Саксонца Георгия Агриколу называют «отцом металлургии». Он был современником Бирингуччо и в некотором роде его последователем. По образованию — врач, по призванию — учёный, оставивший заметный след в минералогии, горном деле и металлургии.
В молодости Агрикола сполна отдал дань «золотоискательским» увлечениям. Да и потом не отказывался от самой идеи, но со всей определённостью химика-практика отвергал схоластику, невежество и хвастовство, которыми эта идея густо обросла. Он писал: «…хотя повсюду имелось и имеется так много этих химиков (алхимиков), и все они денно и нощно напрягают свои силы, чтобы получить возможность накопить великие груды золота и серебра, утверждения эти, естественно, вызывают сомнения… ибо если бы они действительно усвоили таковые, то… давно наполнились бы города золотом и серебром. Их суесловие изобличают также книги, которые они подписывают именами Платона, Аристотеля и других философов, чтобы эти славные имена в заголовках их книг придавали последним в глазах простых людей видимость учёности».
Главный труд Агриколы «12 книг о металлах», любовно изданный, превосходно иллюстрированный, пользовался широкой популярностью, был в сущности своеобразной энциклопедией для металлургов в течение долгого времени.
Ещё определённее выразил своё отношение к алхимии Бернар Палисси, с именем которого связано раскрытие секрета технологии фаянса и цветных глазурей. Он был против каких бы то ни было умозрительных спекуляций и признавал только опыт и наблюдение. «Я не имел иной книги, кроме неба и земли, которая известна каждому, и каждый может узнать и прочесть эту прекрасную книгу».
У алхимии всегда были скептически настроенные противники, но отношение к ней и Агриколы, и тем более Палисси — это уже тенденция, наметившаяся в XVI в. и окрепшая в следующем столетии, что, как уже говорилось, отнюдь не означает полного исчезновения приверженцев алхимических воззрений.
Всё более и более становились смешными в глазах современников поиски философского камня, язык и символика алхимических сочинений, но время коренного пересмотра идеи трансмутации ещё не пришло.
Провозвестником нового понимания задач науки выступил английский философ-материалист и государственный деятель Фрэнсис Бэкон. Целью науки, считал он, является увеличение власти человека над природой путём достижения истинных причин явлений, т. е. как раз тем путём, который был неведом алхимикам. Не дедукция, которая позволяла учёному строить свою систему из собственных же понятий, как паук ткёт паутину, а индукция, основанная на аналитическом понимании эксперимента, — вот истинный метод познания природы.
Лондонское Королевское общество, основателями которого были такие учёные, как Роберт Гук, Роберт Бойль и Исаак Ньютон, своим девизом избрало стих римского поэта Горация: «Я не буду следовать рабски словам учителя».
«Химики, — писал Роберт Бойль, — до сих пор руководствовались чересчур узкими принципами, не требовавшими особенно широкого умственного кругозора; они усматривали свою задачу в приготовлении лекарств, в извлечении и приготовлении металлов. Я смотрю на химию с совершенно другой точки зрения; я смотрю на неё не как врач, не как алхимик, а как должен смотреть на неё философ. Если бы люди принимали успехи истинной науки ближе к сердцу, нежели свои личные интересы, тогда можно было бы легко доказать им, что они оказывали бы миру величайшие услуги, если бы посвятили все свои силы производству опытов, собиранию наблюдений и не устанавливали бы никаких теорий, не проверивши предварительно их справедливости путём опытным».
Важнейшим печатным трудом Бойля была его книга, названием которой он выражал поставленную перед наукой задачу — «Скептический химик».
Заслуги Бойля в развитии науки огромны, и некоторые историки охарактеризовали его как основателя современной химии. «Я привык рассматривать мнения, как монеты… — признавался Бойль, — я обращаю гораздо меньше внимания на имеющуюся на ней надпись, чем на то, из какого металла она сделана… Если после тщательного исследования я нахожу, что она хороша, то тот факт, что она долгое время и многими принималась не за настоящую, не заставит меня отвергнуть её. Если же я нахожу, что она фальшивая, то ни изображение и подпись монарха, ни возраст её, ни число рук, через которые она прошла, не заставят меня принять её…»
«Скептический химик» имел знаменательный подзаголовок: «Химико-физические сомнения и парадоксы, касающиеся основных положений, выставляемых большинством алхимиков». Бойля не удовлетворили ни аристотелевские начала-стихии, ни первоначала алхимиков. Элементов гораздо больше, и они не продукты, созданные умозрительно, не таинственные, а чисто материальные вещества, тела, которые не могут быть химическим анализом разложены на более простые. Сколько их? Это надо установить экспериментальным путём. Каковы они? Это тоже будет выяснено опытом, когда то или иное тело будет разложено до конца и полученные продукты изучены.
