ПРЕДМЕТ И ОБЩИЕ ЗАДАЧИ ИСТОРИИ ХИМИИ

В развитии химических наук и химической техники приняли участие многие тысячи ремесленников, химиков-практиков, врачей, технологов, изобретателей и ученых сотен поколений. Все они внесли тот или иной вклад в сокровищницу знаний. Но деятельность подавляющего большинства творцов химии обычно не находит отражения в трудах по истории химии. Это не означает, однако, что труды всех этих тружеников науки и техники были не нужны и бесполезны. Развитие науки, особенно в новейшие исторические эпохи, невозможно представить без участия целой армий рядовых исследователей. История химии, однако, может рассматривать лишь деятельность наиболее видных ученых, выдвигавших и решавших фундаментальные проблемы науки, которые определяли магистральные пути научного и технического прогресса.

 

ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ И УСЛОВИЯ РАЗВИТИЯ ХИМИИ В ПЕРИОД ТЕОРИИ ФЛОГИСТОНА

Развитие химии в период господства теории флогистона ознаменовалось значительными успехами, в частности, в накоплении нового экспериментального материала, на основе которого и были в дальнейшем пересмотрены старые представления о веществах и их превращениях. Было положено начало систематическим исследованиям состава веществ, главным образом минерального происхождения. Начиная с середины XVIII в. в химическую практику постепенно вошли методы и приемы качественного химического анализа, многие из которых стали классическими и легли в основу аналитической химии, получившей самостоятельное значение в качестве одной из химических наук уже в начале девятнадцатого столетия.

Во второй половине XVIII в. возникли и методы весового количественного анализа. На первых порах его задачей был не полный элементарный анализ сложных веществ, а лишь определение относительного содержания кислот и оснований в составе солей и минералов. В конце XVIII в. появились некоторые примитивные приемы объемного анализа (титрование).

В результате развития химико-аналитических исследований во второй половине XVIII в. были изучены многие соли, кислоты и основания, установлен химический состав ряда минералов и, наконец, было открыто несколько новых элементов. Для дальнейшего развития химических теорий особенно важным оказалось установление в конце периода господства флогистической теории стехиометрических отношений составных частей в сложных соединениях и, прежде всего, отношений количеств кислот и оснований в солях. Именно на основе многочисленных анализов солей и других веществ в дальнейшем были открыты основные законы химии.

Химико-аналитическое направление исследований в этот период получило настолько важное значение для прогресса химических знаний, что историки химии не без оснований называют вторую половину XVIII в. аналитическим периодом в развитии химии.

Исследование химических превращений, сопровождавшихся выделением газов, привело к возникновению специального интереса у химиков к этим веществам, в то время еще весьма мало изученным. В течение семидесятых и восьмидесятых годов XVIII в. были открыты многие новые газы как элементарной природы (кислород, водород, азот), так и сложного состава. Изучение свойств этих газов и их роли в химических и жизненных процессах привело к полному пересмотру взглядов на химическую сущность явлений горения и дыхания. Двадцатилетний период открытия и изучения газов во второй половине XVIII в. обычно называют периодом пневматической химии.

Одним из важных результатов флогистического периода было преодоление старых традиционных представлений, оставшихся, как уже было сказано, в наследство от алхимического и иатрохимического периодов, о составе веществ и химических явлениях. К концу XVIII в. химия полностью освободилась от алхимической идеи о возможности трансмутации металлов при помощи философского камня, идеи, которая владела умами даже выдающихся ученых конца семнадцатого столетия. Однако не все предрассудки, укоренившиеся в сознании ученых в XVI и XVII вв., были преодолены в течение рассматриваемого периода. Так, например, теория «невесомых флюидов», будто бы играющих особую роль в химических процессах, не только сохранилась, но и оказалась основой учения о флогистоне.

В XVIII в. лишь отдельные передовые ученые выступали с критикой этой господствующей теории. В середине столетия М. В. Ломоносов, на основе своих теоретических представлений, выступил против распространенных в науке представлений о теплороде, или «огненной материи». Опираясь на развитое им самим атомно-молекулярное учение, он разработал механическую теорию тепла, отчасти использовав идеи своих предшественников, и нашел новые аргументы в пользу принципа сохранения веса вещества и сохранения движения. На базе всего этого он сформулировал новые задачи химии как науки в противовес определениям своих современников, рассматривавших химию лишь как искусство.

Однако подавляющее большинство химиков XVIII в. продолжали упорно держаться старых представлений о главенствующей роли «невесомых флюидов» в химических процессах, особенно флогистона и теплорода. Предпринимавшиеся Ломоносовым и другими передовыми (начиная со Шталя) учеными попытки рассматривать флогистон как материальное вещество, естественно, не могли привести к положительным результатам. Дело в том, что изолировать флогистон и изучить его химическую природу не удавалось в течение всего XVIII в. Лишь в конце XVIII в. в свете новых фактов, добытых химиками-аналитиками и химиками-пневматиками, стало вполне очевидным, что никакого флогистона в природе не существует. Однако и после этого химики, в том числе и весьма авторитетные, еще долгое время придерживались теории невесомых флюидов.

Процесс развития химии в XVIII в. происходил в разных странах Европы по-разному. В Германии, например, — на родине флогистона — и главным образом в Пруссии основное внимание химиков было сосредоточено на решении отдельных проблем прикладной химии и химической технологии. В Англии и Швеции, решая те же проблемы, химики успешно вели исследования и в новой области — пневматической химии, изучали методы получения и свойства разнообразных газов. Французские химики, мало проявлявшие себя в серьезных исследованиях в середине XVIII в., к концу столетия добились весьма крупных успехов как в области экспериментальной, так и, в особенности, в области теоретической химии. Франция оказалась родиной «химической революции». С середины XVIII в. активное и плодотворное участие в разработке важнейших проблем химии стали принимать и русские ученые, начиная с М. В. Ломоносова. Такое «разделение труда» химиков разных стран Европы было связано с особенностями социально-экономической обстановки в каждой из этих стран.

Период господства теории флогистона в Европе характеризовался быстрым ростом и развитием капиталистического производства, усилением роли и влияния буржуазии в политической и общественной жизни общества. Большинство европейских государств в эту эпоху по политическому устройству оставалось еще феодальным. Во Франции, Германии, России, Австрии, Швеции и других странах сохранялись еще абсолютистские монархии, во многих странах в различных формах удерживались крепостнические порядки.

Главной причиной довольно многочисленных военных конфликтов между европейскими государствами в XVIII в. (в отличие от религиозных войн прошлых веков) была борьба за колонии. Войны велись и за расширение территорий отдельных государств, за рынки сбыта в Европе, за усиление экономического и политического влияния отдельных государств. В колониальных войнах более всех преуспела Англия. К концу столетия она сделалась наиболее крупной колониальной державой, отняв у Франции и Испании значительную часть их заморских владений.

В Англии в отличие от других европейских государств развитие капитализма происходило в XVIII в. особенно быстрыми темпами. Возникший еще в эпоху английской буржуазной революции (XVII в.) союз буржуазии с частью феодального дворянства особенно окреп после свержения династии Стюартов (1688) и в процессе завоевания и освоения заморских колоний. Поэтому английская буржуазия пользовалась значительными правами в экономической, политической и общественной жизни своей страны, в то время как буржуазия Франции, Германии и некоторых других стран, по существу, оставалась бесправной. Поэтому во второй половине XVIII в. Англия уже стала классической страной капитализма.

Последние десятилетия XVIII в. в Англии ознаменовались «промышленной революцией». Первая стадия этой революции состояла в замене ручного труда мастеров-ремесленников капиталистических мануфактур машинным производством. Промышленная революция началась с изобретения механических ткацких, прядильных и других машин и внедрения их в текстильное производство и быстро перекинулась на другие отрасли промышленности. Изобретение и внедрение машин и станков поставило на очередь проблему создания мощного и надежного двигателя. Такой двигатель действительно скоро появился. Это паровая машина Джемса Уатта (1736–1819), явившаяся значительным усовершенствованием ранее известных паровых машин (Ньюкомена, Ползунова и др.).

Простейшие машины и механические приспособления и ранее применялись в мануфактурных производствах (мельницы, подъемники и пр.). Обычно они приводились в движение механической энергией воды. Крупные мануфактуры (например, железоделательные заводы в России) строились по берегам рек, на которых воздвигались плотины. Таким образом, проблема использования водной механической энергии сводилась лишь к ее передаче к соответствующему устройству. В паровых двигателях была практически решена проблема превращения тепловой энергии в механическую. В связи с этим перед физикой и химией возникли новые задачи как в области изучения явлений горения, природы тепла, тепловых эффектов химических реакций и т. п., так и в области практического использования тепловой энергии.

Промышленная революция настоятельно требовала от естествоиспытателей и, в частности, от химиков решения ряда других важных научно-технических вопросов, в особенности поисков и переработки различных видов минерального и органического сырья, усовершенствования технологии химической переработки и отделки разнообразных материалов, расширения химико-аналитических исследований и т. д.

Большое влияние на развитие естественных наук во второй половине XVIII в. оказала новая идеология передового в то время класса буржуазии, боровшегося против старых феодальных порядков. Новые идеологические течения нашли яркое выражение в произведениях французских просветителей, философов-материалистов и энциклопедистов в эпоху, предшествовавшую французской буржуазной революции 1789 г.

Французские просветители Ф. Вольтер (1694–1778) и, особенно, Ж. Ж. Руссо (1712–1778) в своих сочинениях резко и остроумно высмеивали предрассудки феодального общества, религиозную схоластику, реакционные лженауки и всю старую философию. Они требовали свободного развития наук и искусств, свободы мысли, освобождения личности от религиозно-церковного порабощения.

Еще дальше в критике реакционных основ идеологии феодального общества пошли французские материалисты и энциклопедисты. Они решительно выступали не только против религиозной схоластики, но и против самой идеи существования божества. Базируясь на материалистических положениях философии Ф. Бэкона и его последователей, французские материалисты обобщили в основанном ими новом мировоззрении достижения естествознания. Они указывали на то, что философия беспочвенна без науки, так же как и наука без философии лишена своей принципиальной основы. В сочинениях Д. Дидро (1713–1784), П. Гольбаха (1723–1789) и других философов-материалистов излагаются представления о материи и движении как объективной реальности, а также материалистическое учение о пространстве и времени.

Стремясь связать достижения науки с производством и потребностями практики и общественной жизни, Д. Дидро и Ж. Л. Д'Аламбер (1717–1783) предприняли грандиозное издание «Энциклопедии наук, искусств и ремесел», в которой был обобщен огромный фактический материал науки и техники того времени. Однако энциклопедисты, как и вообще французские материалисты, подвергались яростным преследованиям со стороны реакционеров и духовенства. Поэтому начатое в 1752 г. издание «Энциклопедии» удалось закончить лишь через 20 лет (17 основных и 11 дополнительных томов). «Энциклопедия» оказала значительное влияние на развитие науки и техники как в самой Франции в эпоху буржуазной революции 1789–1794 гг., так и в других европейских странах.

В течение флогистического периода в различных областях естествознания наблюдался значительный прогресс. К этому периоду относится, в частности, зарождение минералогии, ботаники и зоологии как самостоятельных наук. В этих областях естествознания, как, впрочем, и в других, происходило настолько интенсивное накопление фактического материала, что уже во второй половине XVIII в. возникла настоятельная потребность в его систематизации. В ряде естественнонаучных произведений этого периода можно констатировать стремление к систематизации и классификации по различным признакам (минералов, растений и животных), к введению систем научной номенклатуры.

Назовем здесь, в частности, «Естественную историю» Ж. Л. Бюффона (1707–1788) — большое 36-томное издание (1749–1788), в дальнейшем продолженное после смерти Бюффона. В этом сочинении описано множество различных животных. Новый материалистический подход к объяснению природы получил здесь отражение во взглядах, правда, еще недостаточно определенно выраженных, об изменчивости видов под влиянием внешних условий. В других сочинениях Бюффон рассматривает происхождение и геологическую историю земли, разделенную им на семь больших периодов.

Большое влияние на развитие естествознания, в том числе и химии, оказали труды шведского ученого К. Линнея (1707–1778) — создателя системы классификации и номенклатуры растений и животных. Линней описал около 10 000 растений, расположив их и назвав в соответствии с им самим разработанными принципами. Упомянем также о работах по электричеству В. Франклина (1706–1790) и об открытии астрономом Ф. В. Гершелем (1738–1822) планеты Уран.

Деятельность большинства естествоиспытателей этого периода отразила в себе революционные идеи новой материалистической философии, ставшей мировоззрением буржуазии и знаменем французской революции. Особенно следует отметить стремление естествоиспытателей связать свои научные исследования с запросами производства и потребностями нового общественного строя, зарождавшегося в недрах феодализма.

Оценивая характер развития науки XVIII в., Ф. Энгельс писал: «…Вместе с расцветом буржуазии, шаг за шагом шел гигантский рост науки. Возобновились занятия астрономией, механикой, физикой, анатомией, физиологией. Буржуазии для развития ее промышленности нужна была наука, которая исследовала бы свойства физических тел и формы проявления сил природы. До того же времени наука была смиренной служанкой церкви, и ей не позволено было выходить за рамки, установленные верой; короче — она была чем угодно, только не наукой. Теперь наука восстала против церкви; буржуазия нуждалась в науке и приняла участие в этом восстании».

Необходимо, однако, указать на метафизический характер научного материализма второй половины XVIII в. Изучая природу, классифицируя и систематизируя произведения, естествоиспытатели не пытались представить ее в развитии, в динамике, а рассматривали ее как нечто неизменное. «Но что особенно характеризует рассматриваемый период, — писал Ф. Энгельс, — так это — выработка своеобразного общего мировоззрения, центром которого является представление об абсолютной неизменяемости природы. Согласно этому взгляду, природа, каким бы путем она сама ни возникла, раз она уже имеется налицо, оставалась всегда неизменной, пока она существует».

Важнейшим и необходимым условием для освобождения химии от реакционного наследия прошлого в рассматриваемую эпоху явился процесс накопления экспериментального материала и новых фактов о составе веществ и природе химических явлений. По содержанию исследовательская деятельность химиков в середине и во второй половине XVIII в. все больше и больше стала отличаться от деятельности иатрохимиков, главным образом воспроизводивших по рецептам лекарственные смеси. Именно это изменение и привело к превращению химии из искусства в науку. На основе накопленного нового фактического экспериментального материала в последней четверти XVIII в. и совершилась «химическая революция».

Таким образом, деятельность химиков, начиная с середины XVIII в., следует рассматривать как подготовку «химической революции». Своими химико-аналитическими исследованиями и вновь открытыми явлениями и установленными фактами химики шаг за шагом подтачивали казавшееся незыблемым и стройным флогистическое учение до тех пор, пока оно окончательно не рухнуло. Вот почему эта эпоха может быть охарактеризована как эпоха кризиса теории флогистона.

 

ХИМИЯ В РОССИИ В СЕРЕДИНЕ XVIII ВЕКА. М. В. ЛОМОНОСОВ

В середине восемнадцатого столетия теория флогистона переживала период своего расцвета. Она стала общепризнанной во всех странах Европы.

Признание флогистона в качестве основного агента химических процессов, сопровождавшихся выделением тепла и света и другими явлениями, привело к оживлению старых представлений об особой роли «невесомых флюидов» в химических процессах. В частности, возродилось старинное учение о теплоте как некоторой «материальной» и в то же время невесомой жидкости, способной «переливаться» из одного тела в другое. Правда, еще в начале XVIII в., как мы уже видели, некоторые физики (Декарт, Гук и др.) подвергали сомнениям такого рода представления и выступали в пользу механистической теории тепла, хотя и в несколько наивной форме.

Однако к середине XVIII в. эти прогрессивные точки зрения оказались полностью отброшенными и были забыты. В такой обстановке безраздельного господства в науке представлений о «невесомых жидкостях» как важных и непременных участниках любых химических процессов началась деятельность замечательного русского ученого М. В. Ломоносова. В лице Ломоносова Россия впервые выступила на мировой арене химических исследований и притом с совершенно новыми и необычными для того века концепциями и обобщениями.

До Ломоносова в России в области химии господствовали химико-практическое и химико-техническое направления. При Петре I, когда многочисленные войны и экономические преобразования вызвали быстрое развитие мануфактурных производств, русские химики-практики принимали деятельное участие в поисках и переработке новых видов минерального и органического сырья, в разведках и оценке металлических руд, в организации кустарных ремесленных производств, в развитии фармации и т. д. В этот период в России существовало несколько пробирных лабораторий, значительное число аптек с лабораториями и работало довольно много заводов и кустарных мастерских, производивших химические материалы.

