Очерк общей истории химии. От древнейших времен до начала XIX в. - Николай Фигуровский

В течение 1773 г. Лавуазье провел множество опытов и, прежде всего, по кальцинации свинца, олова, цинка и других металлов, в ретортах на огне и при помощи зажигательного стекла, а также опытов по изучению взаимодействия воды с металлическими "известями", по образованию осадков окиси ртути из растворов азотнокислой ртути и др. Он воспроизвел также опыты с фиксируемым воздухом Блэка, продолжил опыты с фосфором, серой и т. д. (17)

В начале 1774 г. Лавуазье представил Академии наук напечатанный экземпляр своего мемуара «Небольшие физические и химические исследования» ("Opuscules physiques et chimiques")(18). Выполняя намеченную за два года до этого программу, он дал в мемуаре большое историческое введение, перечислив и разобрав в нем исследования и представления о газах Парацельса, Ван-Гельмонта, Бойля, Бургаве, Шталя, Блэка, Кавендиша, Майера, Жакена, Пристлея, Дюамеля, Руэля, Комэ и других, пытаясь, очевидно, рассмотреть «разрозненные звенья цепи», которую он желал сделать цельной, неразрывной (19).

Основная часть работы, посвященная собственным опытам Лавуазье, озаглавлена: «Новые исследования о существовании фиксируемого упругого флюида». Здесь описываются разнообразные опыты, связанные с выделением и поглощением газов при химических превращениях и, в частности, при прокаливании металлов. В главах IX–XI речь идет об опытах по сжиганию фосфора, серы и других веществ. Лавуазье приходит здесь к интересным, хотя еще и недостаточно определенным с точки зрения будущей теории выводам. В частности, он пишет: «Эти опыты уже, казалось, приводили к мысли, что атмосферный воздух или какой-либо другой флюид, содержащийся в воздухе, соединялся во время горения с парами фосфора, однако от предположения до доказательства было довольно далеко, и основным делом было, прежде всего, твердо установить, что действительно происходило соединение какой-то субстанции с парами фосфора во время горения» (20).

В этом же мемуаре Лавуазье описывает и опыты по кальцинации металлов, прежде всего олова и свинца. При этом он пользовался зажигательным стеклом и прибором Гейлса. При помощи этого прибора (правда, несколько видоизмененного) он осуществил и восстановление свинцового глёта. Опыты эти отчетливо показали, что при кальцинации металлов происходит поглощение значительных количеств воздуха, при восстановлении же металлических "известей", наоборот, выделяется воздух.

Не желая оставить ничего существенного без внимания, Лавуазье, уже хорошо знавший о роли воздуха при кальцинации металлов, решил наглядно показать, что старое утверждение Р. Бойля, будто при кальцинации металлов поглощается «огненная материя», не соответствует действительности. Он поставил контрольный опыт, вернее серию опытов, тех же самых, какие были в 1756 г. проведены Ломоносовым. Эти опыты Лавуазье описал в особом мемуаре, опубликованном в 1774 г. Пользуясь весами и наблюдая кальцинацию олова в запаянной реторте, Лавуазье пришел к следующему выводу: «… Запаянные герметически реторты, взвешенные до и после содержащейся в них порции олова, не обнаруживают никакой разницы в весе; это, очевидно, доказывает, что увеличение веса, приобретенное металлом, не происходит ни от материи огня, ни от какой-либо иной материи извне реторты» (21).

Этот вывод целиком совпадает с выводом Ломоносова. Но Лавуазье через 18 лет после Ломоносова, естественно, изучил явление более широко и обстоятельно и установил, что «можно обжигать лишь определенное количество олова в данном объеме воздуха… при всяком обжиге олова увеличение веса довольно точно равняется весу поглощенного количества воздуха…» (22).

Параллельно с описанными опытами Лавуазье вел другие исследования. Все они, однако, были подчинены общей цели и касались систематического обследования явлений, связанных с горением различных тел, обжиганием металлов и других веществ, сопровождающихся выделением или поглощением воздухообразных веществ. В связи с этим же он заинтересовался и действием на различные вещества «сверхвысоких» температур. В то время считали, что такие «сверхвысокие» температуры очень легко получить при помощи больших зажигательных стекол. В 1772 г. Лавуазье вместе с несколькими сотрудниками построил большую зажигательную машину с двумя линзами, одна из которых имела диаметр более 120 см.

