Глава 6. "Огненная материя"

Бойль относил к элементам и особую "материю огня", частицы которой движутся очень быстро; эта материя входит в состав всех тел, а процесс горения он рассматривал как соединение "материи огня" с веществами. Поскольку "окалина" (оксиды металлов) весит больше исходного металла, то Бойль утверждал, что "материя огня" обладает определенным весом.

В своей книге "Химик-скептик" Бойль стремился ответить на два вопроса: является ли огонь "универсальным анализатором" веществ и будут ли продукты прокаливания элементами? Бойль считает огонь неуниверсальным анализатором, а сам метод несовершенным. Во-первых, потому, что довольно небольшое число металлов и минералов поддается разложению огнем; во-вторых, при нагревании могут получаться другие сложные вещества, а не обязательно простые. И тем не менее Бойль широко пользовался нагреванием для выделения простых тел (элементов), поскольку более совершенных методов анализа тогда еще не было.

Интерес к исследованию природы огня и процессов, в которых он участвует, возник в XVI-XVII вв. не случайно: химики хотели знать, какие явления происходят при обжиге металлов при получении их из руд.

Одним из первых попытался раскрыть тайны этих процессов немецкий химик и врач Иоганн Бехер (1635-1682). Выходец из бедной семьи, он рано начал зарабатывать на жизнь. Только большое трудолюбие позволило ему получить медицинское образование и стать врачом. Но интересы молодого врача не ограничивались медициной. В 1669 г. Бехер опубликовал книгу "Подземная физика", в которой рассматривал состав минеральных тел (в том числе и металлов), а также объяснял процессы обжига.

Тела, по Бехеру, состоят из земли и воды, причем земля бывает трех видов: плавкая (стеклующаяся), жирная (горючая) и летучая (ртутная). Жирная земля является носительницей горючести. При обжиге металлов (и при горении других тел), по мнению Бехера, происходит потеря "горючей земли", следовательно, идут реакции разложения (а в действительности происходит соединение металлов и горючих веществ с кислородом).

Последователем Бехера был его соотечественник Георг Шталь (1659-1734), тоже врач и химик, сначала профессор медицины и химии в университете в Галле, затем член Прусской Академии наук и королевский лейб-медик. Его заинтересовали процессы, происходящие при кальцинации (обжиге металлов), а также при горении тел. И не только его. "Кузнецы, медники, литейщики колоколов и пуговичные мастера,- по словам Шталя,- жаловались на то, что из "несовершенных" металлов в процессе прокаливания их на воздухе выгорает некоторая часть; металлы распадаются, превращаясь в золу... Почему это происходит, что это за явление, как оно протекает, что именно уходит из металла и, равным образом, как следует поступать, чтобы этого не происходило, или каким образом восстановить потери-это неизвестно даже... опытным мастерам".

И Шталь начинает изучать горение и тесно связанные с ним процессы (преимущественно обжиг металлов). Так, он нагревал в железном сосуде олово до тех пор, пока на его поверхности не появлялся темный порошок (оксид олова), затем снимал его с огня, вносил в горячий сосуд свечное сало и перемешивал с содержимым - порошок превращался в металл. Подобные опыты были проведены и с другими металлами. Следовательно, при обжигании металлов из них что-то "изгоняется", и они превращаются в порошок. Если же его смешать с жирными веществами или углем, то из них что-то "внесется" в порошок, и тот превратится в металл. У Шталя постепенно начинает складываться теория, объясняющая процессы горения и обжига. В 1703 г. он переиздает книгу Бехера "Подземная физика", в приложении к которой излагает свои взгляды на природу горения. Затем Шталь пишет "Основания догматической и экспериментальной химии" (1723), "Химические и физические опыты, наблюдения и размышления" (1737), где окончательно формулирует свое учение о флогистоне. Все металлы и горючие тела, по мнению Шталя, содержат особое "горючее начало", названное им флогистоном (от флогистос - горючий). В свободном виде флогистон не представляет собой ничего определенного. Он способен принимать форму огня, а вещественным становится, только когда соединяется с другими элементами в сложных телах. Вот почему эта "сущность" (флогистон), считал Шталь, не была обнаружена сама по себе и описана исследователями. Но флогистон присутствует во всех окружающих нас "телах".

Флогистон и огонь-не одно и то же; он-начало огня и принимает его форму только в воздухе, в котором хорошо распространяется. При горении тел флогистон улетучивается из них и образует огонь только при соединении с воздухом. Рассеянный в воздухе флогистон нельзя выделить химически, его усваивают растения, а из них он переходит в животных.

А как же обжиг металлов? Что происходит при этом?

По Шталю, металл-сложное вещество, состоящее из "металлической извести", или "земли" (мы знаем, так тогда называли оксиды металлов), и флогистона. Когда производят обжиг, флогистон высвобождается, и металл покрывается окалиной, т.е. превращается в "землю". Если же последнюю смешать с сажей и нагревать, то окалина вновь становится металлом, так как она при этом поглощает флогистон, которым богата сажа.

Правда, накопленный к тому времени опыт, казалось, не подтверждал эту логически непротиворечивую теорию. Еще в 1530-х гг. Бирингуччо одним из первых заметил, что при прокаливании свинца в пламени тот становится тяжелее на 8-10%, а это, согласно положениям теории флогистона, было невозможно. Бирингуччо рассуждал так: огонь вытесняет из свинца все "водные и воздухоподобные части", находящиеся в порах свинца и придающие ему легкость. Металл же, лишенный воздуха, становится тяжелее.

Почти через сто лет, в 1630 г., ответ на этот вопрос пытался получить французский врач и химик Жан Рей в своем сочинении "Опыты изыскания причин увеличения веса олова и свинца при прокаливании". По его мнению, утяжеление металлов после прокаливания связано с тем, что с окалиной смешивается "воздух", находящийся в нагреваемом сосуде. Этот "воздух" становится "липким" от продолжительного нагревания, потому он и пристает к мельчайшим частицам окалины.

У Шталя на этот счет была своя точка зрения: он утверждал, что флогистон легче воздуха. Соединяясь с флогистоном, тело уменьшается в весе, а теряя флогистон, тело становится тяжелее.

Теория флогистона объясняла различные химические процессы (например, окисление и восстановление металлов) с единой позиции, что способствовало широкому ее распространению; это была первая научная химическая теория, и благодаря ей, по словам Ф. Энгельса, химия "освободилась от алхимии". Кроме того, "теория флогистона 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".^*

^* (Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 20. М., Госполитиздат, 1961, с. 372.)

Но и в эпоху полного господства теории флогистона у нее были противники. Один из них, голландский химик Герман Бургаве, пытался опровергнуть ее экспериментально. Взвесив металлы в холодном и раскаленном состоянии, он не обнаружил разницы. Против "огненной материи" выступал Михаил Васильевич Ломоносов.