ХИМИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ
ФРАНЦУЗСКАЯ БУРЖУАЗНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ И НАУКА
Переворот в химии, связанный с ниспровержением теории флогистона, по времени совпал с французской буржуазной революцией. Этот факт, конечно, нельзя считать случайным. Химическая революция в значительной степени оказалась следствием социально-экономических перемен и сдвигов в умственной жизни общества. Ф. Энгельс в следующих словах характеризовал эти явления: «Великие люди, которые во Франции просвещали головы для приближающейся революции, сами выступали крайне революционно. Никаких внешних авторитетов какого-бы то ни было рода они не признавали. Религия, понимание природы, общество, государственный строй — все это было подвергнуто самой беспощадной критике; все должно было предстать перед судом разума и либо оправдать свое существование, либо отказаться от него... Все прежние формы общества и государства, все традиционные представления были признаны неразумными и отброшены, как старый хлам; мир до сих пор руководствовался одними предрассудками, и все прошлое достойно лишь сожаления и презрения»1.
Химическая революция одновременно была и частью глубоких перемен в науке, прежде всего в химии и физике.
Многие французские ученые приняли непосредственное участие в общественно-политической деятельности в эпоху революции (Г. Монж, Л. Карно, Ф. Фуркруа и др.). По их предложениям была проведена полная реформа образования в стране. Университеты дореволюционной Франции безраздельно находились под влиянием католического духовенства, преподавали в них по устаревшей системе. Связей университетов с промышленностью страны не существовало. Парижская академия наук и другие научные учреждения были также фактически оторваны от жизни. В результате предложений ученых Конвентом в 1793 г. была одобрена новая система организации высшей школы. В 1794 г. была учреждена Нормальная школа для обучения искусству преподавания, открыта Политехническая школа для подготовки гражданских инженеров. Возникли и другие специальные учебные заведения. Старый Королевский ботанический сад был преобразован в Музей естественной истории. Была основана Национальная консерватория (хранилище) наук и ремесел. Все эти меры были направлены на приближение науки и образования к запросам жизни и производства.
Эпоха буржуазной революции ознаменовалась расцветом науки во Франции. В конце XVIII в. во Франции выдвинулись
многие талантливые ученые (Ж. Лагранж, Г. Монж, Н. Карно, П. Лаплас) и плеяда выдающихся химиков и биологов.
Авторитет французской науки настолько возрос, что открытия и новые научные положения, выдвинутые французскими учеными, поддерживали многие ученые других стран Европы.
А. Л. ЛАВУАЗЬЕ
В развитии химии в эпоху французской буржуазной революции виднейшая роль принадлежит А. Л. Лавуазье. Выдающаяся научная деятельность этого ученого сочеталась с типичными для крупного буржуа темными финансовыми операциями. Общественно-политические взгляды А. Лавуазье нельзя назвать передовыми и соответствующими его новаторской научной деятельности.
Антуан Лоран Лавуазье родился 26 августа 1743 г. Он получил юридическое образование, но интересовался естественными науками, особенно химией, занимался также и литературой. По окончании университета А. Лавуазье отказался от юридической карьеры и сосредоточил свое внимание на работах в области естествознания. Он совершил несколько минералогических экскурсий, в ходе которых интересовался химическим составом ряда минералов и вод питьевых источников.
В 1764 г. А. Лавуазье принял участие в конкурсе, объявленном Парижской академией, на лучший способ освещения улиц. При разработке новых типов светильников он проявил большую настойчивость и получил золотую медаль. В 1768 г. А. Лавуазье был избран адъюнктом Академии наук и одновременно стал пайщиком откупа по сбору налогов от населения. Получая огромные барыши, пайщики откупа были окружены всеобщей ненавистью народа. В 1771 г. он женился на дочери богатого откупщика — Анне Марии Польз.
