Глава II. Количественные законы химии

Жозеф Луи Пруст

Наиболее известное открытие Пруста - это закон постоянства состава химических соединений. Работы Пруста показали химикам, что установление основных химических закономерностей требует не только качественных, но и количественных исследований.

Жозеф Луи Пруст родился 26 сентября 1754 г. в небольшом французском городе Анжере в семье аптекаря. Получив химическое образование в Париже, Пруст в 1775 г. был назначен на должность управляющего аптекой парижской больницы "Сальпетриер". Пруст общался с такими замечательными французскими учеными-естествоиспытателями, как Г. Руэль, Г. Монж, К. Л. Бертолле, А. Фуркруа. Под влиянием идей французских просветителей Пруст видел в грядущем буржуазном государстве царства разума, справедливости, свободы и равенства всех людей и отдал все силы на благо своей страны. Он начал работы по усовершенствованию методов выплавки металлов, но они не были завершены в связи с тем, что ученый покинул Францию, получив приглашение работать в Испании¹. В то время это была отсталая в хозяйственном отношении страна. Испанский король Карл III, представитель "просвещенного абсолютизма", старался ослабить феодальные путы, тормозившие развитие буржуазных отношений. Он надеялся укрепить свою власть, добившись значительного роста экономики страны. Понимая, что большую пользу в этом может оказать развитие естественных наук, Карл III пригласил Пруста в 1785 г. на должность профессора химии Артиллерийской школы в городе Сеговии.

Жозеф Луи Пруст (1754-1826)

В дальнейшем Пруст руководил кафедрами химии в университетах Саламанки в 1789 г. и Мадрида с 1791 по 1808 г. Испанский король очень скоро убедился в большой пользе, которую приносили работы молодого французского ученого развитию промышленности страны, и стал оказывать Прусту довольно значительную финансовую помощь. Это позволило Прусту собрать ценные коллекции минералов и реактивов и организовать очень хорошо оборудованную лабораторию².

Хотя после смерти Карла III в Испании усилилась власть аристократии, но страна уже стала на капиталистический путь развития. Быстрыми темпами росла промышленность, и условия работы Пруста продолжали оставаться благоприятными. Однако вскоре все резко изменилось.

После провозглашения в 1804 г. императором Франции Наполеон решил утвердить господство своей страны в мире путем завоевания и порабощения других народов. В октябре 1807 г. французские войска вторглись в Испанию и в марте 1808 г. заняли Мадрид. В мае 1808 г. испанские патриоты подняли в Мадриде восстание против французских захватчиков. Народное восстание было жестоко подавлено оккупантами. В этот период погибли лаборатория Пруста и его коллекции. По счастливому стечению обстоятельств сам ученый в это время был в отпуске во Франции. После подавления народного восстания в Испании не затихало революционное движение против французских интервентов. Условия жизни в этой стране не благоприятствовали научной работе. Пруст решил остаться во Франции и поселился в маленьком городке Краоне.

В 1806 г. Наполеон установил континентальную блокаду, чтобы подорвать экономику Англии и ослабить мощь основного противника Франции. В связи с этим во Франции стала обнаруживаться нехватка таких товаров, как хлопок, ром, кофе и сахар, доставлявшихся из колоний морским путем. Требовалось срочно заменить эти заморские товары продуктами из отечественного сырья. Прусту, который незадолго до этого разработал метод получения виноградного сахара (глюкозы), предложили по приказу Наполеона сто тысяч франков за "организацию производства виноградного сахара". Однако ученый отказался от этого соблазнительного предложения, сославшись на плохое состояние здоровья, хотя в то время он очень нуждался в деньгах. Материальное положение Пруста улучшилось лишь в 1816 г., когда он был избран членом Парижской Академии наук. Спустя десять лет, 5 июля 1826 г., Пруст скончался в родном Анжере.

Самым выдающимся научным достижением Пруста было открытие закона постоянства состава. Тем самым он внес существенный вклад в создание атомно-молекулярного учения в первой половине XIX в. Его работа отвечала потребности развивающейся химической промышленности в рациональной технологии, важным условием создания которой является знание количественных отношений при химических превращениях. Еще в Испании Пруст проводил интенсивные исследования свойств и состава соединений различных металлов: олова (1800 и 1805 гг.), меди (1799, 1801,, 804 гг.), железа и никеля (1803 г.), сурьмы (1804 г.), кобальта, серебра и золота (1806 г.).

При этом он обнаружил, что при определении количественного состава оксидов этих металлов многие его современники допускали значительные ошибки: неправильно принимали за оксиды некоторые другие соединения, так как не обращали достаточного внимания на их качественный состав. Они определяли лишь содержание металла в соединении, а все остальное без достаточных оснований считали кислородом. Естественно, что на основании таких результатов получались данные, показывающие, что содержание кислорода в оксидах одного и того же металла изменяется постепенно. На основании точных экспериментов Пруст доказал, то многие соединения представляют собой не оксиды, а гидроксиды. Он также показал, что различные оксиды одного и того же металла имеют вполне определенный состав, который изменяется не плавно, а скачкообразно. Для примера приводим найденные Прустом в 1804 г. составы в процентах по массе некоторых оксидов:

Аналогичные результаты были получены им ранее при анализах сульфидов и хлоридов (1799 г.). Они показали всеобщность открытого Прустом закона постоянных отношений, который ученый сформулировал так: "Всегда неизменные отношения, эти постоянные признаки, характеризующее истинные соединения, как искусственно полученные, так и природные; одним словом, эта постоянство природы (pondus naturae), так хорошо виденное Шталем, все это, я утверждаю, подвластно химику не более, чем закон избирательности³, который управляет всеми реакциями соединения" [24, с. 368].

Клод Луи Бертолле (1748-1822); выдающийся французский химик, автор замечательных работ, обогативших учение о сродстве

Противником Пруста выступил его соотечественник - известный химик Клод Луи Бертолле. Упорная дискуссия⁴ обоих ученых продолжалась с 1801 по 1808 г. На основании своих наблюдений Бертолле пришел к выводу, что реакционная способность и скорость реакции двух веществ зависят от их "массы" (концентрации). Отсюда Бертолле заключил, что в зависимости от концентрации исходных веществ они могут соединяться в различных отношениях, образуя соединения переменного состава. Измерения, при помощи которых Пруст доказал отличие химических соединений от смесей или сплавов, были для того времени исключительно точными, и поэтому закон постоянства состава был вскоре признан большинством ученых⁵. В исследованиях, приведших к установлению закона постоянства состава, Пруст всегда относил массы металла и кислорода к 100 единицам массы. Поэтому он не заметил закона кратных отношений, открытого позднее англичанином Дальтоном^6,7.