ф. Руэля составили его ученики — выдающиеся французские химики А.Л. Лавуазье и Ж. Пруст (см. гл. 8, пп. 8.2–8.4).

Весы А.Л. Лавуазье 

C самого начала своей научной деятельности А.Л. Лавуазье осознал важность точного измерения при проведении химических исследований. Подход к этим работам можно с полным основанием считать физико-химическим, поскольку ученый последовательно применял экспериментальные методы и теоретические представления физики того времени. Следуя главным канонам классической механики, Лавуазье воспринимал массу как наиболее существенное свойство материальных частиц. Первым среди химиков он сознательно применил в своих исследованиях положение И. Ньютона о том, что масса материи «определяется по весу тела, ибо она пропорциональна весу». Французский химик систематически использовал точное взвешивание всех участвующих в реакции веществ, в том числе и газообразных. По заказу Лавуазье знаменитый парижский мастер Фортэн изготовил весы неслыханной для того времени чувствительности: средние весы при нагрузке 600 г имели погрешность до 5 мг, а малые при нагрузке до 4 г позволяли измерять массу с точностью до 0,1 мг. Лавуазье не только сделал весы главным инструментом химика, но усовершенствовал технику взвешивания, а также ввел в практику правило держать весы в отдельной комнате, оберегая их от агрессивной атмосферы.

В своих работах Лавуазье количественно определял не только массу, но и другие физико-химические характеристики исходных веществ и продуктов реакции. Он добивался самой тщательной постановки опытов и стремился к устройству наиболее точных и совершенных приборов. В этом отношении научная техника во Франции во многом обязана А.Л. Лавуазье. Используя систематический физикохимический подход к проведению количественных измерений, он сумел доказать несостоятельность старых теорий, не просто уже бесполезных, а мешавших дальнейшему развитию химии.

В 1765 г. Лавуазье представил работу на заданную Парижской академией наук тему — «О лучшем способе освещать улицы большого города». При выполнении этих исследований проявилась необыкновенная настойчивость Лавуазье в достижении намеченной цели и точность в изысканиях — достоинства, которые составляли отличительную черту всех его работ. Чтобы повысить чувствительность своего зрения к слабым изменениям силы света, Лавуазье шесть недель провел в темной комнате. За эти исследования в 1766 г. Лавуазье был удостоен золотой медали Парижской академии наук.

Первым успехом систематических количественных измерений были эксперименты, позволившие проверить возможность превращения воды в землю. В течение 101 дня ученый кипятил воду в герметически закупоренной реторте, в которой водяной пар конденсировался и возвращался обратно в сосуд, поэтому потеря вещества во время опыта была исключена. При этом он постоянно взвешивал сосуд и воду. Столь длительный эксперимент действительно привел к образованию осадка, но масса воды при этом не изменилась. Следовательно, осадок образовался не из воды. Далее выяснилось, что масса самого сосуда уменьшилась как раз на столько, сколько весил осадок. Другими словами, Лавуазье удалось установить, что осадок образовался за счет медленного взаимодействия кипящей воды со стеклянными стенками колбы. Осадок представлял собой выщелоченное стекло, выпавшее в виде твердых пластинок. Этот пример наглядно показывает, что простое наблюдение зачастую может привести к ошибочным выводам, в то время как количественное измерение позволяет установить истинные причины явления.

Над разгадкой природы процесса горения бились многие химики XVIII в. Не могла эта проблема обойти и А.Л. Лавуазье. Французский ученый стал догадываться, что теория флогистона ставит под угрозу дальнейшее развитие химии. Начало целенаправленных исследований, результаты которых парализовали эту теорию, можно датировать 1772 г. и связать с изучением процесса разрушения алмаза под действием огня. Купленный за собственные деньги алмаз он поместил в закрытый сосуд и нагревал до тех пор, пока тот полностью не исчез. При этом в сосуде образовался углекислый газ.

А.Л. Лавуазье проводит эксперименты в своей лаборатории. Рисунок Марии Анны Лавуазье — супруги ученого 

Таким образом Лавуазье убедительно доказал, что алмаз, так же как и древесный уголь, содержит один и тот же элемент — углерод. Для своих исследований французский ученый не щадил сил и средств: например, опыты по выявлению состава воды стоили ему 50000 ливров.

В 1772 г. Лавуазье обнародовал свое решение начать исследование различных газов. Приступая к этим экспериментам, он предчувствовал, что изучение этой области должно произвести переворот в физике и химии, свидетельство тому — запись в его лабораторном журнале в 1773 г. Прежде всего он подвергал проверке тот факт, что масса металлов при превращении их в «извести» (оксиды) увеличивается. Лавуазье получил результаты, которые совпадали с данными, полученными Ж. Реем (1630), Дж. Мэйоу (1669) и рядом других ученых. Он доказал, что увеличение массы в этом случае происходит за счет присоединения части воздуха, а не частиц огня, как думал Р. Бойль.

Продолжая свои опыты, Лавуазье нагревал олово и свинец при помощи увеличительного стекла в закрытых сосудах с ограниченным объемом воздуха. Сначала на поверхности металлов образовывался слой окалины, но в определенный момент времени окисление прекращалось. Когда после нагревания Лавуазье взвесил сосуд со всем содержимым, оказалось, что его масса точно такая же, как и до нагревания. Лавуазье открыл охлажденный сосуд, туда устремился воздух, и масса сосуда с содержимым увеличилась. Так Лавуазье сумел доказать, что металл превращается в оксид не в результате потери мистического флогистона, а вследствие присоединения порции самого обычного воздуха. Он также определил, что количество взятого воздуха после опыта уменьшается на 1/5 и что оставшийся воздух не поддерживает горения и дыхания. Лавуазье провел аналогичные опыты по сжиганию серы и фосфора и снова обнаружил увеличение массы у продуктов реакции. Эти факты он описал в двух статьях: «Opuscules physiques et chimiques» (1773) и «Memoire sur la calcination de Petam dans les vaisseaux fermes et sur la cause del’augmentation du poids qu’acquiert ce metal pendant cette operation» (1774). Однако для ученого открытым оставался вопрос — почему во взаимодействии с металлами участвует не весь воздух, а лишь его пятая часть? Встреча с Дж. Пристли, в результате которой Лавуазье узнал об открытии «дефлогистированного воздуха», вдохновила его на дальнейшие исследования. В 1775 г. Лавуазье выступил в Академии с докладом, в котором он утверждал, что воздух является смесью двух газов. В 1777 г. в статье «О горении вообще» Лавуазье утверждал, что лишь одна пятая часть воздуха представляет собой «дефлогистированный» или «жизненный воздух», который необходим для живых организмов и соединяется с горящими или ржавеющими металлами. Лавуазье предложил назвать этот газ кислородом (oxygine или, позднее, oxygene), т.е. порождающим кислоты, поскольку полагал его необходимым компонентом всех кислот.