В 1775 г. А. Лавуазье был назначен управляющим пороховым и селитряным делом Франции. Он переехал в Арсенал и устроил на собственные средства хорошо оборудованную лабораторию. Здесь в течение 15 лет он вел напряженные экспериментальные исследования и постоянно участвовал в различных ученых комиссиях.
Начавшаяся в 1789 г. революция оторвала А. Лавуазье от
научной работы по химии. В первые годы революции он занимался экономическими проблемами, был членом комиссии по мерам и весам, комиссаром национального казначейства и т. д. К революции он вскоре стал относиться отрицательно.
В 1792 г. из-за связей с роялистами он был освобожден от должности управляющего пороховым делом. В марте 1792 г. декретом Национального собрания был ликвидирован откуп. В августе 1793 г. была закрыта Академия наук, а в октябре того же года Конвент принял решение об аресте бывших откупщиков. После следствия 28 бывших откупщиков, в том числе и А. Лавуазье, были приговорены революционным трибуналом к казни. 8 мая 1794 г. Лавуазье был гильотинирован.
Некоторые ученые (Дж. Пристлей, Ш. Благден, Дж. Уатт и др.) оспаривали приоритет ряда его крупных открытий. Следует, однако, отметить, что продолжающаяся и поныне дискуссия вокруг имени Лавуазье носит буржуазно-националистическую окраску.
КИСЛОРОДНАЯ ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ
Одной из первых публикаций А. Лавуазье был мемуар «О природе воды» (1769). Работа была посвящена вопросу о возможнбсти превращения воды в землю. В течение 101 дня А. Лавуазье нагревал воду в стеклянном сосуде «пеликан» и обнаружил (как и К. Шееле) образование в воде листочков сероватой земли. В отличие от К. Шееле А. Лавуазье не производил химического анализа этой земли, но путем взвешивания сосуда и высушенных листочков установил, что они получаются в результате растворения стекла.
Решив таким образом вопрос, занимающий в то время ученых, А. Лавуазье наметил исследование «О природе воздуха». Изучив и проанализировав данные о поглощении воздуха в различных химических процессах, он составил обширный план исследования: «Операции, посредством которых, — писал он, — можно добиться связывания воздуха, суть: рост растений, дыхание животных, при некоторых обстоятельствах — обжиг, наконец, некоторые (другие) химические реакции. Я признал, что должен начать с этих экспериментов» '.
Во второй половине 1772 г. А. Лавуазье уже был занят опытами сжигания различных веществ, прежде всего фосфора. Он установил, что для полного сжигания фосфора потребно большое количество воздуха. Объяснение этого факта, данное им, было еще флогистическим. Однако вскоре он представил Академии наук мемуар, в котором писал: «... я открыл, что сера при горении вовсе не теряет в весе, а, напротив, увеличивается, т. е. из 1 фунта серы можно получить значительно больше, чем 1 фунт купоросной кислоты ... то же самое можно сказать о фосфоре;
это увеличение происходит благодаря громадному количеству воздуха, который связывается при горении»1. Далее А. Лавуазье высказывает предположение, что увеличение массы металлов при кальцинации также объясняется поглощением воздуха.
В следующем году А. Лавуазье поставил исследования по кальцинации металлов. Он сообщает также о дальнейших опытах по поглощению воздуха в процессах горения и высказывается (пока еще не в категорической форме) о субстанции, содержащейся в воздухе и связывающейся с горящими веществами в процессе горения. Описывая опыты кальцинации металлов, А. Лавуазье подтвердил факт поглощения при этом воздуха.
