От системы Лавуазье к атомистике Дальтона

Бог устроил все по мере, числу и весу.

И. Рихтер [13]

В 80-х гг. XVIII в. новая система Лавуазье получила признание у ведущих естествоиспытателей Франции - К. Бертолле, А. де Фуркруа и Л. Гитона де Морво. Они поддержали новаторские идеи Лавуазье и совместно с ним разработали новую химическую номенклатуру и терминологию. В 1789 г. Лавуазье изложил основы разработанной им системы знаний в учебнике "Начальный курс химии, представленный в новом виде на основе новейших открытий".

Лавуазье разделял элементы на металлы и неметаллы, а соединения на двойные и тройные. Двойные соединения, образуемые металлами с кислородом, он относил к основаниям, а двойные соединения неметаллов с кислородом - к кислотам. Тройные соединения, получающиеся при взаимодействии кислот и оснований, он называл солями.

Система Лавуазье основывалась на точных качественных и количественных исследованиях. Этот довольно новый вид аргументации он использовал, изучая многие спорные проблемы химии - вопросы теории горения, проблемы взаимного превращения элементов, которые были весьма актуальны в период становления научной химии. Так, для проверки представления о возможности взаимного превращения элементов Лавуазье в течение нескольких дней нагревал воду в запаянном сосуде. В итоге он обнаружил в воде незначительное количество "земли", установив при этом, что изменения общего веса сосуда вместе с водой не происходит. Образование "земель" Лавуазье объяснил не как результат их выделения из воды, а за счет разрушения стенок реакционного сосуда.

Для ответа на этот вопрос шведский химик аптекарь К. Шееле в то же время использовал качественные методы доказательства, установив идентичность выделяющихся "земель" и материала сосуда.

Таблица элементов Лавуазье. Из книги Лавуазье 'Начальный курс химии' (1789 г.)

Лавуазье, как и Ломоносов, учитывал существовавшие с древности наблюдения о сохранении веса веществ и систематически изучал весовые соотношения веществ, участвующих в химической реакции^*. Он обратил внимание на то, что, например, при горении серы или при образовании ржавчины на железе происходит увеличение веса исходных веществ. Это противоречило теории флогистона, согласно которой при горении должен был выделяться гипотетический флогистон. Лавуазье счел ошибочным объяснение, согласно которому флогистон обладал отрицательным весом, и окончательно отказался от этой идеи.

^* (Лавуазье первым на многочисленных примерах доказал справедливость наблюдений о сохранении веса веществ при химическом превращении и во многом способствовал превращению отдельных наблюдений в один из основополагающих законов естествознания. Подробнее об этом, а также вообще о жизни и деятельности великого французского ученого см. в [175, 187].- Прим. ред.)

Другие химики, например М. В. Ломоносов или Дж. Мэйоу, пытались объяснить окисление элементов и образование оксидов металлов (или, как тогда говорили, "известей") как процесс, при котором частицы воздуха соединяются с каким-либо веществом. Этот воздух может быть "оттянут обратно" путем восстановления. В 1772 г. Лавуазье собрал этот воздух, но не смог установить его природу. Первым об открытии кислорода сообщил Пристли. В 1775 г. ему удалось доказать, что именно кислород соединяется с металлом и вновь выделяется при его восстановлении, как, например, при образовании "извести" ртути и ее восстановлении. Систематическим взвешиванием было установлено, что вес металла, участвующего в этих превращениях, не изменяется.

Сегодня этот факт, казалось бы, убедительно доказывает справедливость предположений Лавуазье, а тогда большинство химиков отнеслись к нему скептически. Одной из причин такого отношения было то, что Лавуазье не мог объяснить процесс горения водорода. В 1783 г. он узнал, что, используя электрическую дугу, Кавендиш доказал образование воды при сжигании смеси водорода и кислорода в закрытом сосуде. Повторив этот опыт, Лавуазье нашел, что вес воды соответствует весу исходных веществ. Затем он провел эксперимент, в котором пропускал водяной пар через железные стружки, помещенные в сильно нагреваемую медную трубку. Кислород соединялся с железными стружками, а водород собирался на конце трубки. Таким образом, воспользовавшись превращениями веществ, Лавуазье сумел объяснить процесс горения и качественно, и количественно, и для этого ему уже не нужна была теория флогистона [6]. (Пристли же и Шееле, которые, открыв кислород, фактически создали основные предпосылки для появления кислородной теории Лавуазье, сами твердо придерживались позиций теории флогистона. Кавендиш, Пристли, Шееле и некоторые другие химики полагали, что расхождения между результатами опытов и положениями теории флогистона удастся устранить путем создания дополнительных гипотез.)