В 1775 г. министр Тюрго начал преобразования в производстве пороха во Франции и назначил Лавуазье одним из четырех управляющих этим делом (regisseurs des poudres). Вплоть до 1791 г. Лавуазье имел непосредственное отношение к производству пороха. Он жил в пороховом арсенале, и здесь же помещалась его лаборатория, из которой вышли почти все химические работы, обессмертившие имя ученого. Лаборатория Лавуазье была одним из главных научных центров Парижа. Для обсуждения научных вопросов в ней собирались представители различных отраслей знания, сюда же приходили начинающие молодые работники науки общаться с великим французским ученым и искать его указаний, которыми он охотно делился с ними.

Для завершения теории горения Лавуазье стремится постичь процесс дыхания животных и человека. В результате проведенных опытов он убедился, что жизненный воздух необходим для дыхания и что животные выделяют «связывающийся воздух» так же, как и горящие углеродсодержащие тела.

Установка А.Л. Лавуазье для изучения газов. Рисунок из книги «Основы антифлогистонной химии» (1792) 

Эти опыты имели историческое значение и для физиологии. После неопровержимых доказательств того, что горение веществ невозможно без кислорода и что в процессе дыхания животных он выполняет аналогичную функцию, Лавуазье настаивал, что теория флогистона не отвечает экспериментальным данным и должна быть отброшена.

Второй газ, составляющий четыре пятых всего объема воздуха («флогистированный воздух» Резерфорда), Лавуазье признал совершенно самостоятельным веществом. Поскольку этот газ не поддерживал горения, и находившиеся в нем мыши погибали, Лавуазье назвал его азотом — безжизненным. Позднее азот был переименован в нитроген, что в переводе с латинского означает «рождающий селитру», поскольку стало известно, что азот как основной элемент входит в состав различных селитр.

Лавуазье изучал также процесс разложения воды: через раскаленный ружейный ствол он пропускал водяные пары и собирал выделяющийся при этом газ. Исследования показали, что это был водород, а железный ствол покрывался внутри слоем железной окалины, представляющей соединение железа с кислородом. Эту реакцию водяного пара и железа:

2Fe + 3H 2 O → Fe 2 O 3 + 3Н 2 ↑

Лавуазье позднее предложил Парижской академии наук в качестве наиболее экономичного способа получения водорода для аэростатов. Кроме того, немало времени французский ученый затратил на изучение реакций восстановления оксидов металлов при помощи водорода, в результате которых также образовывалась вода.

Лабораторное оборудование, которое использовал А.Л. Лавуазье в 80-х гг. XVIII в. 

Качественный состав воды Лавуазье установил не только анализом, но и синтезом, дублируя опыты Кавендиша по сжиганию «горючего газа» — водорода. Решающий эксперимент был осуществлен совместно с выдающимся французским математиком П.С. Лапласом в присутствии ряда академиков и англичанина Ч. Блэгдена, который позднее оспаривал приоритет Лавуазье в пользу своего соотечественника Г. Кавендиша. Собрав жидкость, полученную при горении водорода и кислорода, Лавуазье и Лаплас убедились, что она идентична дистиллированной воде.

Таким образом, независимо друг от друга А.Л. Лавуазье и Г. Кавендиш пришли к выводу, что газы, образующиеся при горении «горючего газа», конденсируются в жидкость, которая представляет собой чистую воду. Следовательно, вода является соединением кислорода и «горючего газа», названного Лавуазье водородом — рождающим воду. Важность этого открытия трудно переоценить. Аристотелевой теории элементов-качеств был нанесен еще один серьезный удар, поскольку выяснилось, что вода является не простым веществом, а соединением, образующимся при взаимодействии двух газов. Осмысливая результаты опытов по изучению процесса дыхания животных, Лавуазье высказал предположение, что ткани живых организмов, а также продукты питания представляют собой различные соединения углерода и водорода.

К 1783 г. А.Л. Лавуазье был уже абсолютно убежден в своей правоте и в полной бесполезности теории флогистона. 

 

6.7.2. Кислородная теория строения веществ

Благодаря использованию метода количественных измерений, Лавуазье достиг столь очевидных успехов, что многие ученые-химики вынуждены были принять его выводы практически безоговорочно. Глубокий анализ всех полученных экспериментальных данных в сопоставлении с результатами других ученых позволил А.Л. Лавуазье сформулировать кислородную теорию горения и строения химических соединений. Опираясь на свойства кислородных соединений различных простых тел, Лавуазье первым дал классификацию веществ, известных в химической практике того времени. Основой его классификации служили понятия окись, кислота и соль, которые он использовал вместе с представлениями о простых телах.

Наиболее существенные положения созданной Лавуазье теории можно представить следующим образом:

а) при всех химических реакциях изменяется только форма материи, количество же ее остается неизменным. На основании этого закона можно делать соответствующие вычисления;

б) при горении неметалла происходит его соединение с кислородом и образуется кислота, а при горении металла образуются металлические извести или земли;

в) все кислоты содержат кислород, соединенный с радикалом. В неорганических веществах в качестве радикала чаще всего выступает элемент, в органических соединениях радикал содержит атомы углерода и водорода, реже азота и серы.

Как показали дальнейшие исследования, последнее положение, регламентирующее состав кислот, было неправильным. Некоторые кислоты, например соляная, синильная, сероводородная не подходили под эти определения — они не содержат атомов кислорода. Только в начале XIX в. появилась верная теория, согласно которой общие свойства кислот обусловлены присутствием атомов водорода. В рамках своей теории соляную кислоту Лавуазье считал соединением кислорода с неизвестным еще муриевым радикалом (хлорид-анионом), а хлор рассматривал как соединение кислорода с соляной кислотой.