Для всестороннего изучения процессов горения и действия на различные вещества высоких температур А. Лавуазье построил большую зажигательную машину с двумя большими линзами, с помощью которой произвел сжигание алмаза. Результаты всех этих исследований стояли в полном противоречии с теорией флогистона. А. Лавуазье приходилось соблюдать крайнюю осторожность в формулировках выводов. Но он продолжал работать по намеченному плану, все более и более убеждаясь в полной необоснованности теории флогистона. В 1774 г. А. Лавуазье начал прямую атаку на эту теорию. Анализируя результаты своих опытов по сжиганию различных веществ, он вскоре пришел к выводу, что воздух — не простое тело, как думали ученые XVIII в., а смесь различных по свойствам газов. Одна из частей смеси поддерживала горение. Опытным путем А. Лавуазье отверг предположение, что это «фиксируемый воздух» Блэка, наоборот, он утверждал, что эта часть «наиболее удобна для дыхания».
В это время (70-е гг.) открытие кислорода «носилось в воздухе» и стало уже неизбежным. Действительно, К. Шееле открыл кислород в 1772, а Дж. Пристлей — в 1774 гг. А. Лавуазье не сразу пришел к открытию кислорода. Изучая кальцинацию металлов с образованием «извести», он полагал, что «наиболее пригодная для дыхания» часть воздуха может быть получена из металлической «извести», т. е. из оксидов любых металлов. Однако его попытки не увенчались успехом, и только в ноябре 1774 г. (после свидания с Дж. Пристлеем) он перешел к опытам с оксидом ртути.
Эти опыты А. Лавуазье выполнил двумя путями. Он прокаливал оксид ртути с углем и получил «фиксируемый воздух» Блэка, а также просто нагревал оксид ртути. Полученный при этом газ представлял, по его мнению, наиболее чистую часть воздуха. А. Лавуазье пришел также к заключению, что «фиксируемый воздух» представляет собой соединение «чистого» воздуха с углем. В своем докладе академии он называл «наиболее чистую
часть воздуха» также «весьма удобовдыхаемым» или «живительным воздухом».
Важные выводы были сформулированы А. Лавуазье в мему-аре «Опыты над дыханием животных»: 1. При дыхании происходит взаимодействие только с чистой «наиболее пригодной для дыхания» частью атмосферного воздуха. Остальная часть воздуха представляет собой лишь инертную среду, которая не изменяется при дыхании. 2. Свойства испорченного воздуха, остающегося в реторте после прокаливания металлов, ничем не отличаются от свойств воздуха, в котором некоторое время находилось животное.
Начиная с 1777 г. А. Лавуазье выступил открыто против теории флогистона. В одном из мемуаров он писал: «Химики сделали из флогистона смутное начало, которое не определено в точной мере и которое поэтому пригодно для любых объяснений, в которые его хотят ввести. Иногда это начало весомо, иногда оно таковым не является; иногда это свободный огонь, иногда это огонь, соединенный с землистым элементом; иногда оно проходит сквозь поры сосудов, иногда они непроницаемы для него. Он объясняет одновременно и щелочность и нейтральность, прозрачность и непрозрачность, окраску и отсутствие окраски; это настоящий Протей, который меняет свой облик каждое мгновение»'.
Интересно, что эти слова А. Лавуазье напоминают формулировки М. В. Ломоносова, писавшего в 1744 г. об «огненной материи», которая то входит в поры тел, «... как бы привлекаемая каким-то приворотным зельем, то бурно покидает их, как бы объятая ужасом»1 2.
В мемуаре «О горении вообще» (1777) А. Лавуазье дал следующую характеристику явлений горения: «1. При всяком горении происходит выделение «огненной материи», или света. 2. Тела могут гореть только в очень немногих видах воздуха, или, вернее, горение может происходить лишь только в одном виде воздуха, который Пристлей называл безфлогистонным и который я буду называть «чистым» воздухом. Тела, которые мы называем горючими, не только не горят в пустоте, или каком-либо другом воздухе, но там они гаснут так быстро, как если бы их погружали в воду... 3. При всяком горении происходит разрушение, или разложение «чистого» воздуха, а вес сгоревшего тела увеличивается точно на количество поглощенного воздуха. 4. При всяком горении горящее тело превращается в кислоту... так, если под колоколом сжигать серу, то продуктом горения будет серная кислота .. .»3.