Быстрое развитие промышленности и торговли в России в начале XVIII в. настоятельно потребовало организации подготовки специалистов и развития научных исследований. В 1725 г. возникло первое научное учреждение страны — Петербургская академия наук (3). На первых порах членами Академии наук были почти исключительно иностранные ученые, приглашавшиеся по контракту на определенные сроки. Многие из них приехали в Петербург в очень молодом возрасте, без какого бы то ни было ученого стажа. Так, Д. Бернулли (1700–1782) прибыл в Петербург в 25-летнем возрасте, Л. Эйлер (1707–1783) — в 20-летнем, а И. Г. Гмелин (1709–1755) — даже в 18-летнем. Однако, несмотря на молодость, они вскоре после приезда в Петербург провели ряд важных исследований, сразу сделавших Петербургскую академию наук широко известным во всем мире научным учреждением. Высокая продуктивность молодых академиков Петербургской академии наук свидетельствует о том, что в России в XVIII в. имелись особо благоприятные условия для плодотворной научной работы, что, несомненно, было связано в первую очередь с насущными потребностями растущей экономики страны.

Кафедра химии в Академии наук некоторое время после основания Академии оставалась незанятой. В 1731 г. академиком по химии и натуральной истории был назначен И. Г. Гмелин. Как химик он ограничился лишь опубликованием нескольких незначительных статей и заметок в академических изданиях (4). В 1733 г. он отправился в длительную (10-летнюю) Камчатскую экспедицию, и химия в Академии наук вновь осталась беспризорной. Лишь с 1741 г. М. В. Ломоносов начал в Академии наук свои систематические исследования в области химии.

Михаил Васильевич Ломоносов (5) родился 19 (8) ноября 1711 г. близ г. Холмогоры, Архангельской области. Он был сыном крестьянина-помора, занимавшегося помимо сельского хозяйства морским промыслом. В детстве Ломоносову удалось научиться грамоте и познакомиться с основами арифметики и грамматики. Стремясь получить основательное образование, молодой Ломоносов ушел из родительского дома в Москву в декабре 1730 г., и здесь в течение 5 лет обучался в Славяно-греко-латинской академии при Заиконоспасском монастыре (Спасские школы). В конце 1735 г. он вместе с другими лучшими учениками Славяно-греко-латинской академии был отправлен по требованию руководства Академии наук в Петербург для дальнейшего обучения. Осенью 1736 г. его командировали в Германию для обучения металлургии и горному делу.

По прибытии в Марбург вместе с двумя своими товарищами (Д. Виноградовым и Г. Райзером) Ломоносов был зачислен в местный университет и в течение примерно трех лет занимался под руководством известного немецкого физика и философа Христиана Фридриха Вольфа (1679–1754) физикой, математикой и другими науками. Химию он слушал у профессора Дуйзинга, который читал ее по руководству Г. Ф. Тейхмейера (1729) — последователя Шталя. В июле 1739 г. Ломоносов вместе с товарищами переехал во Фрейберг (Саксония), славившийся своими рудниками, для обучения горному делу и металлургии у известного специалиста, ученика Шталя, Иоганна Фридриха Генкеля (1679–1744). Здесь молодые люди изучали минералогию, химию, горное дело, металлургию, посещали шахты, занимались пробирным анализом и т. д. Будучи неудовлетворен методом преподавания Генкеля, а также в результате столкновений с ним из-за крайних материальных лишений, Ломоносов ушел от него в 1740 г., выполнив, впрочем, намеченную программу. После скитаний по Германии и другим странам Ломоносов летом 1741 г. возвратился в Петербург.

Условия в Петербургской академии наук в это время были уже менее благоприятными для плодотворной научной работы по сравнению с первым десятилетием существования Академии. Преемники Петра I относились к Академии наук почти безразлично. Ученые нуждались в самом необходимом, годами им задерживалась выплата денег по контрактам. Большинство президентов Академии, назначавшихся царским двором, не были учеными, и к тому же они почти ежегодно менялись. Управление академическими делами в такой обстановке постепенно сосредоточилось в руках чиновника-бюрократа, советника академической канцелярии И. Д. Шумахера (1690–1761). Вскоре после возвращения Ломоносова из Германии ему была поручена каталогизация академической минералогической коллекции, причем он не получил штатной должности. В конце 1741 г. Ломоносову удалось добиться назначения на должность адъюнкта физического класса Академии.

В течение 1741–1745 гг., несмотря на неблагоприятные условия работы, Ломоносов написал и представил Академии наук ряд важных теоретических диссертаций. В этот же период он провел некоторые экспериментальные исследования. Как вполне сложившийся ученый он в 1745 г. был избран академиком и назначен профессором химии. Он продолжал заниматься теоретическими исследованиями и литературной работой до конца 1748 г., когда вступила в строй учрежденная и построенная по его инициативе Химическая лаборатория Академии.

Продолжая теоретические и литературные работы в различных областях наук, Ломоносов выполнил в своей лаборатории ряд экспериментальных исследований, главным образом по вопросам технической химии, что было вполне в духе времени. Он разработал, в частности, рецептуры изготовления нескольких минеральных красок, главное же внимание уделил разработке рецептур окрашенных в различные цвета стекол для создания мозаичных картин и для производства «стеклянной галантереи». Вместе с тем некоторые исследования и опыты он проводил для обоснования выдвинутых им теоретических положений. В лаборатории было выполнено также много химических анализов руд, минералов и всевозможных материалов. Здесь же Ломоносов прочитал студентам Академического университета первый в истории науки курс физической химии.

С течением времени Ломоносов принужден был в значительной степени отойти от исследовательской работы в области химии и физики, так как по поручению правительства и Академии наук был загружен многочисленными и разнохарактерными обязанностями и административной работой. После 1756 г. он переключился главным образом на занятия историей, филологией, географией, экономикой и продолжал экспериментальные исследования лишь на основанном им стекольном заводе и в домашней лаборатории. И все же в последние 10 лет жизни им были написаны замечательные диссертации в области физики и других наук.

Умер Ломоносов 4 апреля 1765 г. Научная деятельность Ломоносова продолжалась около 25 лет. За этот сравнительно короткий промежуток времени им была выполнена колоссальная работа в области естественных и гуманитарных наук. Как и некоторые его современники и ученые последующих поколений, Ломоносов был ученым-энциклопедистом, или, как говорили в то время, «полигистором». Помимо двух десятков химических диссертаций, он оставил капитальные труды по русской истории, филологии, горному делу и металлургии, физике, экономике, метеорологии и другим областям знания. Он был талантливым поэтом и своим творчеством оказал значительное влияние на развитие русской поэзии. Занимался он также драматургией.

Однако наиболее любимой областью науки у Ломоносова была химия. Характерно, что Ломоносов широко использовал в своих химических трудах успехи физики того времени и вообще считал физику основой для плодотворных занятий в области химии. «Химик без знания физики, — писал он, — подобен человеку, который всего искать должен ощупом. И сии две науки так соединены между собой, что одна без другой в совершенстве быть не могут» (6).

Поэтому многие химические диссертации Ломоносова одновременно можно считать и физическими диссертациями. Именно исходя из своей концепции о неразрывной связи химии и физики, Ломоносов основал новую науку — физическую химию.

Ломоносов не смог опубликовать всех своих трудов по химии и физике и физико-химических диссертаций. Многие его сочинения остались в рукописях и почти 150 лет лежали в архивах почти в полной безвестности, пока в начале текущего столетия Б. Н. Меншуткин не собрал и не опубликовал их. Те немногие диссертации, которые Ломоносов успел напечатать при жизни, естественно, не могли дать полного представления о гигантской работе, проделанной им в области «корпускулярной философии». И все же выдающиеся заслуги Ломоносова как естествоиспытателя были частично признаны его современниками. Это выразилось, в частности, в том, что Ломоносов был избран членом Болонской и Стокгольмской академий наук.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ М. В. ЛОМОНОСОВА ПО ХИМИИ

Основой научной деятельности Ломоносова в области химии и физики были весьма передовые для того времени материалистические идеи и представления. Ломоносов не только был непримиримым противником алхимии, схоластики и мистики вообще, он стремился пересмотреть все главнейшие положения и принципы науки своего времени, которые были унаследованы от прошлых времен и не получали рационального объяснения. В особенности он выступал против учения о «невесомых флюидах» и роли, которую им приписывали при объяснении химических явлений.

В своих теоретических представлениях Ломоносов исходил из следующих главных концепций, которые принимал в качестве бесспорных: 1) атомно-молекулярной теории строения вещества, 2) кинетической теории материи и 3) принципа сохранения вещества и движения. Атомно-молекулярная, или, как ее называли в XVIII в., «корпускулярная» теория, была одним из главных объектов научных занятий Ломоносова в первый период его деятельности. Будучи еще в Марбурге и обучаясь под руководством Хр. Вольфа, он тщательно проштудировал атомистические и корпускулярные системы Декарта, Гассенди, Бойля и других и, естественно, также «монадологию» Лейбница, последователем и горячим пропагандистом которой был Хр. Вольф. Несмотря на глубокое уважение к Вольфу Ломоносов решительно отверг его идеалистическое учение о «духовных монадах». Впоследствии (1754 г.) он писал Л. Эйлеру о причинах, по которым прямо не выступил против монадологии: «Та же причина (занятость посторонними делами. — Н. Ф.) давно уже препятствует мне предложить на обсуждение ученому свету мои мысли о монадах. Хоть я твердо уверен, что это мистическое учение должно быть до основания уничтожено моими доказательствами, однако я боюсь омрачить старость мужу (т. е. Хр. Вольфу. — Н. Ф.), благодеяния которого по отношению ко мне я не могу забыть; иначе я не побоялся бы раздразнить по всей Германии шершней — монадистов» (9).

Формулируя основные положения своей «корпускулярной теории», Ломоносов не следует слепо за своими предшественниками и не исходит из каких-либо предвзятых идей. В простых и отчетливо сформулированных положениях он излагает атомно-молекулярное учение, получившее развитие спустя лишь 100 лет. В этом отношении «корпускулярная теория» Ломоносова, как и вся его «корпускулярная философия», выгодно отличается от соответствующих построений авторов XVII в.

Согласно Ломоносову, все вещества состоят из корпускул, или молекул, представляющих собой сочетания («собрания») элементов, или атомов. В своей незаконченной диссертации «Элементы математической химии» (1741 г.) Ломоносов дает следующие определения: «Элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших и отличающихся от него тел… Корпускула есть собрание элементов, образующее одну малую массу» (10).

В одной из более поздних работ (1748 г.) Ломоносов вместо названия «элемент» употребляет слово «атом», а вместо «корпускула» — particula, т. е. «частица», или molecula, т. е. «молекула» (11). Слово «элемент» он, как и его современники, употребляет в смысле предела делимости тел, или последней составной части тел. Напомним, что в древности говорили: «Как слова состоят из букв, так и тела — из элементов». Атомы и молекулы (корпускулы и элементы) Ломоносов часто называет также «физическими нечувствительными частицами», подчеркивая тем самым, что эти частицы неощутимы при помощи органов чувств.

Далее Ломоносов различает «однородные» корпускулы, состоящие из «одинакового числа одних и тех же элементов, соединенных одинаковым образом» (12), и «разнородные», состоящие из различных элементов. Тела, состоящие из однородных корпускул, т. е. простые тела, он называет началами (principium) (13).

Отсюда видно коренное различие в понимании термина «начало» (принцип) Ломоносовым и его учителями, принимавшими за начала элементы алхимиков, либо различные «земли».

Излагая свою корпускулярную теорию, Ломоносов пользуется также понятиями «смешанное тело» и «составное тело» (ср. у Шталя). «Смешанное тело — это такое, которое состоит из двух или нескольких разнородных тел, соединенных друг с другом так, что любая чувствительная часть этого тела совершенно подобна любой другой его части в отношении частных качеств» (14). «Составное тело есть такое, которое состоит из смешанных тел, слившихся друг с другом» (15).

Корпускулярная теория была необходима Ломоносову с первых шагов его научной деятельности для объяснения с новых точек зрения ряда химических и физических явлений, в частности перехода из твердого состояния в жидкое, явлений сцепления жидкостей, а также для объяснения «частных качеств» тел. В дальнейшем Ломоносов широко использовал корпускулярную теорию для обоснования механической теории теплоты, для объяснения явлений растворения и для других целей.

Развивая свои представления о корпускулах и элементах, Ломоносов приписывал им следующие свойства: протяженность, тяжесть, определенную форму (шарообразную). Он принимал также, что корпускулы находятся в непрерывном движении. Исследованию этого «корпускулярного движения», его причинам и обусловленным этим движением явлениям он посвятил несколько теоретических диссертаций.

В диссертации «Опыт теории упругости воздуха» (1748 г.) Ломоносов рассматривает вопрос о связи упругой силы воздуха (т. е. давления) с его плотностью (величиной, обратной давлению) с точки зрения молекулярно-кинетических представлений. Используя для доказательства взгляды И. Ньютона и Д. Бернулли о движении и взаимном притяжении и отталкивании частиц «упругих жидкостей» (воздуха) (16), Ломоносов прежде всего опровергает распространенное в его время мнение, что упругая сила воздуха связана с наличием между частицами воздуха какой-то жидкости (12), и утверждает, что упругая сила «происходит от какого-то непосредственного взаимодействия… атомов» (17). Это взаимодействие атомов воздуха, заключает он, «обусловлено только теплотою» (§ 14) (18).

В «Прибавлении к размышлениям об упругости воздуха» Ломоносов показывает, что давление воздуха «при наибольшем его сжатии» не пропорционально его плотности (19). Заметим, что к этому выводу наука пришла на основании более строгих измерений сто с лишним лет спустя после Ломоносова (уравнение Вандер-Ваальса).

Одной из главных проблем, которая интересовала Ломоносова с первых лет его деятельности и которой он посвятил много труда и времени, была механическая (молекулярно-кинетическая) теория теплоты. Выше уже говорилось, что во времена Ломоносова, в период расцвета теории флогистона и «невесомых флюидов», в науке господствовало мнение о теплоте как некой невесомой жидкости, которая может «переливаться» из более нагретого тела в менее нагретое (некоторые полагали, что такое переливание теплорода могло происходить и наоборот — из менее нагретого тела в более нагретое). Чем больше такой теплотворной жидкости содержалось в теле, тем больше оно было нагрето. По мнению ученых того времени, теплотворная жидкость могла образовываться в теле в результате химических процессов и, прежде всего, в результате процессов, при которых выделяется флогистон.

Трактовка природы теплоты как результата молекулярного движения частиц вещества во времена Ломоносова была полностью забыта (20). Разрабатывая атомно-молекулярную теорию, а также молекулярно-кинетические представления, Ломоносов и имел в виду прежде всего объяснение природы теплоты. Еще в ранних своих диссертациях и заметках он пытался найти объективные доказательства теоремы, согласно которой «теплота состоит в движении корпускул собственной материи». В частности, уже тогда Ломоносов высказывал мысль, что доказательством этой теории может быть то, «что корпускулы от большой степени теплоты отделяются друг от друга и даже рассеиваются» (21), или что «животное тело непрерывно испускает теплоту, но никогда не принимает ее в себя; следовательно, теплота не зависит от сосредоточения постоянной материи, а есть некое состояние тела» (22).

В окончательном виде свои выводы и доказательства о природе теплоты Ломоносов изложил в диссертации «Размышления о природе теплоты и холода», написанной в 1744 и опубликованной в 1750 г. (23) В этом замечательном исследовании приведена полная цепь доказательств в пользу механической теории теплоты.

В § 3 этой диссертации Ломоносов высказывает основное положение: «Теплота состоит во внутреннем движении материи» (24). После общих доказательств этого положения он обсуждает вопрос о возможных формах внутреннего движения частиц и приходит к выводу (§ 11), что «теплота состоит во внутреннем вращательном движении связанной материи» (25). Далее следуют подробные доказательства этого положения.

Основываясь на принципе сохранения движения (см. ниже) и на высказанном ранее им самим правиле («Я при объяснении явлений буду поступать так, чтобы не только они легко объяснялись из основного положения, но и доказывали само это положение» (26)), Ломоносов приводит следующие важные выводы из своей теории: «Тело А, действуя на тело В, не может придать последнему большую скорость движения, чем какую имеет само. Поэтому, если тело В холодно и погружено в теплое жидкое тело А, то тепловое движение частиц тела А приведет в тепловое движение частицы тела В; но в частицах тела В не может быть возбуждено более быстрое движение, чем какое имеется в частицах тела А, и поэтому холодное тело В, погруженное в тело А, очевидно, не может воспринять большую степень теплоты, чем какую имеет тело А» (27).