При изучении процессов горения Лавуазье не избежал искушения заняться изучением тепловых эффектов химических реакций. Эти работы были выполнены в сотрудничестве с Пьером Симоном Лапласом. C помощью сконструированного ими ледяного калориметра французские ученые измеряли теплоемкости многих тел и теплоты, освобождающиеся при различных химических превращениях, например, при сгорании угля, фосфора, водорода; при взрыве смеси селитры, серы и угля. Этими работами Лавуазье и Лаплас заложили фундамент новой области исследования — термохимии и установили ее основной принцип (закон Лавуазье-Лапласа), сформулированный ими в следующей форме: количество тепла, необходимое для разложения соединения на простые части, в точности равно количеству тепла, выделяющемуся при образовании того же соединения из его составных частей. В то время не существовало единой точки зрения на природу теплоты. Одна из гипотез рассматривала теплоту как флюид (теплород), а другая — как вид движения. Лавуазье оказался приверженцем первой концепции, при этом в своей книге «Элементарный курс химии», опубликованной в 1789 г., он поместил теплород в список химических элементов.

Калориметрические и термохимические исследования Лавуазье и Лапласа были описаны в статье «Sur la chaleur» (1780). В 1781–1782 гг. французские ученые разработали известный способ измерения расширения твердых тел при нагревании. Вслед за тем Лавуазье применил количественный термохимический подход для изучения тепловых процессов, происходящих в живых организмах. Изучение процесса дыхания животных, осуществленное в 1789–1790 гг., имело громадное значение для физиологии. Лавуазье увидел, что дыхание животных можно представить как медленное горение, за счет которого в организме поддерживается всегда постоянный тепловой баланс. Французский ученый показал, что энергетические затраты в процессе жизнедеятельности восполняются пищеварением. В этих исследованиях Лавуазье старался установить соотношение между количеством выделяемой организмом углекислоты и состоянием, в котором организм находится. Лавуазье правильно понял значение и связь трех важных функций живых организмов — дыхания, пищеварения и транспирации.

Ледяной калориметр (разрез), используемый А.Л. Лавуазье и П.С. Лапласом 

Результаты исследований А.Л. Лавуазье, убедительно доказывающие несостоятельность теории флогистона, были весьма неоднозначно восприняты научной общественностью не только во Франции, но и в других странах Западной Европы. Одни ученые с восторгом встретили кислородную теорию горения и дыхания, другие же (например, П.Ж. Макер) скептически отнеслись к новым идеям Лавуазье. Особенно агрессивно воззрения А.Л. Лавуазье восприняли немецкие химики — в Берлине сочинения французского ученого как еретика науки были преданы публичному сожжению. К счастью, Лавуазье не тратил времени на полемику со сторонниками теории, несостоятельность которой он столь ярко и убедительно доказал. Настойчиво и терпеливо изучая факты, постепенно, шаг за шагом, Лавуазье укреплял основы своей научной доктрины. Объяснение состава воды было решительным ударом для теории флогистона, многие ее сторонники стали переходить на сторону учения Лавуазье.

Изданная в 1789 г. книга Лавуазье «Элементарный курс химии» («Traite elementaire de chimie»), которую по праву можно назвать первым учебником химии в современном понимании, тотчас же была переведена на многие иностранные языки. Некоторые прежние противники его системы изменили теории флогистона. Английский химик Р. Кирван, ранее написавший книгу «Опыт о флогистоне», полную жестоких нападок на учение Лавуазье, в 1792 г. признал его взгляды верными, в письме к К.Л. Бертолле он признавался: «я кладу оружие и оставляю флогистон». Этот факт далеко не единственное доказательство того, как высочайшая степень аргументированности новой теории, основанная на методе количественных измерений, завоевывала все новых и новых сторонников. Поэтому Лавуазье можно отнести к тем ученым, которые еще при жизни становятся свидетелями полного торжества своего учения. 

 

6.7.3. Реформа химии

Всю научную деятельность Лавуазье можно разделить на две части: главная задача первой из них заключалась в правильном истолковании процессов горения, обжигания и дыхания и представляла собой борьбу против теории флогистона. Основной целью второй части была реформа химии — определение химического элемента и экспериментальное доказательство закона сохранения массы вещества.

Лавуазье не занимался специально атомистикой, однако результаты его работ так или иначе способствовали ее утверждению. В отличие от своих предшественников Лавуазье не пытался дать метафизическое определение химическому элементу, подгоняя затем под это определение экспериментальные результаты. Наоборот, он дал определение понятию элемента в релятивистско-экспериментальном смысле потому, что именно оно оказалось плодотворным для химии того времени. В «Элементарном курсе химии» Лавуазье привел перечень всех известных в то время элементов или, вернее, всех веществ, которые он считал элементами. При этом он руководствовался правилом, согласно которому элементом является вещество, которое нельзя разложить на более простые вещества существовавшими тогда аналитическими методами исследования. Элементы стали трактоваться не как предсуществующие в объекте продукты его разложения, а как последний предел, до которого вещества можно разложить в принципе. В литературе отмечено, что первая таблица простых веществ и первая их классификация, данная Лавуазье, представляют собой «документ огромной исторической важности».

Историки химии отмечают, что в основу предела разложимости тела у Лавуазье легли результаты гравиметрического (весового) метода анализа. Если при последующих операциях масса продукта реакции переставала уменьшаться, считали, что предел разложения достигнут. Необходимо подчеркнуть, что А.Л. Лавуазье и его последователи были уверены, что химические элементы не превращаются друг в друга во всех известных тогда реакциях. Этот факт свидетельствует о том, что алхимические и аристотелевы представления об элементах-качествах к этому времени оказались уже практически изжитыми.

Лавуазье отрицал значения аристотелевских и алхимических элементов, слишком немногочисленных и недостаточных для объяснения сути химических процессов. Работы французского ученого позволили сформировать очень важные представления об ограниченном множестве элементов и их качественной разнородности {223} . Особое значение этих представлений заключалось в том, что на их основе разнообразие свойств химических веществ можно было объяснить разнообразием качеств множества элементов.

В целом Лавуазье классифицировал немногим более тридцати элементов, исходя из их химических свойств. Однако он не утверждал со всей категоричностью, что все эти тела действительно простые. C поистине гениальной прозорливостью он предвидел, что так называемые земли (оксиды металлов) вскоре перестанут причислять к простым веществам. Лавуазье предположил, что безразличие по отношению к кислороду может свидетельствовать о том, что земли насыщены кислородом и представляют собой оксиды металлов. Тем не менее, Лавуазье всегда стремился не смешивать истину, установленную экспериментально, с гипотетическими предположениями.

