Механизм реакций

Лавуазье заметил, что при горении фосфора и серы так же, как и при прокаливании металлов, происходит увеличение веса вещества. Казалось бы естественным сделать вывод: увеличение веса сжигаемого вещества происходит при всех процессах горения. Однако вывод этот настолько противоречил положениям теории флогистона, что нужна была недюжинная смелость, чтобы высказать его хотя бы в виде гипотезы.

Лавуазье решил проверить высказанные ранее Бойлем, Реем, Мэйоу и Ломоносовым гипотезы о роли воздуха в процессах горения. Он опирался вначале на представления Шталя об особенностях реакций, протекающих при горении. Поэтому Лавуазье интересовался тем, увеличивается ли количество воздуха, если в нем происходит восстановление окисленного тела и выделение благодаря этому дополнительного воздуха. Лавуазье удалось доказать, что действительно количество воздуха при этом возрастает. Это открытие Лавуазье назвал самым интересным со времени работ Шталя. Поэтому в ноябре 1772 г. он направил в Парижскую Академию наук специальное сообщение о полученных им результатах.

На следующем этапе исследований Лавуазье полагал выяснить, какова природа "воздуха", соединяющегося с горючими телами при их окислении. Однако все попытки установить природу этого "воздуха" в 1772-1773 гг. окончились безрезультатно^*. Дело в том, что Лавуазье, так же как и Шталь, восстанавливал "металлические извести" путем непосредственного контакта с "углеобразной материей" и тоже получал при этом диоксид углерода, состав которого он не мог тогда установить. Как считал Лавуазье, "уголь сыграл с ним злую шутку". Однако Лавуазье, как и многим другим химикам, не приходила мысль, что восстановление оксидов металлов можно осуществить нагреванием с помощью зажигательного стекла. Но вот осенью 1774 г. Джозеф Пристли сообщил, что при восстановлении окиси ртути с помощью зажигательного стекла образуется новый вид воздуха - "дефлогистированный воздух" (как он называл кислород). Незадолго до этого кислород был открыт Шееле, но сообщение об этом было опубликовано с большим запозданием^**.

^* (О работах Лавуазье по созданию кислородной теории подробнее см.: Крицман В. А. О работах Лавуазье по органической химии.- В кн.: Очерки по истории органической химии.- М: Наука, 1977, с. 5-20.- Прим. перев.)

^** (Шееле получил кислород в 1772 г., а опубликовать сообщение об этом смог лишь в 1775 г. Подробнее см.: Трифонов Д. И., Трифонов В. Д. Как были открыты химические элементы.- М.: Просвещение, 1980, с. 42-46.- Прим. перев.)

Карл Вильгельм Шееле (1742-1786)^*

^* (Шееле Карл Вильгельм (1742-1786) - знаменитый шведский химик и фармацевт. Открыл, выделил из природных веществ и описал ряд элементов и соединений. Среди них - кислород, хлор, марганец, оксиды бария, вольфрама, молибдена, соединения серы, фтора, фосфора, перманганат калия, этиловый эфир, глицерин, многие органические кислоты и другие вещества. По словам известного химика Ж. Дюма, Шееле "не мог прикоснуться к какому-либо телу, без того, чтобы не сделать открытия".- Прим. перев.)

Шееле и Пристли объясняли наблюдаемое ими явление выделения кислорода с позиций флогистонной теории. Только Лавуазье смог использовать открытие кислорода в качестве главного аргумента против теории флогистона.

Весной 1775 г. Лавуазье воспроизвел опыт Пристли. Он хотел получить кислород и проверить, был ли кислород тем компонентом воздуха, благодаря которому происходило горение или окисление металлов. Лавуазье удалось не только выделить кислород, но и вновь получить оксид ртути. Одновременно Лавуазье определял весовые отношения вступающих в эту реакцию веществ. Ученому удалось доказать, что отношения количеств веществ, участвующих в реакциях окисления и восстановления, остаются неизменными. Таким образом, Лавуазье изучил качественно и количественно процессы окисления - восстановления. Он доказал, что для объяснения хода этих реакций нет необходимости привлекать представление о флогистоне.

Однако оставались нерешенными другие вопросы. Что, например, происходит с водородом при горении? Долгое время все попытки Лавуазье ответить на этот вопрос были безуспешными. Лишь после того, как Лавуазье применил методику, разработанную Кавендишем, ему удалось летом 1784 г. получить воду в результате сгорания смеси кислорода и водорода при пропускании через нее электричества в изолированном стеклянном колоколе. Несколько дней спустя Гаспар Монж повторил этот опыт и отметил, что вес образовавшейся воды был равен сумме весов взаимодействовавших кислорода и водорода. Так теория горения, разработанная Лавуазье, нашла новое экспериментальное подтверждение. Однако Лавуазье не остановился на достигнутом.

Стремясь всесторонне изучить механизм химических превращений, Лавуазье искал способ разложения воды на водород и кислород. Ученому удалось разработать методику, благодаря которой он достиг поставленной перед собой цели. Лавуазье пропускал водяные пары через раскаленную медную трубку, в которой находились железные опилки. При этом кислород связывался с железом в начале трубки, а водород собирался в ее конце. Определение веса образовавшихся веществ вновь блестяще подтвердило основные положения кислородной теории Лавуазье и закон сохранения материи [97-99].