Этот вывод, как нетрудно видеть, представляет собой основную идею второго начала термодинамики, получившего, как известно, исключительное значение в науке со второй половины XIX в.

В следующем параграфе Ломоносов говорит о предельных степенях нагревания и охлаждения и приходит к выводу о существовании абсолютного нуля температуры. Он пишет, что «нельзя назвать такую большую скорость движения, чтобы мысленно нельзя было представить себе другую, еще большую. Это по справедливости относится, конечно, и к теплотворному движению; поэтому

невозможна высшая и последняя степень теплоты как движения. Наоборот, то же самое движение может настолько уменьшиться, что тело достигает, наконец, состояния совершенного покоя, и никакое дальнейшее уменьшение движения невозможно. Следовательно, по необходимости должна существовать наибольшая и последняя степень холода, которая должна состоять в полном прекращении вращательного движения частиц» (28).

Высказав замечательную мысль о существовании абсолютного нуля температуры, никем ранее с такой ясностью и доказательностью не высказывавшуюся, Ломоносов обсуждает вопрос о возможности достижения температуры абсолютного нуля. Он приходит к заключению, что «высшая степень холода… на земноводном шаре нигде не существует» (29).

Дальнейшие параграфы диссертации Ломоносов посвятил критике и опровержению теории теплотворной жидкости. «В наше время, — писал он, — причина теплоты приписывается особой материи, которую большинство называет теплотворной, другие — эфиром, а некоторые — элементарным огнем… Это мнение в умах многих пустило такие глубокие корни и настолько укрепилось, что повсюду приходится читать в физических сочинениях о внедрении в поры тел названной выше теплотворной материи, как бы привлекаемой каким-то приворотным зельем; или, наоборот, — о бурном выходе ее из пор, как бы объятой ужасом» (30).

Рядом основательных и остроумных доводов Ломоносов опровергает эту фантастическую концепцию. В § 31 диссертации он обсуждает, в частности, известные опыты Бойля над прокаливанием металлов и его заключение о том, что увеличение веса металла при его обжиге обусловлено присоединением к нему «материи огня». По этому поводу Ломоносов пишет, что «почти что все опыты его (Бойля) над увеличением веса при действии огня сводится к тому, что весом обладают либо части пламени, сжигающего тело (31), либо части воздуха, во время обжигания проходящего над прокаливаемым телом» (32).

Появление в печати диссертации Ломоносова «Размышления о причине теплоты и холода» вызвало критические замечания и даже нападки на ее автора (33) со стороны некоторых последователей теории «невесомых флюидов» в Германии. Очевидно, что высказанные Ломоносовым положения и доводы в пользу механической теории теплоты были совершенно чужды и непонятны многим ученым того времени. Однако многие, более дальновидные ученые, по достоинству оценили доказательность доводов Ломоносова и новизну его идей. Об этом свидетельствует, в частности, избрание Ломоносова в Болонскую и Стокгольмскую академии наук. Л. Эйлер в Берлине высоко оценил эту работу Ломоносова и использовал его идеи в своих естественнонаучных трудах.

Выводы, сделанные Ломоносовым из механической теории теплоты, не только подтвердили самое теорию, но и оказались вескими аргументами в пользу гипотезы об атомно-молекулярном строении материи. Впервые в истории науки атомистика получила объективные естественнонаучные доказательства. Сам Ломоносов прекрасно сознавал научное значение механической теории теплоты и при опубликовании русского перевода «Вольфианской экспериментальной физики» дал специальное добавление (34) с изложением основ этой теории.

В тесной связи с корпускулярной теорией и молекулярно-кинетическими представлениями Ломоносова стоят и его взгляды по вопросу о законе сохранения вещества и силы (или движения). Принцип сохранения силы (или движения) для Ломоносова был исходной аксиомой при рассмотрении им доказательств в пользу существования молекулярного теплового движения. Этот принцип многократно высказывался им уже в ранних работах и заметках (35). Так, в диссертации «О действии химических растворителей вообще» Ломоносов писал: «Когда какое-либо тело ускоряет движение другого, то сообщает ему часть своего движения; но сообщить часть движения оно не может иначе, как теряя точно такую же часть» (36).

Подобные же мысли высказывались им и по отношению к принципу сохранения вещества. Так, имея в виду этот принцип, он доказывал нелепость теории теплорода и резко выступал, в частности, против утверждения Бойля о возможности «сделать части огня и пламени стойкими и весомыми» (37).

Таким образом, принцип сохранения вещества и силы в аргументации Ломоносова самым тесным образом сочетался с его «корпускулярной философией» и, более того, составлял неотъемлемую часть этой «философии». Вполне понятно, что Ломоносов придавал этому принципу как части «корпускулярной философии» первостепенное значение и, высказывая в письме к Л. Эйлеру свою точку зрения по различным важным физическим и химическим вопросам, нашел необходимым привести формулировку этого принципа (1748 г.) (38), который он назвал «всеобщим естественным законом». В дальнейшем Ломоносов многократно пользовался этим законом при доказательствах развиваемых им положений.

В диссертации «Рассуждение о твердости и жидкости тел» (1760 г.) «всеобщий естественный закон» сформулирован Ломоносовым в следующих словах: «…Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому, так ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте… Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оные у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает» (39).

Заметим, что Ломоносов пришел к этой окончательной формулировке «всеобщего естественного закона», будучи зрелым исследователем, вполне оценивающим научное значение и самого закона и его приложений для объяснения различных явлений.

Скажем, наконец, об отношении Ломоносова к теории флогистона. Мы видели, что Ломоносов был противником теории «невесомых флюидов» теплорода и огненной материи как агентов различных химических явлений. Было бы естественно ожидать, что Ломоносов был противником и флогистона как одной и притом главной «невесомой жидкости», роль которой в химических процессах особенно подчеркивалась в его время. Между тем в ряде диссертаций Ломоносов пользовался теорией флогистона при объяснении различных явлений, свойств металлов, «состава» серы (40) и т. д. Однако это противоречие в его отношении к теории «невесомых флюидов» вполне объяснимо. Деятельность Ломоносова, как мы видели, относилась к периоду расцвета теории флогистона, когда среди ученых фактически не было противников этой теории. Естественно, что и Ломоносов, относившийся отрицательно к теории «невесомых флюидов», не мог игнорировать установившихся в науке того времени представлений о механизме окисления и восстановления металлов при помощи теории флогистона, тем более, что рационального объяснения этих явлений не могло существовать, так как кислород еще не был открыт.

Но, не отрицая теории флогистона, Ломоносов не сделался слепым последователем этого учения Шталя. В некоторых отношениях он подверг сомнению взгляды Шталя, что можно, например, видеть из следующего замечания: «Так как восстановление производится тем же, что и прокаливание, даже более сильным огнем, то нельзя привести никакого основания, почему один и тот же огонь то внедряется в тела, то из них уходит» (41).

В основном же сомнения Ломоносова относятся к существованию невесомого флогистона, удаление которого из металла при его кальцинации приводит к возрастанию веса продукта прокаливания, что противоречит «всеобщему естественному закону». Стремясь устранить это явное противоречие между «корпускулярной философией» и теорией флогистона, Ломоносов принимает флогистон как вещество материальное, т. е. весомое, состоящее из корпускул (42). В другом месте он замечает, что флогистон — вещество более легкое, чем вода (43).

Исключительно важен с историко-химической точки зрения вывод Ломоносова о том, что флогистон представляет собой конкретное материальное вещество, а именно: водород. В диссертации «О металлическом блеске» (1745 г.) Ломоносов пишет: «…При растворении какого-либо неблагородного металла, особенно железа, в кислотных спиртах из отверстия склянки вырывается горючий пар, который представляет собой не что иное, как флогистон, выделившийся от трения растворителя с молекулами металла (следует ссылка на «Диссертацию о действии химических растворителей вообще», § 14 и 31) (44) и увлеченный вырывающимся воздухом с более тонкими частями спирта. Ибо: 1) чистые пары кислых спиртов невоспламенимы; 2) извести металлов, разрушившихся при потере горючих паров, совсем не могут быть восстановлены без добавления какого-либо тела, изобилующего горючей материей» (45).

Как мы увидим ниже, к выводу о том, что «горючий воздух» (впоследствии названный водородом) представляет собой флогистон, более 20 лет спустя после Ломоносова пришел английский ученый Г. Кавендиш (46), которому казалось, что этим открытием он разрешил все противоречия теории флогистона.

Вывод Кавендиша произвел на современников большое впечатление, в то время как вывод Ломоносова остался незамеченным, хотя его работа «О металлическом блеске» была опубликована в 1751 г.

Таким образом, Ломоносов, работавший в эпоху господства теории флогистона, когда эту теорию невозможно было заменить рациональной научной теорией горения, и в своем подходе к объяснению флогистона оказался новатором-материалистом, противником мистических представлений о «невесомых флюидах».

«Корпускулярная философия» Ломоносова, основанная на атомно-молекулярной теории, кинетической теории материи и законе сохранения вещества и силы (движения), явилась базой его научного материалистического мировоззрения и оказалась исходным пунктом всей его теоретической и экспериментальной деятельности в области химии и физики. Среди своих современников Ломоносов оказался наиболее ярким последователем новой рациональной науки и вместе с тем борцом против реакционных схоластических концепций и отсталых традиций, унаследованных от алхимического и иатрохимического периодов развития химии. Характерно, что Ломоносов не просто критиковал старые идеи и представления, а высказывал в противовес им новые идеи, разрабатывал новые теории, которые в дальнейшем стали фундаментом новой науки и исходным пунктом ее дальнейшего развития.

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ М. В. ЛОМОНОСОВА. ЕГО ВЗГЛЯДЫ НА ЗАДАЧИ ХИМИИ. ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Наряду с теоретическими исследованиями Ломоносов довольно много занимался и экспериментальной работой. В первый период своей деятельности, до открытия Химической лаборатории Академии наук (начало 1749 г.), Ломоносов провел исследование, посвященное механизму растворения металлов в кислотах и солей в воде. В этот же период он выполнил несколько химических анализов, в частности аналитическое исследование качества различных образцов солей (48).

Результаты исследования механизма растворения металлов в кислотах и солей в воде Ломоносов изложил в диссертации «О действии химических растворителей вообще» (1744 г.) (49). Пользуясь простыми средствами, Ломоносов наблюдал растворение железа и меди в азотной кислоте при помощи микроскопа, изучал свойства выделяющегося при растворении газа (окиси азота), собранного им в бычий пузырь (обычное в то время средство для собирания газов), и открыл явление пассивации металлов при действии крепкой азотной кислоты. По-видимому, тогда же он проводил опыты растворения металлов и в других «кислотных спиртах» и, в частности, в соляной кислоте (о чем он сообщает в упоминавшейся выше диссертации «О металлическом блеске»). Главным выводом работы было установление различия в механизме растворения металлов в кислотах и солей в воде.

Занимаясь теоретическими исследованиями, Ломоносов считал необходимым экспериментально проверить некоторые из полученных им выводов. Для этого он в течение ряда лет настоятельно добивался учреждения при Академии наук химической лаборатории и предварительно разработал план будущих экспериментальных исследований (50). В частности, Ломоносов намеревался работать «по мере и весу». «При всех упомянутых опытах, — писал он, — буду я примечать и записывать не токмо самые действия, вес или меру употребляемых к тому материй и сосудов, но и все окрестности, которые надобны быть покажутся» (51). Постройка Химической лаборатории Академии наук была закончена поздней осенью 1748 г., лаборатория была оборудована необходимой аппаратурой и нагревательными приборами (печами) и обеспечена посудой и реактивами. С начала 1749 г. Ломоносов начал в ней исследования. Ломоносовская лаборатория была первым научно-экспериментальным учреждением в России (52).

Однако Ломоносову с самого начала пришлось отказаться от осуществления им ранее намеченных исследований. Он отдавал себе отчет в том, что теоретические исследования в лаборатории не будут поняты ни его коллегами по Академии наук, ни влиятельными правительственными чиновниками, так же как не были поняты и поддержаны его теоретические диссертации. К тому же в Европе еще не существовало государственных лабораторий. Вот почему, намечая темы исследований, Ломоносов принужден был основное внимание направить на решение химико-технических вопросов. Он развернул исследования по изысканиям рецептур цветных стекол и разработке способов изготовления нескольких минеральных красок, дефицитных в то время в России, что позволило ему организовать производство цветных стекол для мозаичных работ и выполнить несколько мозаичных картин высокой художественной ценности.

И все же Ломоносову удалось провести в лаборатории несколько научных экспериментально-теоретических исследований. В частности, он, продолжая свои ранние работы, исследовал растворимость ряда солей в воде при различных температурах и составил соответствующие физико-химические таблицы, в которых нашла отражение и кинетика растворения. В 1756 г. Ломоносов предпринял проверку опытов Бойля по прокаливанию металлов. Краткая запись результатов этих опытов такова: «Между разными химическими опытами, которых журнал на 13 листах, деланы опыты в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жару: оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойла мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере» (53). Таким образом, ранее высказанное мнение Ломоносова о роли воздуха в процессах горения и кальцинации металлов нашло экспериментальное подтверждение.

Ломоносов выполнил в своей лаборатории много химических анализов руд и других материалов, решил несколько химико-технических задач и сконструировал в процессе исследований ряд приборов. Среди них особенно следует отметить «точило» для определения твердости тел, вискозиметр и др. Последние годы жизни Ломоносов работал в своей домашней лаборатории и на стекольном заводе.

Таким образом, будучи химиком широкого профиля и стремясь решить на новых рациональных основах фундаментальные проблемы науки, Ломоносов настаивал на пересмотре основных задач химии. В его время химия представляла собой «искусство» изготовления разнообразных составов и материалов, и Ломоносов впервые называет химию «наукой об изменениях, происходящих в смешанном теле» (54). Речь идет здесь не о простом переименовании «искусства» в «науку». Реальных оснований для такого переименования химии в то время, собственно говоря, не существовало, так как химия представляла собой лишь комплекс эмпирических сведений, без какой-либо прочной научной основы. Однако Ломоносов считал, что постановка перед химией новых задач теоретической и экспериментальной разработки, основанных на «корпускулярной философии», и представляет собой такое основание для переименования. При этом он называл в качестве примера физику, уже именовавшуюся наукой, хотя для этого и не было в то время достаточных оснований, кроме задач, которые стояли перед ней.

В дальнейшем Ломоносов уточнил свое определение предмета химии и, исходя из мысли о тесной связи, существующей между химией и физикой, основал физическую химию. В 1752 г. он прочитал нескольким студентам Академического университета курс физической химии, сопровождая его демонстрациями опытов и практическими занятиями студентов. Конспекты этого курса и некоторые его фрагменты сохранились (83). Курс начинается следующим определением: «Физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях. Она может быть названа также химической философией, но в совершенно другом смысле, чем та мистическая философия, где не только скрыты объяснения, но и самые операции производятся тайным образом» (56).

В отличие от своих предшественников — Лемери, Шталя, Бургаве и других — Ломоносов считал основной задачей химии теоретическое объяснение явлений, а под физической химией понимал теоретическую химию, т. е. именно то, что мы понимаем под этим названием в настоящее время. Он писал: «Мы хотели назвать этот труд физической химией потому, что решили, прилагая к тому все старание, включить в него только то, что содействует научному объяснению смешения тел. Поэтому мы считаем необходимым все, относящееся к наукам экономическим, фармации, металлургии, стекольному делу и т. д., отсюда исключить и отнести в особый курс технической химии» (57).

Таким образом, основываясь на системе «корпускулярной философии» и решая фундаментальные теоретические проблемы химии, Ломоносов смог поставить перед химией новые задачи научного объяснения явлений и процессов. Эти задачи, принципиально отличающиеся от прежних задач, и возвышают химию до уровня науки.

Ломоносов далеко опередил свое время. Он отчетливо представлял себе пути будущего развития химии и наметил важнейшие проблемы, которые предстояло решить этой науке. С большим пафосом он изложил основы своего научного мировоззрения и новые задачи, которые он ставил перед химией, в своем знаменитом «Слове о пользе химии» (58).

Многогранная научная и общественная деятельность Ломоносова и, особенно, его сочинения по химии оказали большое влияние на дальнейшее развитие науки в России. Основанные Ломоносовым научные и патриотические традиции поддерживались и развивались всеми последующими поколениями русских и советских ученых.