Основываясь на последнем положении, А. Лавуазье создает теорию кислот, которые образуются при соединении кислотооб
разующего начала с горючими веществами. Этому кислотообразующему началу в связи с этим он дал название «оксиген» (родящий кислоту, или кислород). Теория кислот А. Лавуазье оказалась, однако, не соответствующей многим известным фактам. Так, соляная кислота образуется без всякого участия кислорода. А. Лавуазье в данном случае принужден был прибегнуть к фантазии для объяснения состава этой кислоты. Он допустил, что в соляной кислоте содержится особое простое тело — мурий, — находящееся в кислоте в окисленном состоянии. Поэтому до недавнего времени соляная кислота называлась у фармацевтов муриевой кислотой.
Противоречил теории кислот Лавуазье и факт образования воды при сжигании водорода. В течение нескольких лет Лавуазье безуспешно пытался обнаружить в воде следы кислоты. При этом он установил даже объемные отношения водорода и кислорода в воде (12:22,9, т. е. почти как 1:2). Этому результату он, однако, не придал значения. При разложении воды он, действуя на воду железными опилками, получил водород. Эти исследования были завершающими в запланированной серии опытов, поставленных с целью ниспровержения теории флогистона.
Упомянем, что претензии со стороны некоторых ученых на приоритет открытий А. Лавуазье оказались неосновательными. Действительно, открытие кислорода по существу принадлежит именно А. Лавуазье, а не К. Шееле и Дж. Пристлею, остававшихся, по словам Ф. Энгельса, «в плену флогистических категорий» и не понимавших, что именно они открыли. «И если даже, — писал далее Энгельс, — А. Лавуазье и не дал описания кислорода, как он утверждал впоследствии, одновременно с другими и независимо от них, то все же, по существу дела, открыл кислород он, а не те двое, которые только описали его, даже не догадываясь о том, что именно они описывали»
ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ КУРС ХИМИИ ЛАВУАЗЬЕ
В процессе разработки основ антифлогистической кислородной теории горения и дыхания у А. Лавуазье не было недостатка в критиках его новых взглядов. В связи с этой критикой ему приходилось ставить новые опыты, высказывать новые обобщения, шаг за шагом доказывать несостоятельность выдвигавшихся возражений. При этом он решал различные вопросы, не имеющие прямого отношения к намеченному плану исследований. Так, ему пришлось опровергать объяснение Г. Кавендиша по вопросу о механизме образования водорода при действии разбавленных кислот на металл. А. Лавуазье указал, что водород в данном случае выделяется не в результате разложения металла, а в результате разложения воды, разбавляющей кислоту (кислотой в то время считали кислотные оксиды).
числу вопросов, вызывавших споры при объяснении явлений горения, относился вопрос о природе теплоты. А. Лавуазье была хорошо известна кинетическая теория теплоты, но он не был атомистом и поэтому остался на позициях теплотворной материи в отличие от М. В. Ломоносова. При этом он считал теплород одним из элементарных флюидов, и, таким образом, в этом вопросе его позиция совпадала с позицией ортодоксальных флогистиков.
А. Лавуазье принадлежит заслуга первоисследователя тепловых эффектов реакций. Совместно с П. Лапласом он сконструировал калориметр и в течение 15 лет работал над определением тепловых эффектов, положив тем самым основание термохимии. А. Лавуазье принадлежит также заслуга в установлении особенностей состава органических веществ. На основе анализов он нашел, что органические вещества состоят из углерода, водорода и кислорода. Затем к этим простым телам были добавлены азот и фосфор.
Лавуазье считал одним из важнейших положений химии принцип неуничтожаемости материи. Флогистики, как известно, игнорировали этот принцип, например, при объяснении увеличения массы металлов npnf кальцинации. Сформулировав этот принцип, А. Лавуазье иллюстрировал его примером образования алкоголя, в результате брожения виноградного сока:
виноградный сок = угольная кислота + алкоголь.
