Революция в воздухе. Лавуазье. Современная химия. - Adela Paez

Мария, Антуан и один из помощников. Рельеф XIX века, автор Луи-Эрнест Барриа (музей изящных искусств Гренобля).

Прошло четыре года со того времени, как Мария и Антуан сыграли свадьбу. Детей у них не было, домашними делами занималась тетя Констанция, и Мария не испытывала недостатка во времени, продолжая помогать мужу. Она прилежно ассистировала ему в лаборатории и участвовала в дебатах по химии, которые там проходили. Для нее не составляло труда поддерживать такие разговоры, поскольку к занятиям английским языком и рисунком Мария добавила изучение химии. Сначала этой науке ее обучал супруг, но потом она получила более формальное образование в школах, а также с помощью уроков Буке, молодого помощника Лавуазье.

Лаборатория в Арсенале служила одновременно исследовательским центром и салоном, который посещали самые видные люди эпохи. Среди них были философ Жан-Жак Руссо, математики Жан Антуан де Кондорсе и Пьер Симон де Лаплас, главный редактор «Энциклопедии» Дени Дидро, химик Клод Луи Бертолле, американский политик и ученый Бенджамин Франклин, единственный человек, не носивший белый парик при дворе короля Людовика XVI.

Главным источником сведений о деятельности лаборатории являются рисунки Марии, запечатлевшие ее рабочий день; на одном из них изображен Лавуазье, его помощники и сама Мария, ведущая записи. Другой источник — рассказы тех, кто регулярно или периодически посещал эту лучшую на то время химическую лабораторию Европы, а значит и всего мира. В салоне говорили о философии, искусстве, музыке, театре и политике, но главной темой все же была наука. Лавуазье не просто так занимался оборудованием лаборатории, в которой он мог наиболее точно измерять любые показатели вещества, главным из которых была масса.

РИС. 4

Весы Лавуазье являлись самым ценным инструментом, именно благодаря им он проложил дорогу новой науке. В лаборатории Арсенала были стеклянные и металлические инструменты, печи и другие нагревательные устройства, позволявшие осуществлять любые процессы искусства, включая дистилляцию, окисление, разложение и соединение, описанные другими учеными. Эти операции производились с твердыми веществами, жидкостями или «воздухами», измеряемыми с помощью газометра. Самые важные инструменты, используемые в лаборатории, были нарисованы Марией, и их изображения появились в качестве иллюстраций в главном труде Лавуазье — «Элементарном курсе химии» (1789). А чтобы нарисовать все инструменты, потребовалась бы целая армия художников: при конфискации было насчитано более 13000 приборов...

Так же как было и с предыдущими службами Лавуазье, работа в Управлении порохов и селитр не заставила его забросить изучение химии, особенно с тех пор, как в его распоряжении появилась необыкновенная лаборатория. В течение 1776-1777 годов он продолжал заниматься опытами, которые должны были прояснить природу горения, и для этого Лавуазье много раз повторил эксперимент с получением кислорода из оксида ртути. Он получил известь, нагревая ртуть с помощью прибора, изображенного на рисунке 4 (стеклянная реторта, расположенная на конвенционной печи, содержащая ртуть; ее нижняя часть изогнута и входит в наполненный воздухом колпак). Это был самый известный опыт в истории химии, детально описанный апостериори в его «Элементарном курсе химии». В данном описании, фигурирующем в приложении, мы можем оценить ясность изложения Антуана и обилие деталей, то есть наличие всей необходимой информации для любого ученого, который бы собрался воспроизвести этот опыт. Его результаты схематично можно изложить следующим образом:

Ртуть + удобовдыхаемый воздух =

= оксид ртути.

Оксид ртути - то же количество удобовдыхаемого воздуха =

= ртуть.

Мы сегодня описываем эту реакцию так:

Ртуть + кислород = оксид ртути.

Оксид ртути = ртуть + кислород.

Или, используя усовершенствованные обозначения, предложенные Лавуазье:

Hg (жидкость) + O2 (газ) ↔ HgO (твердое вещество).

Кроме того, Лавуазье объяснил, что атмосфера, известная до этого как «обычный воздух», состоит из в высшей степени удобовдыхаемого воздуха и части, непригодной для дыхания, которая сегодня называется азотом.