По инициативе и по проекту Ломоносова в 1755 г. был основан Московский университет — первый университет России, ныне носящий имя своего основателя. Роль Московского университета в развитии науки и образования в России в течение более чем 200 лет невозможно переоценить.

Ломоносов был первым видным ученым флогистического периода, смело и решительно выступившим против господствовавших в науке традиционных представлений о роли «невесомых жидкостей» в химических и физических явлениях. Несмотря на то, что он не отрицал существования флогистона, его представления об этом флюиде как о материальном теле (водороде) по существу нанесли удар флогистонной теории. В этом отношении Ломоносов оказался предшественником великих ученых эпохи «химической революции».

 

ВИДНЕЙШИЕ ХИМИКИ-ФЛОГИСТИКИ В СТРАНАХ ЗАПАДНОЙ ЕВРОПЫ В СЕРЕДИНЕ XVIII В

В то время как Ломоносов в России разрабатывал основы новой химии, в других странах Европы химики приступили к изучению состава и свойств солей и минералов, к разработке химико-аналитических методов исследования. Однако главную свою задачу они видели в решении различных химико-технических проблем. В отличие от Ломоносова большинство его современников были отсталыми в теоретическом отношении и рассматривали химические явления исключительно с точки зрения догм теории флогистона.

В Германии в средине XVIII в. виднейшим химиком был Андреас Сигизмунд Маргграф (1709–1782) (59). Он родился в Берлине в семье придворного аптекаря. В юности под руководством отца, а также друга отца — Каспара Неймана (стр. 247) — он занимался фармацией и химией. Затем в течение нескольких лет он совершенствовал свои знания в университетах Франкфурта-на-Майне и Страсбурга. Далее, он изучал медицину в университете Галле, где были еще живы традиции Шталя, и около 1734 г. переехал во Фрейберг и под руководством И. Ф. Генкеля изучал химию, горное дело и металлургию. В 1735 г. он возвратился в Берлин и через три года стал членом Королевского общества наук. При реорганизации этого общества в Прусскую академию наук он стал членом физического класса, а с 1767 г. — директором физического класса Академии. В его распоряжение поступила академическая лаборатория, в которой он занимался напряженной исследовательской работой. Он умер в 1782 г. после продолжительной болезни (60).

Маргграф был флогистиком-доктринером (61). Однако он был деятельным исследователем в области химии и технической химии. Результаты своих исследований он публиковал в трудах Прусской академии наук. В 1761 г. вышло в свет собрание «Химических трудов» Маргграфа. Издателем этого собранения был академик Петербургской академии наук Иоганн Готлиб Леман.

Среди исследований Маргграфа прежде всего следует отметить серию работ по получению фосфора и фосфорной кислоты. В тридцатых годах XVIII в. еще существовало монопольное производство фосфора (по способу Бойля), продававшегося по весьма высокой цене: 10–16 дукатов за унцию (31,1 г). Способ получения твердого фосфора был еще окружен покровом тайны, а свойства этого вещества были далеко не изучены. Маргграф разработал сравнительно простой способ получения фосфора из мочи, выпариванием смеси последней с окисью свинца, поваренной солью, поташом и углем и затем перегонкой сухого остатка (62). Маргграф более подробно исследовал свойства фосфора. Он пытался получить «дигерированием» (т. е. длительным нагреванием при невысокой температуре) соединение фосфора с металлами и «полуметаллами». Он получил соединение фосфора с серой, а сжигая фосфор, получил и исследовал фосфорную кислоту. Он заметил, что продукт сгорания фосфора весит больше, чем исходный фосфор, но объяснил это, будучи флогистиком, тем, что при сгорании фосфор теряет свой флогистон. Затем Маргграф предложил другой способ получения фосфорной кислоты: нагреванием фосфора с азотной кислотой.

Маргграф много занимался химико-аналитическими исследованиями. Пользуясь качественными реакциями мокрым путем, он установил, что глинозем и «горькая земля» (магнезия), которые считались разновидностями извести, на самом деле — различные вещества и совершенно отличаются от извести по реакциям. Он указал несколько минералов, в которых эти «земли» содержатся в значительных количествах. В 1750 г. Маргграф показал, что гипс состоит из серной кислоты, известковой земли и воды и установил сходство состава гипса с другими сернокислыми солями, в частности с тяжелым шпатом (сульфат бария). Маргграф исследовал также осаждение щелочами из кислых растворов металлических солей и установил в ряде случаев растворимость получающихся при этом осадков в избытке щелочи. Он получил также цианистый калий и желтую кровяную соль и изучил осаждающее действие растворов металлических солей.

Маргграф провел также несколько химико-технических исследований. В области металлургической химии он изучил пути повышения качества сплавов меди с оловом и цинком и описал улучшенный способ получения цинка из галмея. Он много работал в области технологии крашения тканей и занимался другими техническими проблемами. Особенно большое практическое значение имели предложенные Маргграфом способы получения сахара из свеклы и других северных растений (1747 г.). В XVIII в. сахар целиком ввозили в Европу из южных стран, где его добывали из сахарного тростника. Маргграф показал, что свекла и некоторые другие растения Европы содержат тот же «истинный» сахар, что и получаемый из тростника, и, таким образом, его следует признать основателем сахарной промышленности в Европе.

Работы Маргграфа по получению сахара из свеклы продолжил и развил его ученик Франц Карл Ахард (1753–1821), который после смерти Маргграфа вступил на пост директора физического класса Прусской академии наук. Ахард занимался различными техническими проблемами. Он стал известным химиком, особенно в связи с тем, что первым изготовил и применил в лабораторной практике платиновый гигель (1784 г.). При этом Ахард пользовался сплавом платины с мышьяком, из которого и изготовлялось изделие. Затем при продолжительном прокаливании мышьяк выгорал и изделие проковывалось. Ахарду принадлежит заслуга основания первых свеклосахарных заводов (63).

Деятельность Маргграфа и Ахарда типична для большинства менее известных химиков Германии этого периода.

Французские химики к средине XVIII в. также приняли теорию флогистона как руководящее учение в химии. И в этот период подобно своим немецким коллегам многие из них развивали главным образом исследования химико-технического характера.

Выше говорилось об Этьене Франсуа Жоффруа (старшем). Его младший брат Клод Жозеф Жоффруа (1685–1752) также был химиком и членом Парижской академии наук. Он получил известность своими работами в области жиров и масел, их омыления щелочами и высаливаниями мыл.

Другой французский химик этого периода — Жан Элло (1685–1766), современник братьев Жоффруа, был редактором политической газеты «Gazette de France» и членом Парижской академии наук. Его работы относятся почти исключительно к области технической химии. Будучи флогистиком, он пытался решить весьма странные задачи. Так, он приложил немало усилий для того, чтобы «разложить» металлический цинк. При этом он, однако, правильно оценил и описал отношения цинка, окиси цинка и цинкового купороса к кислотам. Он внес ряд усовершенствований в технологию фарфорового производства в Севре и предложил также новые краски для росписи фарфора. Элло разработал теорию крашения тканей. Он изучал способы разделения золота и серебра в сплавах и точного определения содержания обоих металлов. Им выпущено несколько книг химико-технического содержания.

Видным французским химиком-техником был ученики последователь Лемери и Жоффруа — Анри Луи Дюамель дю Монсо (1700–1782). Он также состоял членом Парижской академии наук и был разносторонним ученым — агрономом, физиком, метеорологом, физиологом и техником. Заслуга Дюамеля перед химией состоит прежде всего в исследованиях, посвященных природе основания поваренной соли. Он показал, что осадок, получаемый действием едкого кали на раствор поваренной соли, ничего общего с основанием этой соли не имеет и обусловлен загрязнениями. Истинное основание поваренной соли он нашел в едком натре и установил, что это же основание присутствует в буре, глауберовой соли и соде. Он установил различие между едким кали и едким натром, исследовал природные источники солей, содержащих эти основания. Дюамелю принадлежит и первый проект получения соды из каменной соли.

Заслуживает упоминания и литературная деятельность Дюамеля дю Монсо и в области технической химии. Ему принадлежат монографии статьи по производству нашатыря, по мыловарению, рафинации сахара, клееварению и другим вопросам технической химии.

Более широкую известность приобрели труды одного из наиболее ревностных представителей теории флогистона во Франции Пьера Жозефа Макёра (Маке) (1718–1784) (64). Он родился в Париже и в молодости изучал здесь медицину и химию. Благодаря своим исследованиям он стал членом Парижской академии наук и профессором химии в Ботаническом саду.

В сочинениях Макёра «Элементы химии» (1749–1751, второе издание–1775) (65) и «Химическом словаре» (1766 г., второе издание — 1778) отчетливо отражены воззрения самого автора, а также приведены сведения, которыми располагала химия в средине XVIII в. (66)

В своем учебнике химии Макёр исходит из представлений об элементах как пределе делимости веществ. Однако таким пределом делимости он считает начала — землю и воду, а также воздух и огонь, т. е. элементы Аристотеля. Макёр рассматривает свойства этих элементов-стихий. Говоря об огне, он указывает, что это самое сильное и действенное средство для разложения веществ. Если огонь входит в состав тел в качестве элемента, он называется флогистоном и отличается по свойствам от свободного огня. Все тела, способные гореть, содержат в своем составе флогистон, однако это же начало содержат и некоторые невоспламеняющиеся вещества, например металлы. Далее Макёр признает существование так называемой всеобщей кислоты и считает за таковую, следуя Бехеру и Шталю, купоросное масло, т. е. серную кислоту.

Макёром экспериментально были исследованы некоторые явления, в частности растворимость различных масел в спирте. Он изучил также вопрос об окрашивающем начале, содержащемся в берлинской лазури, и пришел к заключению, что это начало представляет собой чистый флогистон.

Вообще Макёр стремился всюду подчеркивать значение теории флогистона при объяснении различных явлений, несмотря на то, что ему были хорошо известны противоречия этой теории фактам. Во второй половине XVIII в. эти противоречия были настолько очевидными, что некоторые авторитетные естествоиспытатели стали сомневаться в существовании флогистона как простого начала. Например, Бюффон в дополнении к своей «Естественной истории» (1774) писал, что флогистон — соединение двух элементов — огня и воздуха, которые находятся в телах в связанном состоянии (67).

В 1778 г. Макёр, не называя имени Бюффона, резко раскритиковал его воззрения во 2-м издании своего «Химического словаря». В статье «Флогистон» Макёр, возражая противникам флогистона, писал: «Должно признаться, что теория горючего существа (флогистона. — Н. Ф.) у незнающих подвержена поруганию по той причине, что они ни ее не могут понимать, ни иметь малейшее понятие об опытах, на которых она основывается. Существо, которое почитается материальным, но которого нельзя в склянице представить свободным и чистым…, им кажется существом химерическим и сложным, которое существует токмо в воображении химиков и изобретено для объяснения многих явлений, не меньше обольщающих, как и темных» (68).

Пытаясь устранить противоречия теории флогистона и, в частности, рационально объяснить «отрицательный вес» флогистона, Макёр с восторгом принял следующее «объяснение» Гитона де Морво: «Приведем в равновесие на весах под водой два свинцовых шара приблизительно одного веса; затем к одной чашке весов подвесим кусок пробки, предмет более легкий, чем вода; тогда эта чашка со свинцовым шаром подымется вверх и будет казаться более легкой, несмотря на то, что вес ее, очевидно, увеличился. Подобное же происходит при горении, только здесь взвешивание происходит в воздухе; металл, соединение металлической извести с флогистоном, кажется легче извести, так как удельный вес флогистона, точно так же, как и пробка, легче среды, в которой мы производим взвешивание» (69).

Макёр считал это объяснение «достойным удивления». Он оставался убежденным флогистиком до самой смерти, даже после того как эта теория пала.

Старшим современником Макёра был Гийом Франсуа Руэль (1703–1770). Он изучал аптечное дело и успешно занимался химией. В 1742 г. Руэль был назначен профессором-демонстратором в Ботанический сад (Jardin des plantes). B том же году он был избран адъюнктом Парижской академии наук, а в 1752 г. стал членом этой академии. В 1768 г. Руэль оставил профессуру по болезни (70).

Как исследователь Руэль был мало продуктивен. Он опубликовал всего пять сообщений о своих работах. В первой работе (1744 г.) он предложил классификацию нейтральных солей, основанную на форме их кристаллов, на содержании в них кристаллизационной воды и на температуре, при которой начинается кристаллизация солей при выпаривании растворов. В следующем году он опубликовал сообщение о кристаллизации «морской» (поваренной) соли. Третье сообщение (1747 г.) было посвящено явлению воспламеняемости эфирных масел, в частности скипидара, при действии дымящей азотной кислоты. Четвертое сообщение касалось метода бальзамирования трупов, применявшегося в Древнем Египте. Наконец, в 1754 г. Руэль представил свое последнее сообщение в Академию наук, в котором утверждал, что кислые соли отличаются от нейтральных. Эта идея Руэля была подвергнута критике, в частности Бомэ, в дальнейшем одним из упорных противников кислородной теории Лавуазье.

Однако имя Руэля стало широко известным в связи с его блестящими лекциями в Ботаническом саду. Благодаря живости и темпераментности изложения, лекции Руэля привлекали множество слушателей, среди которых было много крупных ученых и общественных деятелей Франции, в том числе Макёр, Лавуазье, Пруст и Леблан, а также Дидро, Ж. Ж. Руссо и другие видные ученые и писатели.

Сохранилось несколько довольно полных записей лекций Руэля. Его теоретические воззрения, положенные им в основу курса, никак нельзя признать прогрессивными. Руэль считал, что учение о четырех элементах Аристотеля — начале воспламеняемости, или «связанном огне» (флогистоне), земле, воздухе и воделучше объясняет свойства веществ и химические явления, чем три начала Василия Валентина и Парацельса.

В курсе Руэля освещались, впрочем, и некоторые его собственные точки зрения. Так, он указывал, что нейтральные соли представляют собой сочетание кислот и оснований, причем свойства этих последних в солях сохраняются. Такие соли не вскипают при действии кислот и щелочей (71). Руэль также подробно касался в своих лекциях проблем технической химии и описывал химические производства, в особенности много внимания он уделял вопросам медицины и фармации.

Из химиков этого периода назовем здесь видного шведского ученого Торберна Улафа Бергмана (1735–1784) (72). В юности Бергман изучал математику и естественные науки. В 1761 г. он получил профессуру по математике в Упсальском университете. С 1767 г. он стал профессором химии этого же университета и приобрел широкую известность своими химическими исследованиями. Конец жизни Бергмана был омрачен болезнями.

Бергман был весьма трудолюбивым и разносторонним химиком. Главная его заслуга состоит в разработке методов качественного химического анализа мокрым путем. Он ввел в употребление многие реактивы и основал учение о реактивах и систематическом качественном анализе. Пользуясь ограниченным набором реактивов, он провел множество анализов солей и минералов. Бергман пользовался настойками индикаторов, в частности настойками лакмуса и бразильского дерева, для определения кислот и щелочей, описал характерные реакции для ряда металлов и кислот. Предложенные им реакции определения меди, извести, барита, сероводорода и ряда кислот применяются и до сих пор.

Бергман указал на целесообразность применения едких и углекислых щелочей для осаждения окислов металлов (и основных солей) из соответствующих растворов. Он ввел также средства для отделения осадков и выпавших кристаллов из раствора. Бергман разработал метод анализа силикатов, которые он переводил в раствор сплавлением с поташом. Вообще он дал полное руководство к испытанию минералов и руд, вначале переводя их в раствор действием соляной или азотной кислоты или путем сплавления с щелочами.

Бергман разработал некоторые методы весового количественного анализа в растворах и определил состав многих солей и минералов. Помимо методов качественного и количественного анализов солей и минералов, Бергман значительно усовершенствовал методы химического исследования минеральных вод. Он определил также содержание углерода в обычном ковком железе, стали и чугуне и нашел, что из них наиболее чистым является ковкое железо. Он объяснил также хладоломкость железа присутствием в нем фосфора. Вопреки мнению Руэля, который считал, что в состав купоросов входит металл и кислота, Бергман указал, что купоросы получаются из окислов металлов (металлических оснований) и серной кислоты. Исследуя минеральные воды, Бергман довольно точно определил растворимость углекислого газа в воде.