Около 1785 г. у А. Лавуазье возникла мысль систематически изложить открытые им новые факты и объяснения различных явлений с точки зрения кислородной теории в кратком «Элементарном курсе химии». При подготовке этого курса ему пришлось дополнительно исследовать и решить несколько принципиальных вопросов, связанных, в частности, с разработкой учения о началах, или простых веществах, с созданием химической номенклатуры и с формулировкой новых задач химии, возникших на основе кислородной теории.
В «Предварительном рассуждении» к курсу А. Лавуазье говорит о простых телах: «Итак, химия идет к своей цели, к своему совершенству, разделяя, подразделяя и еще подразделяя тела, и мы не знаем, каков будет предел ее успехов. Мы не можем поэтому утверждать, что то, что сегодня признается простым, действительно является простым. Мы можем только сказать, что то или иное вещество является лишь пределом делимости посредством химического анализа и что оно не может быть разделено далее при современном состоянии наших знаний»1.
Говоря далее об элементах, А. Лавуазье не дает однозначного определения этого понятия: «Итак, я скажу, что если названием элементов обозначить простые или неделимые молекулы, составляющие тела, то, вероятно, мы их не знаем; если же, напротив, мы свяжем с названием элементов, или начал, представление о последнем пределе, достигаемом анализом, то все вещества, которые мы еще не смогли никоим образом разложить, являются для нас элементами»2.
Это определение по существу совпадает с бойлевским.
Другим вопросом, который возник перед А. Лавуазье при работе над «Элементарным курсом химии», была разработка химической номенклатуры. В алхимическом периоде, когда символика и стремление зашифровать обычные названия веществ были широко распространены, многие вещества получили случайные и часто различные у разных авторов названия. Традиция присваивать вновь открываемым веществам случайные названия сохранилась и в дальнейшем. В таких условиях никакой системы химической номенклатуры не могло быть создано.
В XVIII в. даже химикшфлогистики ощущали острую нужду в создании системы химической номенклатуры, поскольку число известных веществ во второй половине столетия быстро увеличивалось. Один из видных химиков-флогистиков Гитон де Морво (с. 68) еще в 1782 г. начал разработку системы химической номенклатуры на основе теории флогистона. А. Лавуазье, занятый той же проблемой, приложил усилия для привлечения на свою сторону де Морво, что ему удалось в 1786 г. Несколько ранее к А. Лавуазье примкнул один из виднейших химиков того времени — К- Л. Бертолле (с. 68), а вслед за ним — А. Фуркруа.
В союзе с этими учеными А. Лавуазье организовал номенклатурную комиссию Парижской академии, которая и приступила к работе в 1786 г. Через год разработанная номенклатура была ,опубликована. Она базировалась на названиях простых тел, список (и классификация) которых был составлен самим А. Лавуазье. В числе новых названий комиссия утвердила названия для кислорода (оксиген), водорода (гидроген) и азота. Последнее название, отличающееся от международного «нитрогениум», было предложено А. Лавуазье и принято, несмотря на то что
Во введении к «Элементарному курсу химии» А. Лавуазье писал: «Отсутствие в начальном курсе химии главы о составных и элементарных частях тел неминуемо вызовет удивление, но я позволю себе здесь заметить, что стремление считать все тела природы состоящими лишь из трех или четырех элементов происходит от предрассудка, перешедшего к нам от греческих философов» '.
Для решения вопроса об элементарных составных частях тел А. Лавуазье не располагал необходимыми фактическими данными и принужден был базироваться в основном на результатах своих собственных исследований. Вероятно, поэтому его взгляды отличаются неопределенностью и непоследовательностью.
члены комиссии считали его неудачным и предлагали названия «нитроген»,. «селитроген», «алкалиген». Слово «азот»по предложению А. Лавуазье, переводится словом «безжизненный». Такой перевод, однако, неправилен. В действительности, слово «азот», не существующее в греческом языке, взято из алхимического лексикона, где оно обозначало «философскую ртуть».
