История химии с древнейших времен до конца XX века. В 2 т. Т. 1

Миттова Ирина Яковлевна

Самойлов Александр Михайлович

ГЛАВА 6.

РАЗВИТИЕ ХИМИИ В XVII–XVIII вв.

 

 

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.