В своей книге Лавуазье привел таблицу элементов, сгруппировав их в четыре больших класса:

а) принадлежащие к трем царствам природы простые вещества, которые можно рассматривать как элементы — свет, теплород, кислород, азот и водород;

б) простые неметаллические вещества, способные окисляться и давать кислоты — сера, фосфор, углерод, муриевый радикал, плавиковый радикал, борный радикал;

в) простые металлические вещества, способные окисляться и давать кислоты — сурьма, мышьяк, серебро, висмут, кобальт, медь, олово, железо, марганец, ртуть, молибден, никель, золото, платина, свинец, вольфрам, цинк;

г) простые землистые вещества, способные давать соли — известь, магнезия, барит, глинозем, кремнезем.

Как видно из этого списка, только в двух случаях Лавуазье допустил несомненные ошибки: это касается «света» и «теплорода». Впоследствии выяснилось, что они представляют собой не материальные субстанции, а формы энергии.

В отличие от предшествующих теорий о качественно однородной материи концепция Лавуазье не требовала для объяснения происхождения свойств веществ привлечения физических и геометрических параметров, как в корпускулярном учении Р. Бойля. Химическую специфику соединения (наличие определенных химических свойств вещества) Лавуазье объяснял их качественным и количественным элементным составом. При этом полагалось, что каждое качественно индивидуальное вещество обладает определенным и свойственным только ему количественным составом.

Таким образом, согласно концепции французского ученого, уже не содержание элемента выводилось из наличия у этого вещества определенных свойств, а свойства выводились из элементного состава. В качестве иллюстрации этого положения часто приводят работы Лавуазье о природе кислот.

В традиционных представлениях о кислотах полагали, что все они содержат некую единую первичную кислоту, которая и придает этой группе веществ их общие свойства. Лавуазье на основании своих экспериментов по разложению серной, фосфорной и азотной кислот (в современном понимании — SO3, P2O5, N2O5) связал свойство кислотности с наличием в их составе специфического элемента — кислорода. Отсюда, как уже говорилось выше, происходит и его название — рождающий кислотный принцип. Лавуазье пришел к выводу, что все кислоты отличаются друг от друга лишь соединенным с кислородом радикалом [19]В начале XIX в. английский химик Г. Дэви разработал свою концепцию кислот, которая и стала родоначальницей современных представлений.
.

Очевидно, что во взглядах Лавуазье еще прослеживается влияние прежних представлений об универсальном начале, определяющем свойства вещества. Тем не менее принципиальная новизна их проявилась в том, что это начало мыслилось как реальная составная часть соединения, существование которой устанавливалось не умозрительно, а на основе результатов аналитических методов и количественных весовых измерений.

C проблемой установления элементов тесно связано экспериментальное обоснование закона сохранения массы. Анализируя результаты своих опытов, А.Л. Лавуазье пришел к выводу о том, что если учитывать все вещества, участвующие в химической реакции, и все образующиеся продукты, то изменения в их массе наблюдаться не будут. Фундаментальный принцип сохранения материи высказывался еще в древности в виде идеи о ее неуничтожимости (см. гл. 3, п. 3.6). В работах по истории химии отмечается, что и в Новое время некоторые ученые (например Э. Мариотт и М.В. Ломоносов) придерживались этого принципа в своих исследованиях.

Таблица «простых тел» А.Л. Лавуазье 

Другими словами, Лавуазье доказал экспериментально, что в химических превращениях масса никогда не создается и не уничтожается, а лишь переходит от одного вещества к другому. Дату экспериментального подтверждения этого фундаментального теоретического положения можно точно отнести к 1789 г. Закон сохранения массы стал краеугольным камнем всей химии XIX в. Строгое экспериментальное подтверждение этого закона, подкрепленное авторитетом великого французского ученого, оказало влияние на дальнейшее развитие не только химии, но и всего научного естествознания.

Еще один аспект переворота в химии конца XVIII в. связан с получением в работах Лавуазье и его последователей экспериментального обоснования закона сохранения элементов и закона сохранения массы в химических реакциях. В дальнейшем эти законы явились основой при составлении химических уравнений (см. гл. 8, п. 8.10). А.Л. Лавуазье писал: «Можно положить в виде принципа, что во всякой операции количество материи одинаково до и после операции, что качество и количества начал (элементов) остаются теми же самыми, что происходят только превращения, изменения. На этом принципе основано все искусство делать опыты в химии: необходимо предполагать существование равенства или уравнения между началами (элементами) исследуемых тел и получаемыми из последних посредством анализа».

Луи Бернар Гитон де Морво (1737–1816)

Антуан Франсуа Фуркруа (1755–1809) 

Работы Лавуазье были настолько результативными, что привлекли к себе внимание трех наиболее известных химиков Франции: Гитона де Морво, Клода Луи Бертолле (см. гл. 8, п. 8.3) и Антуана Франсуа Фуркруа. В середине 1786 г. они объединились с Лавуазье для изучения проекта новой рациональной номенклатуры и плана реформы химии, насущную необходимость которой все они хорошо понимали. Результаты их совместного труда по созданию логической системы химической номенклатуры увидели свет в 1787 г.

Реформа химической номенклатуры, проведенная под руководством Лавуазье, принесла существенные плоды. C этого момента химия перестала путаться в названиях веществ времен алхимии, когда каждый исследователь, используя свою собственную систему, мог поставить коллег в тупик. До создания рациональной номенклатуры вещества называли по месту происхождения (например, масло голландских химиков, берлинская лазурь), по характерным признакам — цвету, вкусу, запаху (красная кровяная соль, горькая соль), но особенно часто — по имени ученых, впервые получивших это соединение (глауберова соль, бертолетова соль). На смену этому пришла номенклатура, основанная на логических принципах. Названия соединений, предложенные этой номенклатурой, позволяли определять их химическую функцию и качественный состав, т.е. установить те элементы, из которых они состоят. В новой номенклатуре каждое вещество рассматривали с точки зрения его общих (например, кислота) и конкретных (например, серная кислота) свойств, устанавливаемых на основе экспериментальных данных о его элементном составе. Для того чтобы судить о количественных соотношениях входящих в состав вещества элементов, была разработана четкая система приставок и суффиксов. Разработанные Лавуазье и его коллегами принципы номенклатуры химических соединений во многом сохранились и до сегодняшнего дня. Например, диоксид углерода (углекислый газ — CO2) содержит больше кислорода, чем монооксид углерода (угарный газ — СО). Содержание кислорода максимально в перхлорате калия и падает при переходе к хлорату и хлориту калия, в то время как хлорид калия совсем не содержит кислорода.