В апреле 1777 года Антуан послал в Академию наук первый законченный вариант теории горения. В том же году он представил еще восемь отчетов, в которых описывал процесс образования извести и ее уменьшения в ходе образования металла. Оксид ртути был самым простым примером, демонстрировавшим реакцию, происходившую во время окисления металла и уменьшения извести (что соответствовало потере или приобретению флогистона), для этой реакции не нужен был уголь. Но, как его называли, «в высшей степени удобовдыхаемый воздух» наличествовал во всех «известях» (которые мы сегодня знаем как оксиды), бывших в то время предметом изучения и по большей части нуждавшихся в угле (источник флогистона), чтобы уменьшаться и образовывать металл. Данные работы ознаменовали начало конца теории флогистона.

[...] Сохранять только факты, которые являются истинными данными Природы и которые не могут обманывать; [...] искать истину только в череде опытов и наблюдений.

Антуан де Лавуазье

В 1778 году Лавуазье вынужден был много разъезжать, инспектируя работу заводов по производству пороха и источников селитры. Во время таких путешествий ему на глаза попадалось множество имений, и в одном из них, расположенном во Фрешине, возле Блуа, Антуан решил осуществить свой самый честолюбивый эксперимент по изучению методов улучшения животноводства и сельского хозяйства с помощью научного метода.

Учитывая это новое занятие, в 1778 году, когда Лавуазье купил имение во Фрешине, он представил в Академию наук только один отчет, связанный с изучением горения: описание состава «фиксируемого воздуха», открытого Блэком несколькими десятилетиями ранее и выделенного Пристли и другими учеными. Лавуазье неопровержимо заключил: раз извести (МО) состоят из металла (М) и удобовдыхаемого воздуха (О) и при нагревании извести с углем (С) они образуют металл и «фиксируемый воздух», то этот последний состоит из удобовдыхаемого воздуха и угля.

Более точно:

МО (твердое вещество) + С (твердое вещество) ↔

↔ М (твердое вещество) + СO2 (газ).

В ноябре 1779 года творческий гений Лавуазье развернулся в сторону лингвистики: он создал новое слово. Снова проанализировав результаты своего опыта, он обнаружил воздух, который образовывал все кислоты — кислоту серы, фосфора, угля и азота. Лавуазье решил придумать ему название, которое говорило бы о его способности образовывать кислоты. В итоге появилось слово «оксиген», состоящее из двух греческих корней: οξΰς («кислота») и γενής («рождаю»). Таким образом, оно означало «порождающий кислоту»[1 В русском языке используется слово «кислород», появившееся как калька термина «оксиген» (Примеч. ред.).].

В отличие от Пристли и Шееле, Лавуазье не работал с «соляной кислотой», также известной под названием «кислоты соли», морской кислоты или HCI по номенклатуре Лавуазье (Шееле использовал ее для получения хлора). Из-за этого он совершил ошибку при выборе названия для чистого воздуха: HCI доказывала, что его идея была ошибочна, так как, согласно ей, кислород необходим для образования кислоты. Но ошибка осталась без последствий: вскоре слово «оксиген» утвердилось во всех языках, на которых говорила наука. С этого момента не только химия, но и сама жизнь не могли обходиться без кислорода.

Существует несколько современных работ, которые проясняют происхождение данного понятия. Одна из них — театральная пьеса «Кислород» (2001) химиков Карла Джерасси и Роалда Хофмана, в которой рассказывается о полемике по поводу открытия кислорода, приписываемого Пристли, Лавуазье и Шееле.

Вскоре после смелого предложения слова «оксиген», гениальность которого со временем станет очевидной, в жизни Антуана произошло еще одно событие, на этот раз печальное. В 1781 году умерла его тетя Констанция Пунктис, женщина, заботившаяся о нем после смерти матери. О горе Лавуазье свидетельствует его письмо Бенджамину Франклину:

«Причина, оправдывающая мое опоздание, — такого рода, что, уверен, заслужит Вашего прощения. Я имел несчастие потерять свою тетю, которая стала мне второй матерью и к которой я был нежно привязан. Это грустное событие полностью поглотило меня, и я отложил многие дела».

Лавуазье, будучи членом Академии наук, участвовал в работе порядка сотни комиссий и занимался самыми разными вопросами. Так, в конце 1783 года он изучал аэростаты братьев Монгольфье, сконструированные ими из большого куска ткани. Аэростаты поднимались с помощью горячего воздуха — менее плотного, нежели холодный. Первый полет состоялся без экипажа.