Однако отдельные взгляды Бергмана были ошибочными. Прочно придерживаясь теории флогистона, он активно выступал против новых представлений Лавуазье. Несмотря на достижения в химико-аналитическом исследовании веществ Бергман иногда делал совершенно неправильные выводы об их составе. Так, он утверждал, что нерастворимый остаток, получаемый после растворения хладоломкого железа в соляной кислоте, представляет собой некий новый металл, который он называл «сидерум» (в действительности же это фосфид железа).

Важной областью деятельности Бергмана являются его исследования, посвященные проблеме химического сродства. Причиной сродства Бергман считал силу притяжения между частицами реагирующих веществ. Хотя частицы эти и весьма малы, их взаимное притяжение, по его мнению, должно быть очень велико вследствие малых расстояний между ними. Поэтому Бергман полагал, что величина силы сродства действующих друг на друга веществ при одинаковых условиях постоянна и не зависит от количеств обоих веществ. О сродстве кислот и оснований Бергман судил по их количествам, насыщающим одно другое. Проведя множество опытов (недостаточно точных), он определил сродство оснований к кислотам и кислот к основаниям и пришел к неправильному заключению о величине сродства и о вытеснении из солей одних кислот другими. Бергман составил и опубликовал «большие таблицы сродства», в принципе сходные с таблицами Жоффруа. При этом он признавал невозможным установить абсолютные величины сил сродства. Впоследствии учение Бергмана об избирательном сродстве было опровергнуто Бертолле.

Таблицы сродства Бергмана приобрели в конце XVIII в. большой авторитет среди химиков. Каждый из них, открыв новое вещество, стремился прежде всего определить его место в бергмановских таблицах сродства, точно так же, как впоследствии стремились определять молекулярный вес и другие константы вновь открываемых веществ.

Другой шведский химик этого же периода Аксель Фредрик Кронштедт (1722–1765) получил известность также благодаря своим химико-аналитическим исследованиям. Кронштедт учился в Упсальском университете, изучал там математику и минералогию. В 1742 г. он поступил в Горную академию и некоторое время работал по обследованию горных приисков в Швеции. В 1753 г. он перешел на службу в Стокгольмскую академию наук. В 1758 г. он выпустил книгу «Система минералогии», которая получила широкое распространение в Европе.

Кронштедт много работал в области аналитической химии минералов. Ему принадлежит заслуга введения в качественный анализ паяльной трубки. В 1751 г. он обнаружил в кобальтовой земле примесь, имевшую зеленый цвет, и выделил из нее новый металл, который был назван никелем.

В рассматриваемый период в различных странах Европы работало довольно много и менее известных химиков, также занимавшихся главным образом проблемами технической химии и химическим анализом солей, минералов и минеральных вод и т. д. Из этих химиков здесь назовем лишь немногих.

Иоганн Готлиб Леман (1719–1767) (74) родился в Лангенхеннерсдорфе, близ Пирна, в Германии. С 1735 г. он обучался в гимназии и у частных учителей. В 1738 г. поступил в Лейпцигский университет, где изучал медицину, а в следующем году перешел в Виттенбергский университет, продолжая заниматься медициной. Здесь в 1741 г. Леман получил степень доктора медицины и в 1745 г. переселился в Дрезден, где работал практикующим врачом. В 1750 г. он переехал в Берлин, откуда в 1752–1754 гг. совершил путешествие в Гарц. В 1754 г. Леман получил звание горного советника. В 1760 г. был приглашен на кафедру химии Петербургской академии наук. В 1761 г. он прибыл в Петербург и был назначен профессором химии, принял Химическую лабораторию и одновременно стал заведующим кабинетом натуральной истории. 22 января 1767 г. Леман умер от желчной лихорадки, по-видимому вызванной случайным отравлением мышьяком в лаборатории. В начальный период своей деятельности Леман занимался главным образом минералогией, геологией и горным делом. В дальнейшем он занимался химическим анализом минералов, в частности вольфрамита, а также пробирным анализом. В 1761 г. вышло в свет его руководство по пробирному анализу (75). После переезда в Петербург Леман продолжал свои химико-аналитические исследования, изучая некоторые руды и минеральные воды. Для этого он совершил несколько путешествий по России и, в частности, посетил минеральные источники Старой Руссы. Леман был типичным представителем химико-технического направления, господствовавшего в то время в Германии (76).

В тот же период в Петербурге работали и другие химики-практики. Иван Андреевич Шлаттер (1708–1768) — химик-пробирер, директор Петербургского монетного двора и затем (с 1760 г.) президент Бергколлегии. Шлаттеру принадлежат несколько химико-металлургических исследований и проектов. Им написано первое руководство по пробирному анализу на русском языке (77).

После смерти Лемана ломоносовской химической лабораторией некоторое время руководил почетный академик Петербургской академии и фармацевт Иоганн Георг Модель (1711–1775). Несколько исследований, опубликованных Моделей, касались химико-аналитических и химико-фармацевтических вопросов.

Из итальянских химиков флогистического периода назовем Якопо Бартоломео Беккари (1682–1766). В особенности он изучал процессы ферментации, разложил муку на крахмал и клейковину. Им сделаны также интересные наблюдения, посвященные явлению фосфоресценции. Беккари исследовал также действие света на соли серебра и установил происходящее при этом изменение цвета (78).

Итальянский химик Джованни Баттиста Беккария (1716–1771), профессор экспериментальной физики в Турине, изучал явления кальцинации олова и свинца в замкнутых сосудах и нашел, что количество получавшейся при этом «извести» (окалины) тем больше, чем большего объема был взят сосуд, в котором проводилось прокаливание. Однако это явление он объяснил с флогистических позиций тем, что воздух при прокаливании металла необходим лишь для поглощения выделяемого флогистона. Таким образом, если воздуха недостаточно, флогистон не может выделяться из металла (79). Кроме того, Беккария изучал восстановление металлических «известей» при действии электрических искр. Другие итальянские химики этого периода занимались химико-техническими, фармацевтическими и другими вопросами, проводили химические анализы разнообразных материалов. Так, Джованни Ардуино (1714–1795) провел множество анализов минеральных вод.

К этому же периоду (особенно после 1770 г.) относится деятельность многих других видных химиков разных стран; однако они были уже современниками химической революции. Некоторые из них примкнули к учению Лавуазье, другие же, наоборот, продолжали упорно придерживаться старых флогистических представлений даже в конце столетия. О деятельности этих химиков «переходного периода» будет сказано в дальнейшем.

Таким образом, в период теории флогистона начался интенсивный процесс накопления нового фактического материала в различных областях технической химии и аналитической химии. Весьма характерно для этого периода (1750–1770) то, что большинство химиков принимало непосредственное участие в решении самых различных химико-технических проблем и вопросов, выдвигавшихся на очередь быстро развивающейся промышленностью. Химики флогистического периода как бы ощущали потребности производства, назревающую промышленную и техническую революции. Такая химико-техническая деятельность химиков продолжалась и в начале XIX в.

Важнейшим направлением исследований, получившим развитие в течение флогистического периода, было изучение химического состава солей и минералов, а также попытки их классификации, отражавшие общее стремление естествоиспытателей этого периода к систематизации фактического материала (Линней и др.). Эти направления исследований также находились в самой непосредственной связи с потребностями производства, в частности с поисками новых источников сырья для промышленности. Они явились результатом многочисленных экспедиций XVIII в. Именно поэтому в деятельности многих химиков этого периода сочетались интересы к аналитической химии, минералогии, горному делу, металлургии и т. д.

Изучение химического состава солей, минералов, руд, животных и растительных продуктов потребовало от химиков разработки методов качественного и количественного химического анализа. Анализами различных объектов занимались все без исключения химики-исследователи того времени. Уже первые результаты исследования солей и простейших по составу минералов (гипс и др.) привели к важным выводам о наличии стехиометрических отношений кислот и оснований в солях. Все это послужило базой для пересмотра теоретических основ химии.

Отметим в заключение значительное расширение химического образования в период теории флогистона. Об этом свидетельствует появление ряда учебников по химии, множества монографий по химико-техническим вопросам, руководств, словарей и других пособий для изучения химии.

Следует упомянуть и о популяризаторской деятельности химиков в этот период, возбуждавшей широкий интерес к химии и ее приложениям в производстве и быту в образованной части общества.

 

ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Одну из ярких страниц в развитии химии во второй половине XVIII в. представляет собой деятельность химиков-пневматиков, изучавших способы получения и свойства различных газов (от греческого — «дух», «дуновение», «дыхание», «воздух»). По существу эта область исследования представляла собой одно из направлений химико-аналитической и химико-технической деятельности химиков флогистического периода. К тому же химики-пневматики не только занимались исследованиями газов, но и работали в других важных областях химии того времени.

Однако специфический характер исследований химико-пневматиков и важное значение, которое приобрела их деятельность для дальнейшего развития химии, требуют особого рассмотрения истории открытий в области химии газов во второй половине XVIII столетия, а также анализа той борьбы мнений, которую вызвали новые открытия.

До середины XVII в., как уже говорилось, газы еще не различались и считались лишь разными видами воздуха. Ван-Гельмонт, по-видимому, первый показал, что помимо воздуха следует признать существование ряда различных воздухообразных тел, которые он называл газами, и, в частности, «лесного газа».

После Ван-Гельмонта изучением газов занимались отдельные исследователи, в частности Ж. Рей, Дж. Майов, Р. Бойль. В начале XVIII в. химики не проявляли особого интереса к изучению газов. Основной причиной этого было отсутствие в их распоряжении удобных методов получения, собирания и исследования свойств отдельных газов. Однако некоторые ученые все же пытались исследовать свойства известных в то время газов, применяя воздушный насос Бойля и примитивные приспособления для собирания выделяющихся в различных процессах газов. Так, Ломоносов, изучавший механизм растворения металлов в кислотах, получил при растворении меди в азотной кислоте окислы азота и описал некоторые свойства этого газа. Для собирания газа он пользовался бычьим пузырем, как, впрочем, и его современники и химики более позднего времени, например Пристлей.

В первой половине XVIII в. появилось описание так называемой пневматической ванны, предложенной Гейлсом, в которой приемник получаемого газа был отделен от генератора газа. Однако открытие Гейлса не сразу стало известно химикам, так как было опубликовано в книге, посвященной проблемам ботаники.

Стефен Гейлс (1667–1761) изучал в Кэмбридже теологию и стал священником. Свой досуг он посвящал изучению математики и естествознания, особенно биологии (физиологии растений). Гейлс экспериментально исследовал различные явления и процессы, связанные с ростом растений, а также и с их химическим составом. При этом он стремился пользоваться точными физическими методами исследования и объяснять явления жизни и роста растений с позиций физики и химии. Главным трудом Гейлса, посвященным физиологии растений, является книга «Статика растений» (1727 г.). В этом сочинении и описана «пневматическая ванна», которая служила Гейлсу для собирания газов, выделявшихся при сухой перегонке дерева. В дальнейшем «пневматическая ванна» приобрела большое значение в практике исследований газов как прибор для собирания газов над водой.

Первым видным представителем периода пневматической химии был английский ученый Джозеф Блэк (1728–1799). Он родился в Бордо (Франция) и в 12-летнем возрасте переехал в Англию для получения образования. Он учился в Бельфасте (Ирландия), а в 1746 г. поступил в университет в Глазго. Здесь он изучал медицину, но интересовался и естественными науками, особенно химией. В 1750 г. Блэк перешел в Эдинбургский университет, а в 1754 г. получил степень доктора медицины. Выполненное им в качестве докторской работы исследование (опубликовано в 1755 г.) было посвящено выяснению природы «едких» и «мягких» щелочей, а также свойствам «воздуха», выделяющегося при действии кислот на «мягкие» (т. е. углекислые) щелочи. Эта работа принесла Блэку известность и авторитет. В 1756 г. он был назначен профессором химии в Глазговском университете, а 10 лет спустя, в 1766 г., перешел на ту же должность в Эдинбургский университет.

Здесь он работал более 30 лет (до 1797 г.), привлекая своими замечательными лекциями много слушателей и учеников. В последние годы жизни Блэк был тяжело болен (80).

Хотя исследования Блэка немногочисленны, они приобрели важное значение в истории химии и оказались как бы вводными в исследования химиков-пневматиков. Тема первого его исследования, начатого в 1752 г., была поставлена им в связи с поисками эффективных лекарственных средств для растворения камней в мочевом пузыре. В то время для этого применялись едкие щелочи. Желая «смягчить» действие подобных средств, Блэк прежде всего занялся изучением природы едкости щелочей. Как и его современники, он полагал, что едкость щелочей связана с наличием в их составе элемента-огня. Так, считалось, что известняк при сильном прокаливании превращается в едкую известь вследствие присоединения «огненной материи». Но изучая переход от мягкой щелочи (известняка) к едкой (извести), Блэк убедился в ошибочности таких представлений. Он нашел, что при прокаливании известняка к нему не только не присоединяется какая-либо материя, а наоборот, прокаливание сопровождается выделением из известняка значительного количества «воздуха». После тщательного изучения свойств этого «воздуха» Блэк назвал его «фиксируемым воздухом», так как оказалось, что этот «воздух» легко поглощается — «фиксируется» (связывается) едкими щелочами, например раствором едкой извести.

Поставив подобные же опыты с жженой магнезией, Блэк получил новое подтверждение своим выводам. Он обнаружил далее, что «фиксируемый воздух», т. е. углекислый газ, выделяется из известняка (СаСO3) и белой магнезии (углекислого магния) при действии кислот, причем получаются соли. В своих исследованиях Блэк пользовался весами и точно определял потерю в весе «мягких» щелочей при их прокаливании. Так, он взял точно отвешенное количество белой магнезии и, прокалив ее, отметил потерю в весе. Затем он растворил полученную жженую магнезию в кислоте и осадил поташом из раствора белую магнезию. Отделив и высушив осадок, он получил точно такое же количество белой магнезии, которое было взято для опыта. На основании своих исследований Блэк пришел к заключению, что «мягкие щелочи» содержат «фиксируемый воздух», который играет роль кислоты в этих соединениях, представляющих собой, таким образом, соли.

Несмотря на ясность и доказательность выводов Блэка, в то время еще приверженца теории флогистона, его исследования многие ученые подвергли критике и даже нападкам. Против представлений Блэка о причине едкости щелочей выступил, в частности, немецкий химик И. Ф. Мейер, который, в противовес мнению Блэка, считал, что при прокаливании известняка и белой магнезии теряется не «фиксируемый воздух», а лишь вода и что переход от мягкой щелочи к едкой связан с поглощением из огня особой «жирной кислоты» (acidum pingue). Вслед за Мейером взгляды Блэка критиковали и другие химики, в частности французский химик Бомэ. Даже Лавуазье не хотел признавать справедливость выводов Блэка, склонялся к мнению его противников и лишь впоследствии изменил свои взгляды.

Нельзя не сказать и о другом важном исследовании Блэка, посвященном вопросу о скрытой, теплоте плавления и испарения. Блэк поставил следующий простой опыт: к определенному, взвешенному количеству льда, имеющего температуру 32° по Фаренгейту, он добавил равное количество воды с температурой 172° Ф. Казалось бы, при этом смесь должна была принять среднюю температуру 102 Ф. как это наблюдается при смешивании равных количеств воды с разными температурами. В действительности же Блэк обнаружил, что смесь сохранила температуру 32° Ф, но зато весь лед растаял. На основании ряда подобных опытов Блэк пришел к правильному выводу, что таяние льда связано с поглощением большого количества теплоты, которая берется из запасов тепла смеси. Эту теплоту Блэк назвал «скрытой теплотой» плавления.

Свои выводы о скрытой теплоте Блэк приложил и к другим явлениям, связанным с выделением и поглощением тепла, в частности к растворению солей, испарению жидкостей и т. д. Блэк объяснил с этой же точки зрения и действие охлаждающих смесей. Такие смеси, согласно Блэку, затрачивают особенно большое количество тепла на переход в жидкое состояние и берут это тепло из собственных запасов, вследствие чего сильно охлаждаются.

Исследования Блэка, таким образом, представляют собой выдающееся явление в истории науки и отражают его новаторский подход к решению важных научных вопросов, характерный для химии и физики конца XVIII в. Флогистик Блэк, после падения теории флогистона, примкнул к сторонникам учения Лавуазье.

Пневматические исследования Блэка продолжили и значительно расширили его современники — химики-пневматики, и особенно его соотечественники Кавендиш и Пристлей, а также швед Шееле.

Деятельность этих ученых, продолженная затем Лавуазье, теоретически обобщившего результаты всех их открытий в области пневматической химии, непосредственно привела к химической революции в конце XVIII в.

Видный английский химик и физик Генри Кавендиш (1731–1810) (81) родился в богатой аристократической семье. После нескольких лет обучения в школе он в 1749 г. поступил в Кэмбриджский университет, где изучал естественные науки.