Успехи А.Л. Лавуазье были весьма впечатляющими. В своих работах он получил такие результаты, которые привели к изменению фундаментальных концепций химии. Поэтому и другие ученые взяли на вооружение его количественный подход к проведению химических исследований. Во Франции дело А.Л. Лавуазье в той или иной мере было продолжено представителями «новой школы», наиболее известными среди которых были А.Ф. Фуркруа, Л.Н. Воклен и К.Л. Бертолле.

Могучий интеллект и жизненную энергию А.Л. Лавуазье направлял не только на создание фундаментальных теоретических основ естествознания, но и на развитие прикладной химии. Являясь одним из руководителей Управления порохов и селитр, он способствовал совершенствованию технологии этого стратегического материала: к 1788 г. объемы его производства увеличились более чем в два раза (с 1600 до 3700 тыс. фунтов в год), а качество существенно улучшилось. Лавуазье организовал экспедицию для отыскания селитряных местонахождений, вел исследования, направленные на совершенствование методов очистки и анализа селитры. Способы очистки селитры, разработанные А.Л. Лавуазье и А. Боме, дошли и до нашего времени. По инициативе Лавуазье, в 1773 г. Парижская академия наук назначила премию за лучшее исследование, касающееся способа наиболее выгодного производства селитры, причем программа работы была детально продумана самим французским ученым. Лавуазье широко пропагандировал способ отбеливания тканей хлором, открытый К.Л. Бертолле, а также неустанно занимался популяризацией химических знаний. Будучи прекрасным экспериментатором, он устраивал публичные демонстрации опытов не только в своей лаборатории, но и во многих общественных местах, причем приглашал на эти демонстрации не только специалистов-химиков, но и непосвященную публику, пробуждая таким образом интерес к науке у широкого круга людей. Одновременно Лавуазье принимал активное участие в работе Комиссии по разработке метрической системы мер и весов.

Кипучая энергия великого французского ученого проявлялась и в его разносторонней общественной деятельности. Все отчеты А.Л. Лавуазье обнаруживали его необыкновенную способность смотреть в корень проблемы, носили печать ясного, дисциплинированного и уравновешенного ума. Биографы французского ученого свидетельствуют о его благородной натуре; в своей общественной деятельности он опирался на гуманные принципы и представления об общем благе. Это, в частности, проявилось в исследовании тюрем, предпринятом Лавуазье по поручению академии, а также в его деятельности, направленной на улучшение положения простых земледельцев. Ученый настаивал на необходимости устроить около Парижа опытное поле для агрономических экспериментов; сочинял провинциальным собраниям инструкции, касающиеся самых разнообразных сельскохозяйственных вопросов.

Занимаясь только научными исследованиями, Лавуазье не мог обеспечить достойного существования своей семье. По этой причине он стал генеральным откупщиком — чиновником, владеющим правом взыскивать государственные налоги с населения. Во времена Великой французской революции по декрету от 24 ноября 1793 г., как и многие другие откупщики, Лавуазье был арестован и предан суду якобинского трибунала. Вместо того чтобы бежать за границу, он отдался в руки властей в тщетной надежде на то, что его выдающиеся научные и общественные заслуги перед отечеством найдут признание у Конвента.

Многие историки науки обвиняют коллег великого французского ученого (и в первую очередь Морво, Фуркруа, Бертолле и Лапласа, которые состояли в дружеских отношениях с самыми видными революционерами и даже посещали заседания Якобинского клуба) в том, что они не приняли должного участия в судьбе Лавуазье. Только математик Жан Шарль Борда и кристаллограф аббат Рене Жюст Гаюи осмелились направить в Комитет общественной безопасности петицию в защиту человека, чьи заслуги перед наукой были столь высоки. Однако несмотря на это 8 мая 1794 г. выдающийся ученый был казнен на гильотине как явный враг и грабитель французского народа. Лавуазье проявил стойкость перед лицом обрушившихся на него несчастий и достойно встретил свою смерть, доказав, что он был не только великим ученым, но и мужественным человеком. Выдающийся математик Жозеф Луи Лагранж с нескрываемой горечью сказал о казни Лавуазье: «Понадобился лишь один момент, чтобы отрубить голову, подобную которой, может быть, не найти и в течение ста лет».

А.Л. Лавуазье прожил короткую, но удивительно яркую творческую жизнь. В историографической литературе можно встретить различные точки зрения на его вклад в науку. Соотечественники ученого высказываются о нем исключительно в восторженных тонах (один из его биографов — Э. Гримо писал: «Вся современная наука есть только развитие трудов Лавуазье»). C другой стороны, в работах немецких историков можно увидеть стремление несколько преуменьшить его роль, оспаривая приоритет установления качественного состава воды.

А.Л. Лавуазье является создателем первой подлинно научной фундаментальной теоретической концепции в химии, определившей направление последующих исследований. Ф. Энгельс писал, что великий французский ученый «впервые поставил на ноги всю химию, которая в своей флогистонной форме стояла на голове». Лавуазье направил химию на путь открытия и изучения истинных химических элементов, при взаимодействии которых образуется бесконечное разнообразие природных и созданных в лаборатории химических соединений.

Благодаря трудам Лавуазье, химия во Франции раньше, чем в других странах, освободилась от тормозившей ее развитие флогистонной теории, стала лидировать в химических исследованиях и сохраняла это положение в течение первой половины XIX в. Несмотря на преждевременную трагическую кончину великого ученого, влияние антифлогистонной кислородной теории распространялось и в других странах Европы. В Англии антифлогистонную систему поддержали Джозеф Блэк, Уильям Хиггинс (см. гл. 8, п. 8.4), а в Германии — Мартин Генрих Клапрот, Христиан Гиртаннер и Сигизмунд Фридрих Гермбштедт. В Германии считалось очень патриотичным придерживаться теории флогистона, поскольку ее автор Г.Э. Шталь был немцем. Поэтому выступление М.Г. Клапрота и других немецких ученых в поддержку теории Лавуазье лишний раз подчеркивает чрезвычайную актуальность открытий, сделанных великим французским химиком.

