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

Лавуазье стремился узнать точное соотношение между составляющими веществ, которые превращались одно в другое и должны были иметь очень похожий состав. Он хотел понять суть процесса, известного сегодня как «затвердевание» — когда белая мягкая масса превращается в твердое тело, пусть даже легкое и хрупкое. Результаты этой работы Лавуазье представил Академии наук в 1765 году. Это стало началом очень плодотворных отношений между исследователем и научным учреждением.

Первый доклад, который Лавуазье сделал в Академии наук, был посвящен парижскому, или штукатурному, гипсу. Ученого привлекли в этом материале любопытные формы кристаллов (симметричные соединения кристаллов-«близнецов») и то, что он мог превращаться в другие вещества под простым воздействием тепла или при контакте с водой.

Другой француз, Анри Ле Шателье (1850-1936), веком позже открыл, что химические соединения на основе гипса являются сульфатом кальция (CaSO4), который при нагреве теряет связанную с ним воду и меняет свойства, в том числе и твердость. Так, при участии двух молей воды и одного моля сульфата кальция получается гипс — одно из самых мягких веществ, которое, стоит его намочить, становится податливым и тягучим. Половина моля воды и один моль сульфата кальция образуют парижский гипс; стоит полностью избавиться от воды — и образуется ангидрид. В химических реакциях, описывающих превращение составляющих вещества в другие элементы, используется терминология, очень похожая на предложенную некогда Лавуазье. Эти реакции выглядят следующим образом:

CaSO4 • 2H2O+нагрев ↔ CaSO4 • ½H2O+1½H2O.

CaSO4 • ½Н2O + нагрев ↔ CaSO4 (ангидрит) + ½Н2O.

Селенит — разновидность гипса, образованная из прозрачных кристаллов.

Пока Лавуазье работал над исследованием гипса, результаты которого должен был представить в Академию наук, последняя организовала конкурс на лучший проект освещения города. Премия победителю составляла 2000 ливров. Несколько позднее внимание ученого также привлекла проблема снабжения города водой. Хотя целью этих проектов было решение технических проблем, Лавуазье не переставал думать о связанных с ними явлениях — горении и природе воды. Предложения Лавуазье по освещению и обеспечению водой большого города не были приняты. Однако знания, которые он получил во время этой работы, заложили основы, позволившие ему впоследствии сделать химию отдельной наукой.

Лавуазье взялся за проект освещения с энергией и решительностью, присущими всем его исследованиям. Он начал с изучения видов освещения того времени — масляных ламп и свечей. Ученый также изучил эффективность используемых предметов и материалов, каждый раз пытаясь найти лучшее соотношение стоимости и качества. Для точного определения этого соотношения он закрылся на шесть недель в абсолютно темной комнате, чтобы глаза смогли различать самые незначительные нюансы интенсивности света. Хотя в ходе этого оригинального и точного исследования Лавуазье получил выдающиеся результаты, премию ему не вручили: по мнению комиссии, это было бы слишком большой честью для столь молодого человека.

Академия наук была основана в 1666 году Жаном-Батистом Кольбером, министром Людовика XIV, по образцу научных учреждений других стран — главным образом по образцу Лондонского королевского общества. Она должна была способствовать развитию и прогрессу науки и выполнять консультативные функции при правительстве.

Но, как и для всех учреждений, созданных в царствование Короля-Солнца, истинным ее призванием являлось восхваление монархии. Однако собранные в Академии наук исключительные знания позволили ей находиться на расстоянии от придворных интриг, и скоро она превратилась в одно из самых уважаемых научных учреждений Европы. В 1699 году Людовик XIV снабдил ее первым уставом, согласно которому академики назначались королем по предложению Академии, и предоставил ей помещение в Лувре. В Академию наук входили, в порядке важности, 12 почетных членов, избираемых из знати, 18 действительных членов, 12 членов-корреспондентов и 12 адъюнктов, пропорционально разделенных по областям знаний: геометрия, астрономия, механика, анатомия, химия и ботаника. Такой была Академия наук, когда в 1766 году 25-летний Лавуазье вступил в нее в самом скромном ранге — адъюнкта. Он получил право присутствовать на заседаниях по средам и субботам с 15.00 до 17.00, и, кроме того, Лавуазье с самого начала вошел в многочисленные комитеты, по результатам работы которых он написал множество отчетов. Его научная жизнь стала украшением Академии, Лавуазье являлся важным ее членом вплоть до 8 августа 1793 года, когда Национальный Конвент упразднил академии. Позднее Конституцией 1795 года был создан Институт Франции, который объединил в себе все академии.