Названия сложных веществ (кислот, щелочей, солей и др.) были установлены как производные от простых тел. Названия кислот и солей видоизменялись (в окончаниях) в зависимости от степени окисления кислотообразующего элемента (сульфат, сульфит, сульфид и т. д.). Соли азотной кислоты, вопреки названию элемента, были названы нитратами.
В связи с новой номенклатурой в «Элементарном курсе» А. Лавуазье приведены классификационные таблицы кислот, солей и других соединений по степеням окисления кислотообразующих элементов. В приложении к «Химической номенклатуре» приведены предложенные химиками П. А. Аде (1763—1834) и Ж- А. Гассенфратцем (1755—1827) символы простых тел, не получившие, однако, признания.
Что касается самых простых тел, то в «Элементарном курсе» А. Лавуазье привел их список, выделив следующие четыре группы: ,
1. Простые вещества, представленные во всех трех царствах природы, которые можно рассматривать как элементы тел: свет, теплород, кислород, азот и водород.
2. Простые неметаллические вещества, окисляющиеся и дающие кислоты: сера, фосфор, уголь, радикал муриевой кислоты, радикал плавиковой кислоты, радикал буровой (борной) кислоты.
3. Простые металлические вещества, окисляемые и дающие кислоты: сурьма, серебро, мышьяк, висмут, кобальт, медь, олово, железо, марганец, ртуть, молибден, никель, золото, платина, свинец, вольфрам, цинк.
4. Простые вещества, солеобразующие и землистые: известь, магнезия, барит, глинозем, кремнезем.
В примечании к этой таблице А. Лавуазье отметил, что он не внес в список простых веществ «постоянные» (едкие) щелочи, поскольку эти вещества, по-видимому, сложного состава.
В таблице А. Лавуазье фигурирует 23 простых тела, 3 радикала2 кислот, 5 земель и 2 невесомых флюида. В таблице име
тся явные несообразности. Помимо внесения невесомых флюида, в ней фигурируют в качестве простых веществ «земли» и, конец, металлы отнесены в соответствии с общей теорией кис-£>т к числу кислотообразующих элементов. Эта таблица была рервой в истории науки попыткой' классификации простых тел.
«Элементарный курс химии» А. Лавуазье с прекрасно выполненными его женой (М. Лавуазье) иллюстрациями появился в 1789 г., почти одновременно с началом французской буржуазной ^революции. Появление этого курса собственно и ознаменовало •химическую революцию, на что указал в курсе сам А. Лавуазье. |Правда, еще оставалось немало противников новой химии, тй-|ких, как Дж. Пристлей, активно выступавших в защиту теории флогистона. Но число противников быстро уменьшалось. Так, ^'английский ученый-флогистик Р. Кирван (1733—1812) выпустил да 1787 г. книгу «Очерк о флогистоне и конституции кислот». А. Лавуазье и его соратники ответили на выход этой книги сле-Цдующим образом: книга Р. Кирвана была переведена на французский язык и издана с комментариями к каждой главе, написанными самим А. Лавуазье, К. Бертолле, Г. де Морво, А. Фурк-фуа и Г. Монжем. В этих комментариях все основные положения |Р. Кирвана подверглись уничтожающей критике. В конце кон-| цов он принужден был признать ошибочность своих взглядов и примкнул к кислородной теории в 1796 г. ц,/: Несмотря, однако, на возражения представителей теории фло-! гистона, принадлежащих к старшему поколению химиков, кислородная теория и построенная на ее основе новая химия одер-Д жали крупную победу. И все же нельзя сказать, что «химическая ^ революция» была завершена, как думал сам А. Лавуазье, выхо-дом «Элементарного курса химии». Новые воззрения были раз-виты и получили достаточно полное завершение последующим 4 поколением химиков лишь после внедрения в химию атоми-„г, стики.