Одной из наиболее важных заслуг А.Л. Лавуазье перед химией является разработка метода точных количественных измерений как основного критерия истинности научного знания. Систему Лавуазье отмечают логическая стройность и единство. Лавуазье внес в химию тот метод строгой критики и отчетливого анализа явлений, который до него уже оказался столь плодотворным в других областях точного знания: в механике, физике, астрономии. Лишь признав необходимость точных доказательств для подтверждения истинности теоретических концепций, химия превратилась в современную науку. В этом отношении исследования Лавуазье составляют важное звено в цепи научных изысканий, которые ставили целью открытие законов, управляющих явлениями природы. Имя А.Л. Лавуазье стоит в одном ряду с именами основоположников научной методологии современного естествознания, каковыми являются Г. Галилей, И. Ньютон и И. Кеплер.

Не будет большим преувеличением сказать, что работы А.Л. Лавуазье следует рассматривать как начало революции в химии, которая закончилась созданием атомистической теории Джона Дальтона, молекулярного учения Амедео Авогадро и формированием нового научного химического мировоззрения.

 

6.8. Краткие биографические данные ученых

ГАЛИЛЕЙ (Galilei) Галилео (1564–1642), итальянский ученый, один из основателей точного естествознания. Боролся против схоластики, считал основой познания опыт. Заложил основы современной механики: выдвинул идею об относительности движения, установил законы инерции, свободного падения и движения тел по наклонной плоскости, сложения движений; открыл изохронность колебаний маятника; первым исследовал прочность балок. Построил телескоп с 32-кратным увеличением и открыл горы на Луне, 4 спутника Юпитера, фазы у Венеры, пятна на Солнце. Активно защищал гелиоцентрическую систему мира, за что был подвергнут суду инквизиции (1633), вынудившей его отречься от учения Н. Коперника. До конца жизни Галилей считался «узником инквизиции» и принужден был жить на своей вилле Арчетри близ Флоренции. В 1992 г. папа Иоанн Павел II объявил решение суда инквизиции ошибочным и реабилитировал Галилея.

НЬЮТОН (Newton) Исаак (1643–1727), английский математик, механик, астроном и физик. Создатель классической механики, член (1672) и президент (с 1703) Лондонского королевского общества. Фундаментальные труды: «Математические начала натуральной философии» (1687) и «Оптика» (1704). Разработал (независимо от Г. Лейбница) дифференциальное и интегральное исчисления. Открыл дисперсию света, хроматическую аберрацию, исследовал интерференцию и дифракцию, развивал корпускулярную теорию света, высказал гипотезу, сочетавшую корпускулярные и волновые представления. Построил зеркальный телескоп. Сформулировал основные законы классической механики. Открыл закон всемирного тяготения. Создал теорию движения небесных тел, сформулировал основы небесной механики. Пространство и время считал абсолютными. Работы Ньютона намного опередили общий научный уровень его времени и были мало понятны современникам. Помимо научной деятельности наладил монетное дело в Англии, был директором Монетного двора. Теологические труды посвятил толкованию библейских пророчеств (большей частью не опубликованы).

ТОРРИЧЕЛЛИ (Torricelli) Эванджелиста (1608–1647), итальянский физик и математик, ученик Г. Галилея. Изобрел ртутный барометр, открыл существование атмосферного давления и вакуума (торричеллиева пустота). Вывел формулу, которая была названа его именем.

ГЕРИКЕ (Guericke) Отто фон (1602–1686), немецкий физик. Изобрел (ок. 1650) воздушный насос и осуществил с ним ряд опытов (в том числе опыт с «магдебургскими полушариями») для доказательства существования атмосферного давления. Построил электрическую машину, обнаружил электрическое отталкивание.

БОЙЛЬ (Boyle) Роберт (1627–1691), английский химик и физик. Один из учредителей Лондонского королевского научного общества. Ввел в химию экспериментальный метод, положил начало химическому анализу (ввел сам термин «химический анализ» (1654)). Способствовал становлению химии как науки. Установил (1662) один из газовых законов (закон Бойля — Мариотта). Его исследования положили начало новой химической науке. Был великолепным экспериментатором и неутомимым наблюдателем, что позволило ему сделать открытия в различных областях химии. Круг его интересов был очень широк. Систематизируя многочисленные цветные реакции и реакции осаждения, положил начало развитию аналитической химии. Многие из описанных им реакций до сих пор используются в качественном анализе для определения того или иного вещества. На протяжении практически всей научной деятельности внимание Бойля привлекал процесс горения. Ученый обнаружил, что при обжиге металлов зола всегда была тяжелее взятого металла. Бойль сделал ряд открытий, но так и не смог дать правильного объяснения горению, поскольку, подобно многим ученым того времени, считал, что в огне содержится особый элемент «теплород». Он доказал, что при дыхании и при горении расходуется только часть воздуха. Занимался изучением фосфора. Впервые синтезировал фосфорную кислоту, газ фосфин и описал их свойства. Разрабатывая лучшие методы получения фосфора, он в 1680 г. получил белый фосфор, который долгое время называли фосфором Бойля. Внес огромный вклад в развитие теоретических основ химической науки. Предпринял попытку систематизировать химические вещества, разделить на группы в соответствии с их свойствами. В книге «Химик-скептик» (1661) развил свои идеи о химических элементах, изложил основы корпускулярной теории строения вещества применительно к химии. Бойль критиковал учение Аристотеля и алхимиков и пытался объяснить превращения химических веществ на основе корпуляристских представлений. Многие из его учеников и помощников стали впоследствии известными учеными.

МАРИОТТ (Mariotte) Эдм (1620–1684), французский физик. Первым описал слепое пятно на сетчатке глаза. Автор одного из газовых законов (закон Бойля-Мариотта) (1676). Исследовал движение жидкостей, дифракцию света и др.

ГУК (Хук) (Hooke) Роберт (1635–1703), английский естествоиспытатель, разносторонний ученый и экспериментатор, архитектор. Открыл закон, названный его именем (1660). Высказал гипотезу тяготения. Сторонник волновой теории света. Улучшил и изобрел многие приборы, установил (совместно с X. Гюйгенсом) постоянные точки термометра. Усовершенствовал микроскоп и установил клеточное строение тканей, ввел термин «клетка».

