Революция в воздухе. Лавуазье. Современная химия

Муньос Паес Адела

КАВЕНДИШ, САМЫЙ БОГАТЫЙ ЧЕЛОВЕК АНГЛИИ

Генри Кавендиш (1731-1810) разделял стремление Лавуазье к познанию окружающего мира. Но в отличие от французского ученого, который вникал во все вопросы и стремился улучшить все, с чем он соприкасался, Кавендиша интересовали только некоторые ученые из Королевского общества и Королевского института; женщин же он просто не выносил.

Еще меньше его волновала слава, он не стремился попасть в вечность. Зато Кавендиш испытывал подлинный интерес к некоторым вещам, таким, например, как плотность Земли и воздуха, силы, заставляющие притягиваться вещества с противоположным электрическим зарядом, или состав атмосферы, которая, по его убеждению, состояла из множества «электрических тел». Чтобы узнать все это, он провел бесчисленное количество невероятно точных измерений с помощью

разработанных им самим приборов. Поскольку ему не нужно было думать о средствах к существованию (несмотря на то что выглядел он как нищий, Кавендиш являлся самым богатым человеком Англии благодаря полученному наследству, составлявшему более миллиона фунтов), он мог все свое время посвящать науке. Однако ученый не спешил публиковать свои исследования: на самом деле лишь малая часть его результатов была обнародована при его жизни. Другие результаты, невероятно достоверные, в таких разных областях знания, как магнетизм, механика, оптика или химия, были обнаружены в его лабораторных записях много лет спустя после его смерти.

Начиная с химии

Первые опубликованные им работы в области химии касались вещества, именуемого им factotius, то есть газа, который выделялся из твердых тел. Кавендиш получил такой газ в ходе реакции кислоты и металла; он по понятным причинам назвал его «горючим воздухом», а Лавуазье переименовал его в hydrogene (в русском языке «водород»). Кроме того, Кавендиш интересовался одним из «тел», которое привлекало и внимание Лавуазье, — водой. Английский ученый первым открыл, что вода не является простым телом, и правильно определил ее составляющие, хотя и назвал их очень странным образом. Кавендиш умер позже Лавуазье, в 1810 году, и совсем по-другому: в своей постели и в полном одиночестве.

РИС. 5

Прибор, использованный для получения Н₂, позволяющий пропустить воду через раскаленное железо.

ВОДА

Хотя публикацией этого труда Лавуазье, казалось, окончательно прояснил явление горения, сама реакция ускользала от его понимания. Никто не знал, что происходит, когда «горючий воздух» (Н₂) горит в «обычном воздухе» (0₂ + N₂) или даже в кислороде (0₂). Казалось, что он исчезает без следа. Английские укротители воздуха — сначала Пристли, а затем Кавендиш — смогли сжечь его, и оба обратили внимание на то, что после горения появляются крошечные капельки росы, но сам газ исчезает и не заменяется никаким другим. Когда Пристли проводил опыт, он заметил, что газы соотносились как 2: 1, но поскольку в своем опыте он пытался понять, имеет ли огонь массу, он не обратил внимания на росу. А Кавендиш заинтересовался ей. Он попробовал ее на вкус, что было обычным делом в ту эпоху, поскольку лаборатории не располагали современными средствами для химического анализа. Например, Шееле попробовал на вкус синильную кислоту, когда получил ее в первый раз. Кавендиш пришел к выводу, что «роса» менее опасна, чем HCN: это простая вода.

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

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

Н₂(газ) + 1/2 O₂(газ)->Н₂O (жидкость).

Из этого результата он сделал очевидный вывод, разрушивший одну из основ алхимии, которая считала, что вода является одним из начальных элементов. Вода была не простым телом, а соединением. Лавуазье сразу же провел свои опыты и меньше чем через месяц послал в Академию наук записку о результатах получения воды из «горючего

воздуха». В этом документе, подписанном также Лапласом, Пристли не был упомянут, равно как и Кавендиш, о результатах которого Лавуазье знал от Благдена. Кавендиш оскорбился и набросился на Лавуазье, обвинив его в незаконном присвоении чужих результатов, что привело к расколу ученых Европы на два лагеря.

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

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

ГЛАВА 3

Новая наука

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

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

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

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