Однако через четыре года он оставил университет, не получив никакой ученой степени. По-видимому, в 1753 г. он поселился в Лондоне в доме своего отца. О 10 годах его дальнейшей жизни не сохранилось никаких сведений. Вероятно, они были посвящены в значительной степени занятиям физикой и математикой. В это же время Кавендиш устроил в конюшне лабораторию и в течение всей дальнейшей жизни вел в ней исследования. В 1760 г. он был избран членом Лондонского Королевского общества.

Кавендиш был человеком особого склада, с большими странностями. Он был нелюдимым, мало говорил и смущался, когда к нему обращались незнакомые люди. Несмотря на то, что был весьма богат, он ходил в старомодной одежде и скромно питался. Г.Дэви писал о нем: «Голос его похож был на какой-то писк, обращение его было нервное. Он пугался чужих людей, и когда смущался, то ему трудно было говорить. Он одевался, как наши деды, был очень богат, но не пользовался своим богатством» (82).

В 1783 г. после смерти своего отца и тетки Кавендиш получил огромное наследство и, как выразился его биограф, физик Био в некрологе, «был самым богатым из ученых и, вероятно, самым ученым среди богачей» (83).

Всю свою жизнь Кавендиш посвятил научным занятиям и, особенно, экспериментальным исследованиям. Каждый день, включая и воскресенья, он проводил за работой. Только изредка он выезжал из Лондона в короткие путешествия, но не с целью отдохнуть, а для геологических обследований различных районов Англии и ознакомления с промышленными предприятиями. На лето Кавендиш переезжал в свою виллу, где также была устроена лаборатория и астрономическая обсерватория. Здесь он принимал иногда редких гостей.

Кавендиш как экспериментатор отличался высокой тщательностью работы. Он аккуратно заносил в лабораторный журнал-дневник свои наблюдения и результаты опытов, но публиковал свои работы неохотно. Лишь в 1766 г. он решил опубликовать некоторые свои исследования в журнале Королевского общества «Philosophical Transactions». Многие его статьи лежали в законченном виде более 10 лет, прежде чем он решал послать их в печать. Отдельные же его труды при его жизни так и не увидели света.

Как физик Кавендиш получил известность своими исследованиями по электрическому разряду, предпринятыми для выяснения причин «электрического удара» некоторых животных (электрический скат). Он изучал также явления, связанные с выделением и поглощением теплоты, и в частности скрытые теплоты плавления и испарения. Будучи сторонником молекулярно-кинетической теории теплоты (в отличие от Блэка — сторонника теории теплорода), он осуждал употреблявшееся Блэком выражение «выделение или поглощение скрытой теплоты», которое предполагает, что теплота представляет собой какое-то вещество, и сам употреблял вместо этого выражение «теплота возникает». Большое значение получили также определения Кавендишем постоянной земного тяготения при помощи крутильных весов.

Особенно важны исследования Кавендиша в области пневматической химии. Первая работа Кавендиша по химии, посвященная свойствам металлического мышьяка и его окислов, не была им опубликована и стала известна лишь после его смерти. Кавендиш — ревностный последователь теории флогистона (до конца своих дней), объяснял различие в свойствах окислов тем, что высший окисел — As2О5 — содержит меньше флогистона, чем As2О3, а последний содержит меньше флогистона по сравнению с металлическим мышьяком (корольком мышьяка).

Из других ранних исследований Кавендиша назовем работу, в которой он показал, что известь и магнезия хорошо растворяются в воде при насыщении последней углекислотой.

В 1788 г. Кавендиш выступил с интересной работой, которая особенно характеризует его роль в развитии методов количественного химического анализа. Эта работа посвящена определению крепости серной кислоты. Кавендиш так описывает свой метод: «Мой метод состоял в том, что я находил количество plumbum vitriolatum (сернокислого свинца), осажденное свинцовым сахаром, и отсюда вычислял крепость серной кислоты, исходя из предположения, что то количество серной кислоты, которое образует 100 частей сернокислого свинца, способно растворить 33 части мрамора; ибо я нашел опытным путем, что это количество серной кислоты насыщает столько же фиксируемой щелочи, сколько такое же количество азотной кислоты, которое растворяет 33 части мрамора» (84).

Здесь мы видим в зародыше учение об эквивалентности кислот, развитое позднее Рихтером, и намек на закон кратных отношений Дальтона.

Первая из работ, опубликованных Кавендишем, была посвящена пневматической химии. Она озаглавлена «Опыты с искусственным воздухом» (1766 г.). Исследование это, по-видимому, находится в связи с опубликованными Блэком в 1755 г. мемуарами «О белой магнезии, едкой извести и других щелочных веществах», где описывается «фиксируемый воздух». Кавендиш получил и исследовал различные виды «искусственного воздуха», представляющего, по его словам, «всякий род воздуха, который содержится в веществах в неупругом (связанном. — Н. Ф.) состоянии и может быть искусственно из них выделен» (85).

В качестве одного из видов «искусственного воздуха» Кавендиш исследовал прежде всего «горючий воздух», т. е. водород. Кавендиш не был первым, кто получил этот газ. Как мы видели, «горючий, или воспламеняемый, воздух» упоминается во многих химических сочинениях XVI–XVIII вв. задолго до Кавендиша, например у Лемери и Ломоносова. Однако именно Кавендишу принадлежит заслуга описания водорода как индивидуального вещества со своеобразными свойствами. Он получал водород действием разбавленных кислот — серной и соляной — на железо, цинк и олово и установил, что во всех случаях образуется один и тот же газ.

Будучи убежденным флогистиком, Кавендиш считал, что водород выделяется при действии кислоты на металлы не в результате разложения кислоты, а в результате «разложения» под действием кислоты металлов, считавшихся флогистиками сложными телами. Этой же точки зрения придерживался в середине XVIII в. и Ломоносов. По мнению Кавендиша, различные металлы содержат различные количества «воспламеняемого воздуха».

На основании этого Кавендиш решил, что «горючий воздух» и представляет собой тот самый флогистон, который улетучивается из металлов при их кальцинации. К тому же обнаруженная им необычайная легкость этого газа, казалось, блестяще подтверждала учение флогистиков об «отрицательном весе» флогистона.

Однако, исследуя свойства «горючего воздуха», Кавендиш убедился, что он имеет вес. Для определения его плотности Кавендиш взвешивал колбу с серной кислотой и цинком до реакции и затем после полного выделения водорода и отмечал убыль в весе за счет освободившегося водорода, объем которого он точно определял. Он получил для плотности водорода относительно воздуха значение, равное 0,09 (современное значение 0,0695).

Этот результат заставил Кавендиша отказаться от предположения, что «горючий воздух» представляет собой чистый флогистон. Однако он тут же принял, что водород — это соединение флогистона с водой, т. е. гидрат флогистона. Эта точка зрения также вполне соответствовала взглядам флогистиков, утверждавших, что свободный флогистон существовать не может и при выделении, например, из металлов в процессе их кальцинации он обязательно вступает в прочное соединение с воздухом или другими веществами.

Другим видом «искусственного воздуха», исследованного Кавендишем, был «фиксируемый воздух» Блэка. Кавендиш получал его, так же как и Блэк, действием кислот на известняк, белую магнезию, мрамор и т. п. Он нашел, что плотность фиксируемого воздуха» по отношению к обычному воздуху равна 1,57. Кавендиш исследовал также «искусственный воздух», образующийся в результате брожения, а также гниения органических веществ.

Спустя 17 лет после своего первого сообщения о различных видах «искусственного воздуха», Кавендиш в 1783 г. опубликовал мемуар под заглавием «Известие о новом эвдиометре». В этом исследовании описывается прибор для анализа воздуха, основанный на окислении окиси азота. За время между выходом первой и второй работ Кавендиша (с 1766 по 1783) в области пневматической химии были сделаны крупнейшие открытия. Сам Кавендиш получил в 1772 г. (согласно сообщению в одном из писем Пристлея) так называемый мефитический воздух, или, как его обычно называли флогистики, «флогистированный воздух», в дальнейшем названный «азотом». Способ получения «мефитического воздуха» состоял в том, что обычный воздух многократно пропускался над раскаленным углем и образующийся при этом углекислый газ (фиксируемый воздух) поглощался щелочью. Но Кавендиш не опубликовал своевременно результатов этого исследования, и поэтому честь открытия азота обычно приписывается Даниэлю Рутерфорду (1749–1819), который в том же 1772 г. описал азот в своей диссертации «О так называемом фиксируемом и мефитическом воздухе», представленной для поручения ученой степени доктора медицины и выполненной под руководством Дж. Блэка.

Кавендишу, однако, принадлежит подробное количественное исследование свойств азота, а так же открытого в это же время Шееле и Пристлеем «огненного воздуха», т. е. кислорода. Для получения чистого азота Кавендшн также воспользовался свойствами «селитряного газа» (окиси азота), который, соединяясь с «дефлогистированной» частью воздуха (кислородом), образует красную двуокись азота, легко поглощаемую водой и растворами щелочей при встряхивании.

При помощи специально сконструированного эвдиометра Кавендиш провел большое число анализов воздуха. Он опроверг господствовавшее в то время представление, что «добротность» воздуха в различных местах различна. В течение 60 дней он брал пробы воздуха при разных условиях погоды и в различных местах и, проведя около 400 определений, установил, что состав воздуха всюду одинаков. Кавендиш нашел, что среднее содержание «дефлогистированного воздуха» в обычном воздухе составляет 20,84 % по объему.

В 1784–1785 гг. Кавендиш выполнил и опубликовал еще одно исследование под заглавием «Эксперименты с воздухом». Эта работа имела целью найти причину уменьшения объема воздуха при всякого рода его «флогистировании» и установить, что происходит с исчезающим при этом воздухом. После нескольких неудачных попыток решить этот вопрос Кавендиш, желая удалить из воздуха его «дефлогистированную часть» (кислород), смешал воздух с водородом и при помощи электрической искры взорвал смесь. К его удивлению, в результате взрыва получилась вода. Он повторил опыт в сосуде большего объема (8 фунтов длины и диаметром 3/4 дюйма) и получил в результате 8,7 г воды, «которая не имела ни вкуса, ни запаха и при испарении досуха не оставляла ни малейшего следа». При этом оказалось, что более 4/5 взятого воздуха оставались в трубке. В результате опытов Кавендиш пришел к выводу, что при «флогистировании» воздуха (т. е. при отнятии у него кислорода) из него выделяется влага.

В этом же сообщении Кавендиша описаны опыты взрыва смеси воздуха и водорода при недостаточном количестве водорода. Оказалось, что при этом отчасти образуются окислы азота, которые при растворении в воде дают азотную и азотистую кислоты. Кавендиш пытался установить источник появления кислоты, но безуспешно.

Используя простой прибор, Кавендиш исследовал действие электрического разряда на воздух. Изогнутая под острым углом стеклянная трубка, заполненная воздухом, была погружена концами в два сосуда с ртутью. Над ртутью в обоих коленах трубки было налито немного раствора едкого кали. Ртуть одного из сосудов соединялась при помощи проводника с кондуктором электростатической машины, ртуть второго сосуда — с землей. Для опытов бралась искусственная смесь из пяти частей «дефлогистированного воздуха» (кислорода) и трех частей обычного воздуха, через которую пропускались электрические искры. При этом объем воздуха в трубке постепенно уменьшался (в результате образования окиси, а затем двуокиси азота, растворявшейся в щелочи), пока не остался небольшой пузырек, не поддававшийся далее действию электрических разрядов. В щелочном растворе над ртутью Кавендиш обнаружил селитру. Таким образом, он впервые осуществил синтез азотной кислоты из воздуха.

В восьмидесятых годах Кавендиш, конечно, хорошо знал о новых представлениях, развитых Лавуазье, о роли кислорода в химических и жизненных процессах и даже иногда пытался с новых точек зрения толковать результаты своих пневматических опытов. Однако как убежденный флогистик в заключение своего мемуара «Опыты с воздухом» он писал: «Из сказанного как будто следует, что явления природы могут найти объяснение и без помощи флогистона; действительно, дело сводится к одному и тому же, говорят ли, что телу сообщается дефлогистированный воздух или что из него удаляется флогистон с заменой его водой. Так как нет, вероятно, вещества, совершенно свободного от воды, и так как я не знаю средства, как переносить флогистон с одного тела на другое, без того, чтобы оставалось сомнение, не была ли перенесена и вода, то чрезвычайно трудно при помощи опыта решить, какое из двух мнений самое истинное. Но так как общепринятый принцип флогистона так же хорошо объясняет явления, как и теория Лавуазье, то я придерживался первого» (86).

Кавендиш и в дальнейшем проводил опыты с воздухом, желая установить, весь ли азот, содержащийся в воздухе, может быть превращен в азотную кислоту. В результате этих опытов он пришел к выводу: «Если в нашей атмосфере содержится часть флогистированного воздуха, которая отличается от всего остального и не может быть превращена в азотную кислоту, то мы с уверенностью можем сказать, что она не больше 1/125 части его» (87).

Этот вывод оказался достаточно точным и спустя 100 лет был подтвержден при открытии аргона в воздухе. Таким образом, Кавендиш был выдающимся химиком-пневматиком, обогатившим химию и физику рядом крупнейших открытий (88).

Современником Кавендиша был другой выдающийся английский естествоиспытатель и философ — Джозеф Пристлей (1733–1804) (89). Он был сыном ткача, рано потерял мать и воспитывался у тетки. Еще в детстве обнаружились его выдающиеся способности, особенно к иностранным языкам. Религиозная склонность привела его в духовную академию в Девентри, где он, в течение 1752–1755 гг. изучал теологию. Впрочем, наряду с лекциями по теологии и философии, он с большим интересом слушал курсы по естественным наукам. Затем он увлекся филологией и изучил немецкий, французский, итальянский, латинский, греческий, арабский, сирийский, халдейский и древнееврейский языки.

По окончании академии в течение нескольких лет Пристлей был священником в диссидентских общинах и занимался преподаванием, в частности, иностранных языков. Будучи преподавателем в академии в Уоррингтоне (между Ливерпулем и Манчестером) и имея досуг, он начал заниматься научной работой. Он писал трактаты по теологии и философии и написал также популярную работу по истории электричества, за которую в 1766 г. был избран членом Королевского общества в Лондоне. В это же время он начал исследования в области пневматической химии.

В 1773 г. Пристлей был приглашен на должность литературного секретаря к богатому аристократу лорду Шельборну. В качестве секретаря Шельборна он совершил путешествие в Париж, где познакомился с Лавуазье и другими видными учеными Франции.

В этот период Пристлей интенсивно работал, выступая с философскими сочинениями (о материи и духе, о свободе воли и т. д.), высказывая материалистические идеи и в резкой форме выступая против догматов господствующей англиканской церкви. В связи с этим ему пришлось уйти от лорда Шельборна, так как его взгляды оказались несовместимыми со взглядами хозяина.

Переехав в Лондон, Пристлей возобновил свои занятия по пневматической химии. Он часто встречался с В. Франклином (1706–1790), который хорошо к нему относился и шутливо называл его за выступления против англиканской церкви «честным еретиком».

В 1780 г. Пристлей переселился в Бирмингам, был здесь священником в одной из общин и одновременно занимался научной работой. Он активно работал также в «Лунном обществе» любителей науки и продолжал свои химические исследования. Кроме того, он много писал на различные политические темы.

Пристлей с восторгом встретил французскую буржуазную революцию, страстно выступал в ее защиту и состоял даже членом общества «Друзей революции». В 1791 г. в июле, в годовщину падения Бастилии, когда Пристлей вместе с друзьями принял участие в праздновании этого события, толпа реакционеров, по наущению духовенства и местных властей, подвергла полному разгрому его дом, уничтожив лабораторию и библиотеку. Сам Пристлей едва спасся бегством в Лондон. Но и здесь он не мог чувствовать себя в безопасности и вскоре покинул Англию и переселился в Америку (в Нортумберлянд), где построил новую лабораторию и восстановил библиотеку. Последние годы жизни он продолжал усердно работать, в частности он опубликовал в 1800 г. книгу в защиту теории флогистона. Умер Пристлей в феврале 1804 г.

Научная деятельность Пристлея была исключительно напряженной и разносторонней. Не будем говорить о его философских, теологических и политических трудах (90). Отметим лишь, что в своих сочинениях он высказывал передовые и материалистические взгляды.