МЭЙОУ (Mayow) Джон (1641–1679), английский химик, врач и физиолог. Один из представителей пневматической химии. В 1659 г. поступил в Оксфордский университет на факультет права. Бакалавр (1665) и доктор права (1670). В качестве основной профессии выбрал медицину и естествознание. Имел медицинскую практику в Бате. В 1668 г. издал трактат, посвященный изучению процесса дыхания. Продолжал эксперименты Р. Бойля, направленные на изучение процесса горения. Установил, что горение поддерживает лишь некоторая часть воздуха, которую он называл «spiritus igneo-aereus» или «nitro-aereus». По предложению R Гука в 1678 г. был избран членом Королевского научного общества.

ЛЕМЕРИ Николя (1645–1715), французский химик. Активный противник алхимии. Был блестящим преподавателем и популяризатором химии. Его книга «Курс химии» (1675), получившая признание благодаря ясному и логичному изложению основных понятий, при жизни автора выдержала 10 изданий. Труды Н. Лемери способствовали развитию фармации и распространению химических знаний.

БЕХЕР (Becher) Иоганн Иоахим (1635–1682), немецкий химик и врач. Считается предшественником создателей первой химической теории — теории флогистона. Служил при дворах многих немецких князей. В области химии прославился своей книгой «Подземная физика» (1669). Модернизировал учение Парацельса о трех принципах и представил свою теорию о трех «землях» или трех видах первоматерии, которые возникают из одной первичной «земли». Одна из этих субстанций — «жирная земля» или «горючая земля» (terra pingius) — по смыслу в чем-то соответствует алхимическому принципу сере, однако не совсем идентична ей по своим свойствам. Согласно представлениям Бехера, «жирная земля» содержится во всех горючих веществах или телах, способных к окислению, и выделяется в процессе горения. Наблюдал при действии серной кислоты на винный спирт выделение горючего газа (этилена) (1669).

УАТТ (Watt) Джеймс (1736–1819), английский изобретатель, создатель универсального теплового двигателя. Изобрел (1774–1784) паровую машину с цилиндром двойного действия, в которой применил центробежный регулятор, передачу от штока цилиндра к балансиру с параллелограммом и др. (патент 1784 г.). Машина Уатта сыграла большую роль в переходе к машинному производству.

MAKEP (Macquer) Пьер Жозеф (1718–1784), французский химик. Активный сторонник теории флогистона. Наиболее известной книгой является «Химический словарь» («Dictionnaire chymie»), опубликованный в 1766 г. Занимался практической химией — изучал лекарственные препараты. Развивал во Франции производство фарфора. Противодействовал антифлогистонной теории А.Л. Лавуазье.

БУРГАВЕ (Бурхаве) (Boerhaave) Герман (1668–1738), нидерландский врач, ботаник и химик. Основатель так называемой лейденской медицинской школы, первой научной клиники. Пытался связать анатомию и физиологию с практическим опытом. Автор руководства «Основания химии» (Т. 1–2, 1732).

БЛЭК Джозеф (1728–1799), шотландский химик и физик. Иностранный почетный член Петербургской АН (1783). Открыл диоксид углерода (1754). Установил существование скрытых теплот плавления и парообразования (1757). Ввел понятие теплоемкости (1760). После опубликования работ А.Л. Лавуазье способствовал дискредитации теории флогистона.

КАВЕНДИШ (Cavendish) Генри (1731–1810), английский физик и химик. Исследовал свойства многих газов, получил водород и углекислый газ (1766), определил состав воздуха (1781) и химический состав воды (1784). C помощью изобретенных им крутильных весов подтвердил закон всемирного тяготения. Определил массу Земли (1798). Установил закон взаимодействия электрических зарядов (опубликован в 1879). Экспериментально исследовал электрические и тепловые явления.

ПРИСТЛИ (Priestley) Джозеф (1733–1804), английский химик, философ, сторонник деизма. В 1794 г., преследуемый реакционными кругами, эмигрировал в США. Иностранный почетный член Петербургской АН (1780). В сочинении «Исследования о материи и духе» (1777) утверждал, что природа материальна, дух — свойство материи. Развивал учение Д. Гартли об ассоциациях. Открыл кислород (1774). Получил хлористый водород и аммиак (1772–1774). Показал, что зеленые растения «исправляют» воздух, испорченный дыханием. Отстаивал теорию флогистона.

ШЕЕЛЕ (Scheele) Карл Вильгельм (1742–1786), шведский химик, член Королевской АН Швеции. По профессии аптекарь, работал в Гетеборге. Был прекрасным экспериментатором. Его работы охватывают многие разделы химии. Первым получил кислород, но результаты исследований опубликовал после Дж. Пристли; впервые получил многие неорганические и органические соединения, в том числе хлор (1774), глицерин, синильную кислоту (1782), ряд органических кислот. Был сторонником теории флогистона.

РЕЗЕРФОРД Даниель (1749–1819), шотландский химик, ботаник и врач. Окончил Эдинбургский университет (д-р медицины, 1777). Работал практикующим врачом. C 1786 г. профессор Королевского ботанического сада в Эдинбурге. В историю химии вошел как первооткрыватель азота.

РЕЙ (Rey) Жан (1583–1645), французский врач и химик. Родился в г. JIe Бюгье. Изучал медицину в университете Монпелье. Был практикующим врачом в своем родном городе. Состоял в переписке с P Декартом. Проявлял интерес к исследованиям в области химии. Установил, что масса свинца и олова увеличивает при прокаливании. Увеличение массы металлов пытался объяснить их взаимодействием с воздухом. Высказывал предположение, что воздух проникает в металлы и связывается с ними. Одним из первых утверждал, что воздух имеет массу. Разработал устройство («термоскоп»), которое послужило прообразом термометра.

ЖОФФРУА (Geoffroy) Этьен Франсуа (1672–1731), французский физик и химик. Член Парижской АН с 1699 г. Родился в Париже, получил образование в Фармацевтической школе и университете Монпелье. В течение ряда лет был практикующим врачом. В 1707–1709 гг. был профессором химии в Королевском Ботаническом саду, с 1709 г. — профессор фармации и медицины в Коллеж де Франс. Основные исследования Жоффруа проводил в области общей и неорганической химии. Выдвинул первые представления о количественной оценке химического сродства. Составил таблицы веществ по их взаимному сродству (1718). Участвовал в полемике, направленной против алхимии. Описал методы синтеза некоторых солей и разработал основы титриметрического метода волюмометрического анализа.

БРАНДТ (Brandt) Георг (1694–1768), шведский химик и минералог. Руководил химической лабораторий в Совете рудников Швеции. C 1730 г. начальник Королевского монетного двора. Основные труды по изучению мышьяка и его соединений. Открыл кобальт (1735) и изучил его свойства.