При помощи этой машины Лавуазье исследовал действие жара на различные вещества. Особого упоминания заслуживают его опыты по сжиганию алмаза. О природе алмаза в то время ничего не было известно (23), однако некоторые ученые утверждали, что при сильном нагревании алмаз испаряется или же растрескивается и рассыпается. Лавуазье поместил алмаз в фокус линз зажигательной машины и установил, что алмаз сгорает, точно так же как и уголь, с поглощением воздуха. Однако продукты сгорания алмаза в то время Лавуазье не исследовал. Все эти опыты и исследования, в особенности выводы из них, находились в полном противоречии с господствовавшей в то время теорией флогистона. Естественно, что они вызывали не только скептическое отношение, но и явное неудовольствие сторонников этой теории. Лавуазье приходилось быть крайне осторожным в формулировках и выводах и всегда основательно их аргументировать. Но он упорно шел по ранее намеченному пути, шаг за шагом подтачивая основы флогистического учения. Уже в 1774 г. он начал главную атаку на это учение.

0сновываясь на своих опытах сжигания фосфора и других веществ, Лавуазье пришел к выводу, что воздух — не простое тело, как все считали в то время, а смесь, или соединение каких-то различных по свойствам газов. Догадываясь, что в составе воздуха имеется часть, поддерживающая горение и фиксируемая горящим телом (т. е. связывающаяся с ним), Лавуазье вначале предположил, что природа этой части воздуха аналогична природе «фиксируемого воздуха» Блэка, т. е. углекислого газа.

Однако, когда он приготовил искусственный воздух из части воздуха, оставшейся после горения в нем фосфора и из «фиксируемого воздуха» Блэка, оказалось, что свеча в таком воздухе немедленно гаснет. Продолжая свои опыты, Лавуазье уже в феврале 1773 г. пришел к выводу, что часть воздуха, которая поглощается металлами при их обжиге, вовсе не представляет собой «фиксируемого воздуха» Блэка, т. е. углекислоты, а, наоборот, является «наиболее пригодной для дыхания», в то время как остающаяся после обжига, не поглощенная металлом часть воздуха непригодна для дыхания и горения. Таким образом, в это время он стоял на пороге открытия кислорода.

Но Лавуазье не торопился с окончательными выводами из своих опытов, очевидно не вполне сознавая важность шага, который ему предстояло сделать. Некоторое время он занимался опытами с «воспламеняющимся воздухом» (водородом) Кавендиша и окислами азота. При этом из-за несовершенства методов ему не удалось сделать существенных наблюдений и выводов.

Между тем открытие кислорода было настолько подготовлено и настолько созрело, что стало неизбежным. Байен опубликовал в 1774 г. сообщение о получении им из Mercurius praecipitatus per se (HgO) газа и пришел к выводу, что это и есть тот самый газ, который, присоединяясь к металлу во время обжига, увеличивает его вес. Байен указывает, что его опыты имеют много общего с опытами Лавуазье. 1 августа 1774 г. Пристлей получил тем же путем при помощи зажигательного стекла «воздух», в котором свеча горела лучше и ярче, чем в обычном воздухе. В октябре того же года Пристлей лично сообщил Лавуазье и другим ученым Франции об этом открытии. Наконец, приблизительно в то же время Лавуазье получил письмо от Шееле (от 30 сентября), в котором последний сообщал о своих опытах по получению «огненного воздуха» и предлагал проверить один из способов получения этого «воздуха» из окиси серебра.

Таким образом, кислород был открыт почти одновременно несколькими различными исследователями, независимо друг от друга. Правда, ни один из авторов этого открытия не понял истинного значения полученных результатов, рассматривая их лишь с точки зрения теории флогистона. Лавуазье ничего не оставалось делать, как проверить опыты, о которых он получил сведения. Пытаясь, однако, идти собственным путем, Лавуазье не сразу обратился к окиси ртути как источнику для добывания кислорода. Вначале он рассматривал проблему получения кислорода как общую проблему разложения «металлических известей», т. е. подходил к ней с меркой флогистической доктрины. Он полагал, что если металлы при обжиге связывают часть воздуха, то эта часть воздуха затем может быть обратно получена в свободном состоянии при более сильном прокаливании известей. Поэтому он думал, что кислород может быть получен из любой «металлической извести». Прокаливая окислы железа, он действительно получил некоторое количество «воздуха», но ему не удалось получить этот «воздух» в чистом виде. Лишь в ноябре 1774 г. он перешел к опытам с красной окисью ртути, которая и оказалась наиболее подходящей для получения чистого кислорода.