Антуан Лоран Лавуазье (1743-1794) с женой

Антуан Лоран Лавуазье родился в 1743 г. в семье зажиточного адвоката. В юности изучал математику, физику и химию (последнюю у Г. Ф. Руэля - способного химика, энтузиаста науки). Уже в двадцатилетнем возрасте Лавуазье написал свою первую статью о лучшем способе освещения улиц Парижа, за что получил золотую медаль Академии наук. Лавуазье участвовал в геологической экспедиции, а в 25 лет стал адъюнктом химии Парижской академии. Будучи весьма состоятельным человеком, он смог оплатить вступление в "Генеральный откуп"^*. Дочь другого генерального откупщика Мари Польз стала его женой и сотрудницей. Их дом долгое время был местом встречи выдающихся людей того времени. Материальное положение позволило Лавуазье приобрести для своей лаборатории превосходное оборудование. Как член "Генерального откупа" и разнообразных комиссий Парижской академии наук он вынужден был заниматься такими проблемами, как контроль за качеством продуктов или снабжение водой морских судов и т. п. В 1776 г. ему было поручено руководство Управлением порохов и селитр, и он во многом способствовал тому, что производство пороха во Франции резко возросло, а качество пороха значительно улучшилось. Лавуазье немало сделал для популяризации химических знаний. Будучи хорошим экспериментатором, он устраивал в своей лаборатории демонстрации опытов, на которые приглашал даже не только специалистов-химиков, пробуждая таким образом у широкого круга людей интерес к науке.

После Великой Французской буржуазной революции (1789 г.) Лавуазье был избран членом Совета Парижа и Комиссии по управлению королевским имуществом. Одновременно он принимал активное участие в деятельности Комиссии по разработке метрической системы мер. Но в ноябре 1793 г. вместе с другими генеральными откупщиками он был арестован и 8 мая 1794 г. казнен. В формулировке обвинений, которые привели Лавуазье на гильотину, чувствуется предвзятость и демагогичность; его обвиняли в шантаже французского народа, в том, что он якобы подмачивал табак и добавлял в него вредные для здоровья вещества. Казнь Лавуазье была воспринята некоторыми учеными как результат террора якобинской диктатуры в ответ на травлю Марата. Другие считали ее трагической ошибкой или наказанием за участие Лавуазье в "Генеральном откупе" (14, с. 83, 138, 380)^**.

Лавуазье прожил чрезвычайно творческую жизнь, и вклад его в науку очень велик. Он был казнен в 50 лет. В 1862 г. в Париже было издано собрание его работ в шести томах. Наиболее полная его биография - "Лавуазье (1743-1794)" - была написана в 1888 г. Э. Гримо. В 1890 г. М. Бертло издал книгу "Революция в химии - Лавуазье"; Г. Кальбаум и А.Гофман в 1897 г. опубликовали работу "Распространение теории Лавуазье в Германии", а в 1910 г. появилась книга М. Шпетера "Лавуазье и его предшественники". В 1900 г. в Париже был воздвигнут бронзовый памятник Лавуазье.

^* ("Генеральный откуп" - организация богатейших французских финансистов, члены который брали "на откуп" у королевской казны торговлю рядом товаров: солью, табаком, алкоголем и др. Откупщики получали баснословные прибыли, повышая цены на эти товары нередко в десятки раз. Для участия в генеральном откупе необходимо было внести большой денежный взнос, а также принимать активное участие в работе предприятий, производящих монопольные товары: сахароварен, винокуренных заводов, табачных фабрик и др.- Прим. ред.)

^** (См. также [175, гл. 15; 178, с. 135-136].- Прим. ред.)

Надежность и полнота опытных данных, ясность аргументации и простота изложения способствовали быстрому распространению системы Лавуазье в Англии, Голландии, Германии, Швеции, Италии. В Германии представления Лавуазье были изложены в двух работах д-ра Гиртаннера (из Геттингена): "Новая химическая номенклатура на немецком языке" (1791 г.) и "Основы антифлогистонной химии" (1792 г.). Благодаря Гиртаннеру впервые появились немецкие обозначения веществ, соответствующие новой номенклатуре, например кислорода, водорода, азота. Работавший в Берлине Гермбштедт опубликовал в 1792 г. учебник Лавуазье в переводе на немецкий язык, а М. Клапрот после того, как он повторил опыты Лавуазье, признал, новое учение; взгляды Лавуазье разделял и знаменитый немецкий естествоиспытатель А. Гумбольдт. В 1790-х годах в Германии не раз публиковались работы Лавуазье [139, с. 92- 94].

Большинство химиков Англии, Голландии, Швеции, Италии (среди них: Кирван и Хиггинс - в Англии; Троствейк, Дейман, ван Марум - в Голландии; Жиобер, Бруньятелли и др.- в Италии, Гадолин - в Швеции) разделяли взгляды Лавуазье [15, с. 156]. Нередко в историко-научной литературе можно прочесть, что для признания теории Лавуазье химикам понадобилось достаточно много времени. Однако по сравнению с 200 годами непризнания астрономами взглядов Коперника 10-15-летний период дискуссий в химии не так уж велик.

До начала XIX в. крупнейшими химиками и физиками Франции были коллеги Лавуазье - К. Бертолле, А. де Фуркруа, Гитон де Морво, Л. Воклен. В значительной степени благодаря их стараниям была создана Политехническая школа, в которой особое внимание уделялось техническим и естественнонаучным дисциплинам и откуда вышли многие выдающиеся естествоиспытатели и инженеры^*. Опыт работы Политехнической школы оказал большое влияние на развитие науки во многих странах. Оно особенно усилилось после проведенной Фуркруа в конце XVIII - начале XIX вв. реорганизации всей государственной системы преподавания, что способствовало повышению уровня образования и усилению внимания к естествознанию во всех развитых странах.

^* (Политехническая школа в Париже - старейшее и наиболее авторитетное высшее инженерное учебное заведение во Франции. Основана в 1790-х годах.- Прим. ред.)