Визит Людовика XIV в Академию в 1671 году, гравюра Себастьяна Леклерка.

В конечном итоге конкурс выиграла компания, которая и должна была заняться освещением города. Но все же работу Лавуазье оценили: король Людовик XV пожаловал ему золотую медаль. Антуану ее вручил президент Академии во время торжественной церемонии в апреле 1766 года, незадолго до 23-го дня рождения ученого. Растущая страсть Лавуазье к науке и публичное признание его работы вдохновили его на попытку стать членом Академии. Его кандидатуру отклонили, однако было очевидно, что принятие Антуана в ряды этой организации — только вопрос времени. И действительно, ему пришлось подождать всего лишь два года до осуществления своей мечты — стать членом самого престижного научного учреждения Франции.

Получив медаль, Антуан вернулся к геологическим работам с Геттаром, проект которого уже получил официальную поддержку правительства. Во время поездок по северу и востоку Франции Лавуазье мог не только собирать данные, но и любоваться пейзажами, а также достопримечательностями посещаемых им городов, позднее рассказывая обо всех своих наблюдениях отцу и тетке. Он также напрямую общался с городскими жителями и представителями разных учреждений. Но самое главное — эти поездки позволили ему осознать свое истинное призвание.

Что представляла собой химия, когда ею увлекся Лавуазье? Согласно определению, данному одним из самых уважаемых химиков того времени, немецким ученым Георгом Эрнстом Шталем (1659-1734), это «искусство разложения разными способами составных тел». Химия тогда считалась не наукой, а искусством. С другой стороны, неясным оставался и предмет ее изучения, поскольку еще не было дано определение составных тел или соединений, образованных из разных элементов, — в том смысле, в каком мы понимаем это сегодня. В то время понятие элемента было напрямую связано с определением, данным греками Эмпедоклом (V в. до н.э.) и Аристотелем (IV в. до н.э.)

Эти философы утверждали, что материя состоит из четырех стихий: огня, земли, воздуха и воды. В Древнем Китае предлагали похожую классификацию: в ней также присутствовали огонь, вода и земля, однако воздух был заменен металлом и деревом. Как древнегреческие, так и древнекитайские философы считали, что все вещества состоят из разных пропорций этих четырех или пяти элементов. Не только категория или предмет изучения химии оставались неясными. Само название этой науки являлось предметом споров, так как химия была ответвлением алхимии — одновременно и ее наследницей, и ее заложницей. Любопытно, что слово «алхимия» происходит от арабского al-kimiya, которое, в свою очередь возникло от греческого κνμεια (quimia), означающего «смешивание соков».

За век до рождения Лавуазье, благодаря рационалистическим усилиям Исаака Ньютона (1642-1727), исследователи, интересовавшиеся химией, попытались отделиться от алхимии, с которой у них были общие инструменты и методы. Возможно, они не знали, что и сам Ньютон был восторженным алхимиком. В самом расцвете своей карьеры английский ученый проводил больше времени у печей своей лаборатории, нежели за написанием изменивших мир «Математических начал...». Его друг Роберт Бойль (1627-1691) разделял страсть Ньютона к алхимии, являясь наследником итальянского алхимика Бернарда ле Тревизана (1406-1490) и большим поклонником швейцарского врача Парацельса (1493-1541). В те времена, когда Бойль и Ньютон обменивались письмами, полными зашифрованных описаний химических процессов, алхимия была философской системой, которая искала метод получения эликсира бессмертия и богатства с помощью философского камня, способного превращать любое вещество в золото.