Подобные мысли высказал до Бойля гамбургский ученый Иохим Юнгиус, но он дальше рассуждений не пошёл и ничего не предпринял для нахождения первичных элементов. Бойль же, можно сказать, раскрепостил химию, вывел её за рамки трёх-четырёх первоначал. В «Диалектике природы» Ф.Энгельса значение работ английского учёного охарактеризовано следующими словами: «Бойль делает из химии науку».
Чтобы объяснить, как химические элементы образуют сложные тела, Бойль обратился к атомистике древних.
И вот тут нам пришло время вернуться к спору, который вели между собой греческие мудрецы о непрерывности и прерывности стихий.
Сторонники прерывности Левкипп (ок. 500–440 гг. до н. э.), Демокрит (ок. 460–370 гг. до н. э.), Эпикур (341–270 гг. до н. э.) утверждали, что материя состоит из отдельных, невидимых, неощутимых и более неделимых частичек — атомов. Справедливости ради следует сказать, что мысли на этот счёт были высказаны ещё раньше древнеиндийскими философами, творцами философских систем ньяя и вайшешика, но именно греки придали этим намёткам атомистики форму учения о дискретном строении веществ.
По мнению Демокрита (и его учителя Левкиппа), вокруг нас — пустота, в ней движутся атомы. Сталкиваясь между собой, атомы образуют «все… сложные (тела) и наши тела, и их состояния и ощущения». Атомы могут соединяться по-разному в зависимости от своей формы и расположения в пространстве. Форма же атомов в основном определяет свойства образующихся веществ и их взаимодействие между собой.
Эпикур развил и дополнил взгляды своих великих предшественников. Важно отметить два основных положения Эпикура. Первое. Он считал, что атомы движутся в пустоте не «вообще» — для них возможны три вида движения: в результате столкновений, под действием силы тяжести и самопроизвольного (спонтанного) отклонения от прямолинейного движения. Это положение Эпикура расширяет возможность столкновений, т. е. взаимодействий атомов и, стало быть, точнее обусловливает многообразие веществ и их свойств. Второе. Эпикур ввёл такую важную физическую характеристику атома, как его вес (масса). Правда, нам тут же следует оговориться: масса атома, придуманная Эпикуром (именно придуманная, потому что, как и античное учение об элементах-стихиях, античная атомистика была в основном плодом умозрительных размышлений), — это совсем не та масса, которая экспериментально установлена и математически рассчитана современной физикой.
Атомистика древних греков по самому духу своему была материалистична и атеистична. Она отрицала власть богов над миром, признавала вечными материю и движение. Как говорил Гегель, «естествознание в атомистике впервые чувствует себя освобождённым от необходимости указать основание существования мира». Не случайно атомистика оказалась одним из неприемлемых и гонимых учений. И не случайно же, по-видимому, сочинения древних атомистов не дошли до нас полностью. Так, например, о взглядах Эпикура мы узнали главным образом благодаря великому просветителю, поэту и философу Рима Лукрецию Кару (ок. 99–55 гг. до н. э.) и его поэме «О природе вещей». Атомистику преследовали и в эпоху эллинизма, когда начали процветать идеалистические философские школы, её искореняли и в средние века, когда воцарилось христианство и за приверженность к атомистике можно было легко угодить на костёр, как Джордано Бруно.
Но никогда атомистическое учение не исчезало из поля зрения естествоиспытателей. В средние века оно лишь на время отступило, оттеснённое учением Аристотеля. Учение Аристотеля было сильнее не только потому, что его поддерживала всесильная церковь, но и потому ещё, что оно было более «наглядным». Видел кто-нибудь атом? Никто! Да и невозможно было понять, как это из невидимых, неосязаемых частичек могут образовываться вещества, которые различаются цветом, запахом, плотностью и многим другим. А стихии-элементы объясняли это просто и доступно, потому что каждая стихия уже несла в себе свойство.