Пристлей не получил систематического естественнонаучного образования и работал в области пневматической химии и во многих разнообразных областях науки как любитель. Тем не менее Пристлей сделал ряд крупных открытий в области химии. Пристлей внес важное усовершенствование в аппаратуру для собирания газов. Он заменил в приемнике «пневматической ванны» Гейлса воду ртутью. Это дало возможность собирать и изучать те газы, которые ранее оказывались «неуловимыми», вследствие большой растворимости в воде (хлористый [водород, сернистый газ, аммиак). В 1767 г. Пристлей, так же как и Кавендиш, изучал действие электрических разрядов на различные газы, на обычный воздух, «фиксируемый воздух» и на только что открытый Кавендишем «горючий воздух» (водород). В этот же период Пристлей получил искусственную газированную воду, насыщенную углекислым газом. В 1772 г. он занялся исследованием «селитряного газа» (окиси азота), получаемого действием разбавленной азотной кислоты на железо. Так же как и Кавендиш, он изучал «добротность» воздуха, взятого из различных мест. Смешивая окись азота с определенными количествами обычного воздуха, Пристлей обнаружил, что объем взятого воздуха уменьшается на 1/6 часть, и оставшийся воздух оказывается неспособным поддерживать горение и непригоден для дыхания. Он пришел к выводу, что этот оставшийся воздух полностью насыщен флогистоном.

Продолжая опыты Гейлса и Майова, Пристлей также обнаружил уменьшение объема воздуха, если в нем сжигать горючие тела или прокаливать металлы и если образовавшийся при этом «фиксируемый воздух» удалять при помощи известковой воды. При этих опытах Пристлей сделал весьма крупное открытие. Он обнаружил, что «фиксируемый воздух» (углекислый газ) в присутствии зеленых растений вновь приобретает свойства обычного воздуха, т. е. становится пригодным для дыхания животных (1771 г.). Через некоторое время Пристлей, действуя «селитряным воздухом» на влажные железные опилки, получил «дефлогистированный селитряный газ» (закись азота), который поддерживал горение, но оказался непригодным для дыхания.

1 августа 1774 г. Пристлей сделал свое величайшее открытие. Нагревая красную окись ртути в замкнутом пространстве при помощи большой зажигательной линзы, он получил газ, который оказался не растворимым в воде и в котором свеча горела более ярко, чем в обычном воздухе, а тлеющая лучинка ярко вспыхивала. Этот же газ он получил из красного преципитата (окись ртути), полученного нагреванием азотнокислой ртути, а также из свинцового сурика. Смешивая новый газ с воздухом, Пристлей не обнаружил никакого окрашивания, как это наблюдалось при смешивании «селитряного газа» с воздухом. Однако если «селитряный воздух» смешивался с новым газом, то тотчас же происходило красно-бурое окрашивание, причем обнаруживалось более сильное уменьшение объема, по сравнению с уменьшением, происходившим при смешивании «селитряного газа» с обычным воздухом. Открытый новый вид воздуха (кислород) был назван Пристлеем «дефлогистированным воздухом».

Одновременно с Пристлеем кислород открыл и Шееле и назвал его «огненным воздухом», или «жизненным воздухом». В следующем, 1775 г. Лавуазье выступил в Парижской академии наук с докладом «О природе начала, который соединяется с металлами при их прокаливании и увеличивает их вес», в котором также описал открытый им кислород. Таким образом, открытие кислорода было сделано почти одновременно тремя исследователями в разных странах. Вот почему вопрос о приоритете открытия кислорода в течение более 150 лет очень живо обсуждался в историко-химической литературе.

В своем учебнике химии, вышедшем в свет в 1789 г., Лавуазье утверждал, что он открыл кислород «почти в то же самое время, как это сделали гг. Пристлей и Шееле» (91). Пристлей впервые познакомился с книгой Лавуазье (в английском издании) в Америке в 1800 г. и писал по поводу открытия кислорода: «Теперь, когда я работаю над темой о правах на открытия, я не хотел бы, как говорят испанцы, сохранять такого рода чернила в моей чернильнице, в надежде, что я в последний раз докучаю общественности. Г-н Лавуазье говорит («Элементы химии», английск. изд., стр. 36): «Этот вид воздуха («дефлогистрованного») был почти в одно и то же время открыт г. Пристлеем и г. Шееле и мной самим». В действительности же было следующее. Спустя короткое время после того, как я сделал открытие, я был в Париже в 1774 г. Я рассказал об этом открытии за обедом у г. Лавуазье, в присутствии большинства естествоиспытателей города. Я сказал, что это вид воздуха, в котором свеча горела лучше, чем в обычном воздухе, но что я еще не дал новому газу никакого названия. При этом все общество, а также г-н и г-жа Лавуазье выразили большое удивление. Я сказал им, что получил его (т. е. вид воздуха) из praecipitate per se и также из меннинга (red lead — красного свинца, т. е. сурика). Так как я недостаточно хорошо говорил по-французски и не особенно доверялся химическим выражениям, я сказал «plomb rouge» (красный свинец), что не было понято, пока г-н Макёр не сказал: «Я полагаю, из сурика» (Рb3O4). Открытие г-на Шееле было действительно сделано независимо от моего, но я полагаю, что оно было сделано не очень рано» (92).

Следует, однако, сказать, что представления Пристлея о кислороде в 1775 г. были весьма туманными. В то время как Лавуазье выступал с сообщением о кислороде в Парижской академии наук, Пристлей полагал, что для горения и дыхания лучше всего подходит естественный воздух и что наблюдавшееся им интенсивное горение свечи и лучинки во вновь открытом газе было лишь чисто случайным явлением. Только в дальнейшем он пришел к заключению, что кислород по отношению к горению и дыханию в 4 или 5 раз лучше обычного воздуха и потому назвал его «дефлогистированным воздухом». В то же время он исправил свою прежнюю ошибку, указав, что газ, ранее полученный им при прокаливании селитры, не представляет собой «дефлогистированного селитряного воздуха» (закись азота), а является просто «дефлогистированным воздухом» (кислородом).

Прочно стоя на платформе флогистической теории, Пристлей не смог понять подлинного значения своего открытия. Он развил весьма странные гипотезы, чтобы как-то оправдать флогистические представления, не способные объяснить новое открытие. Так, он считал, что обычный воздух состоит из селитряной (азотной) кислоты и земли и при этом содержит так много флогистона, что становится газообразным и упругим. Он полагал также, что чистый «дефлогистированный воздух» (кислород) переходит в «среднее» состояние обычного воздуха, если смешивается с «флогистированным воздухом» (азотом). Таким образом, по мнению Пристлея, кислород представляет собой смесь азотной кислоты, земли и флогистона. В такой смеси азотная кислота под действием земли утратила свою природу и лишилась своих кислых и едких свойств. Флогистики считали селитряную (азотную) кислоту соединением всеобщей (серной) кислоты с флогистоном (93).

Элементом же флогистики, естественно, считали и флогистон. Таким образом, Пристлей считал кислород сложным телом. Только значительно позднее, в 1786 г., он признал свой «дефлогистированный воздух» одним из газообразных элементов.

Однако, независимо от такого рода странных взглядов и объяснений, следует признать, что Пристлею принадлежат выдающиеся заслуги перед химией. Помимо открытия кислорода, он при помощи своей пневматической ртутной ванны получил в том же 1774 г. несколько других, до тех пор не известных газов. Действием купоросного масла на поваренную соль он получил «солянокислый воздух» (хлористый водород), а нагреванием нашатыря с известью — «щелочной» газ (аммиак). Он показал, что эти новые газообразные тела при смешивании с воздухом не испытывают никаких превращений. Пристлею удалось также собрать над ртутью фтористый кремний. Позднее он открыл сернистый газ (1775 г.), а будучи уже в Америке, окись углерода (1799 г.).

Пристлей до самой смерти оставался флогистиком-догматиком. Поэтому он не только не смог рационально объяснить, но даже и понять свои собственные открытия. В этом заключалась большая трагедия талантливого исследователя.

В годы, когда Кавендиш и Пристлей развили свои исследования в Англии, в Швеции с большим успехом работал химик-аналитик и химик-пневматик Карл Вильгельм Шееле (1742–1786) (94).

Шееле родился в семье торговца в г. Штральзунде, в то время находившемся под властью Швеции. По национальности Шееле был немцем. В шестилетнем возрасте он поступил в частную школу и учился в ней около девяти лет. В 1757 г. он покинул школу и родительский дом и в г. Гетеборге поступил учеником в аптеку М. А. Бауха, также выходца из Германии. Здесь под руководством Бауха он в течение восьми лет основательно изучил фармацию и химию, пользуясь не только библиотекой аптеки, но и практически работая в лаборатории.

В 1765 г., когда Баух продал свою аптеку, Шееле перешел в аптеку в Мальме, также в качестве аптекарского ученика. Однако в это время он превосходил своими знаниями химии и фармации даже опытных аптекарей. В Мальме Шееле познакомился с А. И. Ретциусом — видным шведским ученым того времени. Ретциус поощрял молодого Шееле в лабораторных занятиях и научил его вести лабораторный журнал. В Мальме Шееле открыл винную кислоту.

В апреле 1768 г. Шееле переехал в Стокгольм и здесь также работал в аптеке. Несмотря на менее благоприятные условия работы он продолжал свое самообразование и успел выполнить два химико-фармацевтических исследования. В 1770 г. он переехал в Упсалу — известный университетский город — и поступил в аптеку своего земляка X. Л. Локка. Локк предоставил Шееле полную свободу экспериментирования в лаборатории при аптеке и даже сам принял участие в опытах Шееле. В Упсале Шееле познакомился со знаменитым ботаником К. Линнеем и химиком Т. Бергманом. Знакомство с последним произошло при следующих обстоятельствах. Бергман приобрел в аптеке Локка селитру для своей лаборатории и забраковал ее на том основании, что после прокаливания она при действии уксусной кислоты выделяла бурые пары (95). Ни Локк, ни работавший в его аптеке студент И. Г. Ган, ставший впоследствии профессором Стокгольмского университета, не могли объяснить причин этого явления. Объяснил их лаборант аптеки Шееле, знавший, что при прокаливании селитра частично превращается в азотистокислую соль. Бергман захотел познакомиться с Шееле и посмотреть его лабораторию. В разговоре с Шееле он убедился, что имеет дело с хорошо образованным химиком. С тех пор они поддерживали тесное научное содружество. Шееле сообщал Бергману о своих новых исследованиях, Бергман же давал теоретические объяснения новым фактам, расширяя тем самым научный кругозор самоучки Шееле. Дружеская связь между обоими учеными продолжалась до смерти Бергмана (1784 г.) и оплодотворила научную деятельность обоих.

В 1775 г. Шееле в 32-летнем возрасте был избран членом Стокгольмской академии наук. Он получил в это время несколько предложений занять профессорские кафедры в Германии и других странах, но предпочел остаться в Швеции. В конце 1775 г. он сдал в печать свою книгу «Химический трактат о воздухе и огне» (96), в которой описывались его исследования в области пневматической химии с 1768 г. Однако по небрежности издателя книга вышла в свет только в августе 1777 г., когда уже были полностью опубликованы исследования Пристлея и Лавуазье о кислороде и его свойствах. Шееле естественно опасался, что описанные им в этой книге открытия могут быть расценены ученым миром как плагиат. К счастью этого не произошло, хотя приоритет обнародования ряда важных открытий и был потерян. Между тем, как было установлено на основании лабораторного журнала Шееле и его писем, он уже в 1772 г. получил «огненный воздух» различными путями. Ученый мир весьма доброжелательно встретил появление книги Шееле.

Осенью 1777 г. Шееле купил аптеку в Чёпинге и уже в полной независимости принялся за дальнейшие исследования, которые, как он выражался, «заставляли сердце смеяться». Но уже в конце того же года он заболел. Несмотря на болезнь Шееле продолжал напряженно работать до самой смерти (1786 г.). Умер он в возрасте всего лишь 44 лет.

Научные исследования Шееле охватывают многие области химии того времени. Здесь, мы, прежде всего, коснемся его открытий в области органической химии, основателем которой Шееле может считаться с полным правом.

Как уже говорилось, в 1769 г. Шееле открыл винную кислоту — одну из первых органических кислот . Незадолго до Шееле Маргграф получил кальциевую соль винной кислоты из винного камня. Шееле разложил эту соль серной кислотой и выделил виннокаменную кислоту.

Далее, Шееле предположил, что многие растительные соки содержат различные кислоты в связанном состоянии. Обрабатывая эти соки известью и разлагая кальциевые соли органических кислот минеральными кислотами, он получил следующие кислоты: лимонную (1784 г.), яблочную (1785 г.), галловую (1786 г.). Действием азотной кислоты на сахар он еще в 1776 г. получил кислоту, которая была исследована Бергманом и названа им «сахарной» кислотой. Впоследствии (1784 г.) Шееле установил, что эта кислота и полученная И. Виглебом (1732–1800) из кислицы и щавеля «щавелевая кислота» — одно и то же вещество и что кислая калийная соль этой кислоты содержится во многих растениях.

Действуя на оливковое масло окисью свинца, Шееле получил (1783 г.) своеобразную вязкую жидкость сладкого вкуса. Эту жидкость он назвал «сладким маслом», а впоследствии она получила название «глицерин». Вначале Шееле думал, что глицерин можно превратить в сахар, но действием азотной кислоты на нее получил лишь щавелевую кислоту.

В 1782 г. Шееле опубликовал статью «Исследования и заметки об эфире». В ней описываются различные способы получения серного эфира и дается его определение: «Под эфиром в химии понимают очень летучее, проникающее, бесцветное с ароматическим запахом масло, не растворимое в воде».

Следует сказать, что еще в 1770 г. Шееле описал сложные азотнокислый и солянокислый этиловые эфиры, несколько позднее — уксусный и бензойный эфиры (1781–1782), а также и другие сложные эфиры. Выполняя все эти исследования, Шееле не чуждался и чисто практических вопросов. Так он указал на способ длительного хранения уксуса (1782 г.).

Одной из крупных работ Шееле было исследование об «окрашивающей материи берлинской лазури» (1782 г.). Еще раньше вместе с Ретциусом Шееле установил, что для образования берлинской лазури необходимо железо. Теперь он пришел к выводу, что окрашивающее вещество берлинской лазури состоит из некоторого рода кислоты и что это окрашивающее вещество дает с растительной щелочью (поташом) кристаллическую соль. В том же году Шееле, действуя на кровяную щелочь (желтую кровяную соль) серной кислотой, получил «летучую кислоту берлинской лазури», которую позднее кратко назвал «синильной кислотой». Из способа получения этой кислоты он пришел к заключению, что она составлена из летучей щелочной соли (аммиака), «воздушной кислоты» (углекислого газа) и флогистона (водорода).

Еще ранее Шееле объяснил природу «ледяного масла», или «философской соли» Василия Валентина. Это масло оказалось серным ангидридом. В 1777 г. Шееле получил и исследовал также сероводород и другие сернистые соединения.

Шееле первым указал, что железо, медь и ртуть могут быть окислены в различной степени. Он доказал также, что между молибденовым блеском и графитом, которые принимались за один и тот же минерал, имеется глубокое различие. Исследование Шееле, посвященное составу так называемого тунгстена (СаWO4), привело его к заключению, что это соединение извести с особой кислотой. В честь Шееле минерал тунгстен был назван «шеелитом». Из других многочисленных исследований Шееле укажем на его работу с флюоритом (фторид кальция), из которого действием серной кислоты он получил (1768 г.) газ, хорошо растворимый в воде. Исследуя полученный раствор (фтористого водорода), он обнаружил в нем кремневую кислоту. В дальнейшем он установил, что кремневая кислота попала в раствор из стекла реторты и, таким образом, чистый фтористый водород не содержит кремневой кислоты (1786 г.).

Замечательное исследование было выполнено Шееле с двуокисью марганца (черная магнезия). Действием соляной кислоты на это вещество Шееле получил желто-зеленый газ, который он определил как «дефлогистированную соляную кислоту». Позднее (1810 г.) этот газ, по предложению Дэви, стали называть хлором.

«Черная магнезия» была подвергнута Шееле специальному исследованию. В то время это вещество смешивали не только с магниевыми соединениями, но и с другими веществами, например магнитным железняком, и подозревали в нем присутствие железа. Шееле установил, что в «черной магнезии» содержится особое, неизвестное металлическое тело. Бергман предложил назвать это тело «магнезиум», как полученное из «черной магнезии». Впоследствии Дэви (1808 г.) предложил назвать этот металл «марганцем».