КРОНСТЕДТ (Кронштедт) (Cronstedt) Аксель Фредрик (1722–1765), шведский минералог и химик. Член Королевской АН Швеции. Основные исследования посвящены анализу состава природных неорганических веществ. Первым положил в основу классификации минералов их химический состав. Открыл никель (1751).

ГАН (Gahn) Юхан Готлиб (1745–1818), шведский минералог и химик. В 1770–1784 гг. директор медеплавильного завода в Фалуне. Основные исследования в области минералогии и неорганической химии. Описал многие минералы Швеции и провел анализ их химического состава. В 1774 г. при исследовании минерала пиролюзита получил металлический марганец, изучил его свойства. Известен также своей педагогической деятельностью.

ЛАВУАЗЬЕ (Lavoisier) Антуан Лоран (1743–1794), французский химик, один из основоположников современной химии. Был одним из управляющих Департамента порохов и селитр. Систематически применял в химических исследованиях количественные методы. Выяснил роль кислорода в процессах горения, окисления и дыхания (1772–1777), чем опроверг теорию флогистона. Создал кислородную теорию горения и строения химических соединений. Сформулировал экспериментально-релятивистское определение понятия «химический элемент». Один из основателей термохимии (закон Лавуазье-Лапласа). Экспериментально доказал закон сохранения массы. Руководил разработкой новой химической номенклатуры (1786–1787). Автор классического курса «Элементарный курс химии» (1789). В 1768–1791 гг. генеральный откупщик; во время Великой французской революции по суду революционного трибунала в числе других откупщиков приговорен к смертной казни. Гильотинирован 8 мая 1794 г.

РУЭЛЬ (Rouelle) Гийом Франсуа (1703–1770), французский химик и аптекарь. Научная деятельность Г.Ф. Руэля была направлена на разработку теоретических вопросов химии. В 1754 г. ввел в химию понятие основания как вещества, которое реагирует с кислотой с образованием соли. Обогатил теоретическую химию точным определением понятия «соли» как продукта взаимодействия между кислотой и основанием. C 1738 г. занимался преподавательской деятельностью. Среди учеников Г.Ф. Руэля были А.Л. Лавуазье и Ж. Пруст.

ЛАПЛАС (Laplace) Пьер Симон (1749–1827), французский астроном, математик, физик, иностранный почетный член Петербургской АН (1802). Автор классических трудов по теории вероятностей и небесной механике (динамика Солнечной системы в целом и ее устойчивость и др.): «Аналитическая теория вероятностей» (1812) и «Трактат о небесной механике» (Т. 1–5, 1798–1825); труды по дифференциальным уравнениям, математической физике, теории капиллярности, теплоте, акустике, геодезии и др. Предложил космогоническую гипотезу (гипотеза Лапласа) (1796). Классический представитель механистического детерминизма.

MOPBO Луи Бернар Гитон де (1737–1816). Был судьей, затем посвятил себя химии. Первым выдвинул идею о номенклатуре и на этой почве стал сотрудничать с А.Л. Лавуазье.

БЕРТОЛЛЕ (Berthollet) Клод Луи (1748–1822), французский химик. C 1780 г. член Парижской академии наук. Основатель учения о химическом равновесии. Занимался изучением естественных наук и организацией химических и металлургических производств. C 1794 г. профессор Высшей нормальной и Политехнической школ в Париже. В 1798–1799 гг. научный консультант Наполеона Бонапарта во время Египетского похода. Одним из первых поддержал антифлогистическое учение А. Лавуазье. Разработал (совместно с Лавуазье и др.) новую химическую номенклатуру. В отличие от Ж. Пруста считал состав химических соединений переменным. Установил состав аммиака, природного газа, синильной кислоты, сероводорода. Открыл хлорат калия (1785), названный позднее бертолетовой солью.

ФУРКРУА (Fourcroy) Антуан Франсуа (1755–1809), французский химик и политический деятель. Иностранный почетный член Петербургской АН (1802). Разработал (совместно с А. Лавуазье и др.) новую химическую номенклатуру. Содействовал распространению антифлогистических воззрений в химии. Член национального Конвента в 1793 г. В 1801–1808 гг. министр просвещения Франции.

БОРДА (Borda) Жан Шарль (1733–1799), французский физик и геодезист. Определил длину секундного маятника в Париже (1792). Труды по гидравлике.

ГАЮИ (Аюи) Рене Жюст (1743–1822), французский кристаллограф и минералог, иностранный почетный член Петербургской АН (1806). Открыл один из основных законов кристаллографии (закон Гаюи).

ЛАГРАНЖ (Lagrange) Жозеф Луи (1736–1813), французский математик и механик, иностранный почетный член Петербургской АН (1776). Труды по вариационному исчислению, где им разработаны основные понятия и методы, математическому анализу, теории чисел, алгебре, дифференциальным уравнениям. В трактате «Аналитическая механика» (1788) в основу статики положил принцип возможных перемещений, в основу динамики — сочетание этого принципа с принципом Д’Аламбера (принцип Д’Аламбера — Лагранжа), придал уравнениям движения формулу, названную его именем.

БОМЕ (Baume) Антуан (1728–1804), французский химик, фармацевт и технолог. Изобрел ареометр (1708), названный его именем. Организовал производство нашатыря (хлорида аммония) (1770). Внес усовершенствования в производство фарфора. В книгах «Элементы теоретической и практической фармации» (1762) и «Экспериментальная и систематическая химия» (Т. 1–3, 1773) обстоятельно изложены сведения по химии конца XVIII в. с позиции теории флогистона.

КЛАПРОТ (Klaproth) Мартин Генрих (1743–1817), немецкий химик. Иностранный почетный член Петербургской АН (1805). Труды по неорганической и органической химии. Открыл уран и цирконий (1789), титан (1795). Повторил в 1792 г. на заседании Берлинской АН опыты А. Лавуазье, чем способствовал признанию его воззрений в Германии. Открыл явление полиморфизма (1798), установив, что минералы кальцит и арагонит имеют одинаковый химический состав — CaCO3.

ШАПТАЛЬ ДЕ ШАНТЕЛУ (Chaptal de Chanteloup) Жан Антуан Клод (17561832), французский химик и государственный деятель. Иностранный почетный член Петербургской АН (1820). Труды по прикладной химии. Разработал способы получения соды из поваренной соли, производства серной кислоты.