И вот теперь Бойль, вслед за Ф.Бэконом и П.Гассенди, обратился к атомистике и предпринял первую попытку на её основе объяснить понятие «элемент». Элементами Бойль назвал «корпускулы первого рода» (с оговоркой можно соотнести с современным определением молекулы), которые сами состоят из более мелких частиц материи (им Бойль названия не дал, но совершенно очевидно, что это атомы). Все химические превращения Бойль объяснял соединением и разъединением корпускул-элементов (по какой причине — не ясно!), каждая из которых «может быть выделена в первоначальном виде». Такими «первоначальными» элементами для него были известные к тому времени металлы, в первую очередь, конечно, золото и серебро. О существовании других элементов он ничего определённого сказать не мог — его время ещё не располагало необходимым для такого вывода теоретическим и экспериментальным материалом. Ещё не было объективных оценок веществ с точки зрения их химической простоты или сложности. Да и самому Бойлю не дано было полностью освободиться от груза традиции. Его можно сравнить с человеком, вступившим на первую, самую нижнюю ступень крутой лестницы. Куда она приведёт — неизвестно, а вот на каком она основании покоится — видно хорошо. Основание — алхимическое представление об универсальной материи, из которой состоят все тела, и вытекающее из этого представления убеждение, что «один вид металла может быть превращён в другой».
Сторонники идеи трансмутации металлов могли быть спокойны: их возлюбленной идее возрождение атомистики пока ничем не угрожало. И Бойль, и его великий современник Ньютон, принявший участие в разработке корпускулярной теории, ставили под сомнение не идею, а её «вульгарное» обоснование. Они сделали первый, но достаточно большой шаг к очищению химии и от алхимической зауми, и от алхимических чудес.
XVII в. — это век торжествующей механики. Она бралась объяснять решительно всё — от движения планет до взаимодействия корпускул. «Части всех однородных твёрдых тел, вполне прикасающиеся друг к другу, сцепляются очень сильно вместе, — пишет в своей работе «Оптика» Ньютон. — Для объяснения этого некоторые изобрели атомы с крючками… другие — что частицы связаны согласованными движениями, т. е. относительным покоем между ними. Я бы, скорее, заключил из сцепления частиц о том, что они притягивают одна другую с некоторой силой, которая очень велика при непосредственном соприкосновении и производит на малых расстояниях вышеупомянутые химические действия…»
Рождение и смерть флогистона
И снова таинственный атом
В молодости Агрикола сполна отдал дань «золотоискательским» увлечениям. Да и потом не отказывался от самой идеи, но со всей определённостью химика-практика отвергал схоластику, невежество и хвастовство, которыми эта идея густо обросла. Он писал: «…хотя повсюду имелось и имеется так много этих химиков (алхимиков), и все они денно и нощно напрягают свои силы, чтобы получить возможность накопить великие груды золота и серебра, утверждения эти, естественно, вызывают сомнения… ибо если бы они действительно усвоили таковые, то… давно наполнились бы города золотом и серебром. Их суесловие изобличают также книги, которые они подписывают именами Платона, Аристотеля и других философов, чтобы эти славные имена в заголовках их книг придавали последним в глазах простых людей видимость учёности».
Главный труд Агриколы «12 книг о металлах», любовно изданный, превосходно иллюстрированный, пользовался широкой популярностью, был в сущности своеобразной энциклопедией для металлургов в течение долгого времени.
Ещё определённее выразил своё отношение к алхимии Бернар Палисси, с именем которого связано раскрытие секрета технологии фаянса и цветных глазурей. Он был против каких бы то ни было умозрительных спекуляций и признавал только опыт и наблюдение. «Я не имел иной книги, кроме неба и земли, которая известна каждому, и каждый может узнать и прочесть эту прекрасную книгу».
У алхимии всегда были скептически настроенные противники, но отношение к ней и Агриколы, и тем более Палисси — это уже тенденция, наметившаяся в XVI в. и окрепшая в следующем столетии, что, как уже говорилось, отнюдь не означает полного исчезновения приверженцев алхимических воззрений.
Всё более и более становились смешными в глазах современников поиски философского камня, язык и символика алхимических сочинений, но время коренного пересмотра идеи трансмутации ещё не пришло.