Упомянем также о работах Шееле по исследованию фосфора. Еще в 1768 г. он заинтересовался «фосфором Балдуина».

В дальнейшем, исследуя золу, полученную при сжигании оленьего рога (фармацевтический препарат того времени), Шееле установил, что в ней содержится обычная известковая земля и некоторая неизвестная субстанция. Эта «неизвестная субстанция» была изучена Шееле, совместно с И. Г. Ганом, причем было установлено, что это фосфорная кислота. В результате этого открытия в 1774 г. Шееле в сотрудничестве с Ганом и другими разработал способ получения фосфора из золы рога животных, а также из костей. Новый способ вытеснил старый способ получения фосфора из мочи. Не будем останавливаться на других многочисленных химических исследованиях Шееле и вернемся лишь к его книге «Химический трактат о воздухе и огне» (1777 г.), получившей особенно важное историко-химическое значение. Эта книга в значительной степени посвящена проблемам пневматической химии. В ней прежде всего описывается опыт, поставленный Шееле для решения вопроса о возможности «превращения воды в землю» при длительном кипячении. Как будет видно, тот же опыт поставил почти одновременно с Шееле и Лавуазье. Оба исследователя, независимо друг от друга, пришли к заключению, что осадок, получившийся в воде при длительном кипячении, образовался в результате разъедания водой стекла сосуда, в котором велся опыт. В отличие от Лавуазье, сделавшего этот вывод на основании взвешивания стеклянной колбы до и после опыта, а также взвешивания получившегося осадка, Шееле химически и очень тщательно исследовал осадок и нашел, что он состоит из кремневой земли с примесью небольшого количества извести.

В книге описаны также ранние опыты Шееле, посвященные прежде всего определению состава воздуха. Чтобы доказать, что воздух состоит «из упругих флюидов двух родов», Шееле проделал множество анализов воздуха. При помощи различных средств он связывал «огненный воздух» (кислород) и определял оставшийся объем азота. В числе таких средств он применял раствор серной печени, раствор едкой щелочи с добавкой серной печени, селитряный воздух (окись азота), скипидар, свежеосажденный гидрат закиси железа и др. Не трудно понять, что большинство его реакций носили лишь качественный характер и не давали возможности установить точное соотношение составных частей воздуха. Шееле нашел, что уменьшение объема воздуха, происходящее после воздействия различных реактивов, связывающих кислород, составляет от 1/5 до 1/3 первоначального объема.

Шееле удалял кислород из воздуха и другим путем. Он сжигал в воздухе различные вещества, в частности фосфор, водород, воск, винный спирт, уголь и серу. Получавшаяся при этом «воздушная кислота» удалялась поглощением известковой водой.

Что касается «огненного воздуха» (кислорода), то Шееле получил его (около 1772–1773 гг.) различными путями и поставил множество опытов для его исследования. Так, получая азотную кислоту перегонкой селитры с купоросным маслом, он заметил, что в конце процесса, когда жар наиболее силен, бурые пары делаются бесцветными; он собрал этот газ и нашел, что в нем свеча горит более ярким пламенем, чем в обычном воздухе (97).

Желая убедиться в том, что этот газ является составной частью воздуха, Шееле смешивал его с оставшимся «испорченным воздухом» (азотом). Он констатировал, что при этом получается воздух, не отличающийся от обычного воздуха.

При своих исследованиях в области пневматической химии Шееле не пользовался такими сложными для того времени приборами, как «пневматическая ванна», а применял лишь простейшие устройства и обычную посуду — колбы, реторты, бутылки, склянки, бычий пузырь и др.(98). При помощи этих простейших средств он получал и исследовал различные газы и, в частности, получил «огненный воздух» различными путями — нагреванием различных веществ и смесей: двуокиси марганца с купоросным маслом или с фосфорной кислотой; нитрата ртути; селитры (лучший, по словам Шееле, способ); окиси серебра и окиси золота; красной окиси ртути; «фиксированной мышьяковой кислоты» (As205) и другими путями.

Блестящие эксперименты Шееле ни в какой степени не соответствовали его теоретическим воззрениям. Последователь теории флогистона, Шееле всюду прибегал к флогистическим объяснениям. Конечно ему далеко не всегда легко удавалось примирить факты и флогистические представления, в частности объяснить реакции получения кислорода. Иногда он вынужден был прибегать к фантазиям. Так, он утверждал, что «свет» не «истинный элемент», а состоит из «огненного воздуха» и флогистона. Флогистон же, по его мнению, истинный элемент и простейшее начало.

Шееле умер, когда только что возникла антифлогистическая кислородная теория. И многие химики ее признали. Шееле же остался верным теории флогистона до последних дней жизни. Несмотря на это исследовательская деятельность Шееле и до сих пор удивляет историков науки своей разносторонностью. Лишь немногие химики смогли сделать столько, сколько успел сделать за свою короткую жизнь К. В. Шееле (99).

Из других, менее известных, химиков-пневматиков назовем лишь некоторых.

Французский химик Пьер Байен (1725–1797) по образованию был фармацевтом и работал в Париже. Во время Семилетней войны был инспектором полевых аптек французской армии, а после войны целиком посвятил себя научным исследованиям. Особенно много Байен сделал для изучения состава минеральных вод Франции.

В 1774 г. Байен опубликовал статью о причинах увеличения веса металлов при их кальцинации. В этой статье Байен высказал точку зрения, что причиной увеличения веса металла в данном случае является присоединение к металлу особого вида «воздуха». Он получил этот «воздух» нагреванием различных сортов «ртутной извести» и назвал его «упругим флюидом». Он установил, что «упругий флюид» тяжелее обычного воздуха. При действии же «флюида» на ртуть последняя превращается в красную окись. Однако никаких опытов с горением и дыханием в этом «упругом флюиде» Байен не описал. И все же он — один из химиков, открывших одновременно с Пристлеем и Шееле кислород. Очевидно, что это открытие к 1774 г. было настолько подготовлено всем ходом развития химии, что буквально «носилось в воздухе» и было почти одновременно сделано различными химиками в разных странах.

Коллега и сотрудник Шееле Иоганн Готлиб Ган (1745–1828) был видным шведским минералогом и химиком. Он учился в Упсальском университете и в дальнейшем работал под руководством Бергмана. Гану принадлежат многочисленные исследования по минералогии (описания и химические анализы при помощи паяльной трубки) многих минералов Швеции. Кроме того, известны работы Гана по металлургии меди. В дальнейшем он был членом Бергколлегии в Стокгольме.

Помимо совместных с Шееле исследований фосфора и фосфорной кислоты Ган вместе с Шееле и Бергманом провели исследование двуокиси марганца, определив ее как землю нового металлического тела. Ган принимал также близкое участие во многих пневматических исследованиях Шееле.

Упомянем в связи с развитием пневматической химии и об открытии адсорбции газов. По-видимому, это открытие принадлежит итальянскому ученому Дж. Ф. Феличе Фонтана (1730–1805) — профессору рациональной философии в Пизе и директору Музея естественных наук во Флоренции. В 1777 г. Фонтана провел следующий опыт: в эвдиометр, содержащий какой-либо газ над ртутью, он вводил кусочек древесного угля. При этом он наблюдал постепенное уменьшение объема газа в трубке и поднятие ртути. Почти одновременно с ним Шееле наблюдал подобное же действие угля по отношению к атмосферному воздуху. Действие угля было объяснено обоими учеными его объемной поглощающей способностью по отношению к газам и названо «абсорбцией» (только в XX в. в практику было введено более правильное название явления «адсорбция»). Опыты Фонтана повторяли Пристлей и де Морво.

Плодотворная деятельность химиков-аналитиков и, особенно, химиков-пневматиков оказала большое влияние на дальнейшее развитие химии. В результате открытий и исследований Блэка, Кавендиша, Пристлея и других ученых рассмотренного периода, широко раздвинулись рамки химических знаний. Богатейший новый экспериментальный материал, добытый химиками, послужил прочной основой не только для рационального объяснения химических явлений, но и для важных научных обобщений. Все это привело теорию флогистона вначале ккризису, а затем и к падению. Вместе с тем в результате успехов химико-аналитических исследований химия, наконец, прочно встала на научную почву и отказалась от догматических учений и верований, оставшихся в наследие от прошлых времен.

Рассматривая эпоху кризиса и падения теории флогистона, некоторые историки науки изображали происходившие тогда события и исторические процессы лишь как следствие особо плодотворной деятельности отдельных выдающихся ученых и, прежде всего, как мы увидим, Лавуазье. Одновременно они почти целиком игнорировали сдвиги в развитии химии, которые происходили в эту эпоху. Такое освещение событий не соответствует действительности.

В период распространения теории флогистона химия располагала весьма ограниченным фактическим материалом, который в основном удовлетворительно объяснялся с точки зрения флогистических представлений. Лишь там, где теория и факты противоречили друг другу, приходилось прибегать к компромиссным решениям. При этом либо флогистону приписывались некоторые особые свойства (невесомого флюида, вещества с отрицательным весом и т. д.) в зависимости от потребностей в объяснениях, либо фактические экспериментальные данные объявлялись неточными или несущественными. Конечно, успеху теории флогистона весьма способствовали и традиционные представления и верования, оставшиеся в наследство от алхимического и иатрохимического периодов.

При крайней ограниченности фактического экспериментального материала попытки теоретически объяснить различные химические явления, в частности явления горения, кальцинации металлов, химического сродства, свойств сложных веществ в связи с их составом и другие, естественно, сводились лишь к бесплодному обсуждению вопроса о роли элементов-качеств Аристотеля или трех принципов алхимиков. В конце XVII и первой половине XVIII в. эволюция учения об элементах шла не по пути развития представлений, высказанных Бойлем, а сводилась к возникновению многочисленных «теорий» о существовании в природе органического числа (4 или 5) начал. Во всех подобных «теориях» эклектически комбинировались либо просто объединялись и стихии Аристотеля и начала алхимиков.

По существу, то же самое имело место и в теоретических построениях основоположников теории флогистона. Так, «жирная земля» Бехера, а в дальнейшем и флогистон Шталя представляли собой в первоначальном понимании не что иное, как перевоплощения аристотелевского огня и одновременно серы алхимиков.

Ограниченность экспериментального материала в химии приводила также и к тому, что отдельные теоретические экспериментальные исследования передовых ученых — физиков и химиков, их гениальные догадки и развитые ими новые представления, как, например, исследования о горении и дыхании Дж. Майова, новое учение об элементах Р. Бойля, «корпускулярная философия» М. В. Ломоносова и другие, остались не просто незамеченными и непризнанными современниками, но даже и не доступными для восприятия. Слишком узок был круг фактов, на которые опирались высказывавшиеся передовые идеи; в то же время традиции, освещенные авторитетом ученых прошлого, оказались весьма живучими, а средневековые метафизические учения и объяснения казались еще само собой разумеющимися.

Нельзя, однако, сказать, что химики XVII в. совершенно игнорировали эксперимент и вообще опытные лабораторные исследования. Бехер в предисловии к своей «Подземной физике» писал о химиках, как о странной категории людей, «которые по какому-то, почти бессмысленному побуждению ищут для себя удовольствия в дыму и парах, в копоти и пламени, в ядах и бедности». «Но среди этих неприятных вещей, — продолжает Бехер, — я живу так приятно, что я скорее согласился бы умереть, чем поменяться местом с персидским шахом» (100).

Однако нужно иметь в виду, что Бехер говорит здесь собственно не об экспериментальных исследованиях в современном понимании этого слова, а скорее об алхимических занятиях — поисках философского камня и трансмутации металлов.

Большим тормозом в развитии химии до середины XVIII в. следует считать почти полное отсутствие связи теоретической и экспериментальной химии с производством. В XVII и первой половине XVIII в. еще не существовало химической промышленности. Большинство химикалий производилось ремесленниками по-старинке, в небольших кустарных мастерских-лабораториях. Другие же отрасли промышленности, кроме химической, не давали достаточно пищи для возбуждения новых идей и возникновения новых задач у химиков. Да и сами химики, в основном врачи и аптекари, считавшие химию лишь придатком медицины, почти не интересовались производством и его нуждами. Фестер следующим образом характеризует взаимоотношения химии и производства в эту эпоху: «Рассматривая отношение между химической наукой и химической техникой, легко заметить, что эпоха от первых десятилетий XVII в. до середины XVIII в. сильно отстает от XVI в. по обилию в последнем технологической литературы и практических начинаний, особенно в технике приготовления препаратов, благодаря тому, что крупные ученые занимались вопросами прикладной химии…

Несмотря на то, что (в XVII и начале XVIII в. — Н. Ф.) отдельные выдающиеся химики занимались техническими вопросами, все же во время так называемого научного периода химии приходится констатировать разрыв между наукой и техникой. Это согласуется с тем, что начинает господствовать положение — «искусство для искусства» (l'art pour l'art) — принцип освобождения химии от всех, не служащих чистому познанию побочных целей» (101). Таким образом, начавшийся со времени Ван-Гельмонта и Бойля процесс накопления экспериментального материала в химии происходил в течение ряда десятилетий весьма медленно, не отражаясь сколько-нибудь заметно на расширении круга фактических сведений, которыми оперировали химики. Вплоть до середины XVIII в. сведения о веществах, их составе, реакционной способности и т. д., которыми располагали химики, оставались по существу теми же, что и в эпоху Ван-Гельмонта и Бойля.

Положение коренным образом изменилось в эпоху господства теории флогистона (начиная с середины XVIII в.). Прежде всего, как мы уже видели, в эту эпоху у химиков возник особый интерес к проблемам горения вообще и к кальцинации металлов — в особенности. Выше уже говорилось об истоках этого интереса. Отвечая на потребности и запросы развивающейся капиталистической промышленности и, прежде всего, металлургической, химики приняли непосредственное участие в исследованиях состава и способов переработки разнообразных ископаемых, а также животных и растительных продуктов, главным образом руд, минералов, новых видов топлива и др. В связи с этим химики оказались вовлеченными в экспедиционную деятельность по обследованию природных сырьевых ресурсов, развернувшуюся в восемнадцатом столетии во всех главных странах Европы.

Прямым следствием участия химиков в решении практических задач, выдвигавшихся на очередь производством, в частности в экспедиционной деятельности, и явилось возникновение химико-аналитического направления. Особенно быстрое развитие это направление получило, начиная со второй половины XVIII в. Анализы минералов, солей, руд, животных и растительных продуктов и материалов скоро сделались повседневным занятием большинства химиков главных стран Европы. Результатом этих исследований было не только открытие новых методов качественного и количественного химических анализов, но и быстрое расширение сведений о составе и химических свойствах солей, минералов и других веществ. Словом, в период господства теории флогистона началось интенсивное и притом постоянно убыстряющееся накопление нового экспериментального материала в химии.

Развитие пневматической химии во второй половине XVIII в., несмотря на специальный характер исследований в этой области, представляло собой по существу одно из важнейших направлений химико-аналитического исследования. Действительно, газы, с точки зрения химического анализа, представляют собой продукты разложения многих сложных веществ. Однако подробное исследование свойств газов привело, независимо от выяснения их роли в качестве составных частей сложных веществ, к значительному расширению фактического материала химии и оказало огромное влияние на дальнейшее развитие исследований как экспериментальных, так и теоретических. Прямым следствием этого была полная реформа химии в конце XVIII в.

Новый фактический материал, накопленный в течение флогистического периода, оказался чрезвычайно важным для дальнейшего развития химии. Он продолжал быстро пополняться и совершенствоваться и после падения теории флогистона и вскоре послужил основой для крупных обобщений и для открытия законов природы в начале девятнадцатого столетия. Флогистические концепции, с точки зрения которых химики-флогистики пытались объяснить вновь открываемые факты, планировать новые опыты и выполнять их, нисколько не повлияли на ценность добывавшихся в этот период новых экспериментальных данных. Ф. Энгельс, оценивая значение эпохи теории флогистона, отметил это интересное для истории науки явление: «…Флогистона теория своей вековой экспериментальной работой впервые доставила тот материал, с помощью которого Лавуазье смог открыть в полученном Пристли кислороде реальный антипод фантастического флогистона и тем самым ниспровергнуть всю флогистонную теорию. Но это отнюдь не означало устранения опытных результатов флогистики. Наоборот, они продолжали существовать; только их формулировка была перевернута, переведена с языка флогистонной теории на современный химический язык, и постольку они сохранили свое значение» (102).

Переворот в теоретических взглядах химиков, который произошел в конце XVIII в. в результате быстрого накопления экспериментального фактического материала химии в условиях господства теории флогистона (хотя и независимо от нее), обычно называют «химической революцией».