Провозвестником нового понимания задач науки выступил английский философ-материалист и государственный деятель Фрэнсис Бэкон. Целью науки, считал он, является увеличение власти человека над природой путём достижения истинных причин явлений, т. е. как раз тем путём, который был неведом алхимикам. Не дедукция, которая позволяла учёному строить свою систему из собственных же понятий, как паук ткёт паутину, а индукция, основанная на аналитическом понимании эксперимента, — вот истинный метод познания природы.
Лондонское Королевское общество, основателями которого были такие учёные, как Роберт Гук, Роберт Бойль и Исаак Ньютон, своим девизом избрало стих римского поэта Горация: «Я не буду следовать рабски словам учителя».
«Химики, — писал Роберт Бойль, — до сих пор руководствовались чересчур узкими принципами, не требовавшими особенно широкого умственного кругозора; они усматривали свою задачу в приготовлении лекарств, в извлечении и приготовлении металлов. Я смотрю на химию с совершенно другой точки зрения; я смотрю на неё не как врач, не как алхимик, а как должен смотреть на неё философ. Если бы люди принимали успехи истинной науки ближе к сердцу, нежели свои личные интересы, тогда можно было бы легко доказать им, что они оказывали бы миру величайшие услуги, если бы посвятили все свои силы производству опытов, собиранию наблюдений и не устанавливали бы никаких теорий, не проверивши предварительно их справедливости путём опытным».
Важнейшим печатным трудом Бойля была его книга, названием которой он выражал поставленную перед наукой задачу — «Скептический химик».
Заслуги Бойля в развитии науки огромны, и некоторые историки охарактеризовали его как основателя современной химии. «Я привык рассматривать мнения, как монеты… — признавался Бойль, — я обращаю гораздо меньше внимания на имеющуюся на ней надпись, чем на то, из какого металла она сделана… Если после тщательного исследования я нахожу, что она хороша, то тот факт, что она долгое время и многими принималась не за настоящую, не заставит меня отвергнуть её. Если же я нахожу, что она фальшивая, то ни изображение и подпись монарха, ни возраст её, ни число рук, через которые она прошла, не заставят меня принять её…»
«Скептический химик» имел знаменательный подзаголовок: «Химико-физические сомнения и парадоксы, касающиеся основных положений, выставляемых большинством алхимиков». Бойля не удовлетворили ни аристотелевские начала-стихии, ни первоначала алхимиков. Элементов гораздо больше, и они не продукты, созданные умозрительно, не таинственные, а чисто материальные вещества, тела, которые не могут быть химическим анализом разложены на более простые. Сколько их? Это надо установить экспериментальным путём. Каковы они? Это тоже будет выяснено опытом, когда то или иное тело будет разложено до конца и полученные продукты изучены.
Подобные мысли высказал до Бойля гамбургский ученый Иохим Юнгиус, но он дальше рассуждений не пошёл и ничего не предпринял для нахождения первичных элементов. Бойль же, можно сказать, раскрепостил химию, вывел её за рамки трёх-четырёх первоначал. В «Диалектике природы» Ф.Энгельса значение работ английского учёного охарактеризовано следующими словами: «Бойль делает из химии науку».
Чтобы объяснить, как химические элементы образуют сложные тела, Бойль обратился к атомистике древних.
И вот тут нам пришло время вернуться к спору, который вели между собой греческие мудрецы о непрерывности и прерывности стихий.
Сторонники прерывности Левкипп (ок. 500–440 гг. до н. э.), Демокрит (ок. 460–370 гг. до н. э.), Эпикур (341–270 гг. до н. э.) утверждали, что материя состоит из отдельных, невидимых, неощутимых и более неделимых частичек — атомов. Справедливости ради следует сказать, что мысли на этот счёт были высказаны ещё раньше древнеиндийскими философами, творцами философских систем ньяя и вайшешика, но именно греки придали этим намёткам атомистики форму учения о дискретном строении веществ.
По мнению Демокрита (и его учителя Левкиппа), вокруг нас — пустота, в ней движутся атомы. Сталкиваясь между собой, атомы образуют «все… сложные (тела) и наши тела, и их состояния и ощущения». Атомы могут соединяться по-разному в зависимости от своей формы и расположения в пространстве. Форма же атомов в основном определяет свойства образующихся веществ и их взаимодействие между собой.
Эпикур развил и дополнил взгляды своих великих предшественников. Важно отметить два основных положения Эпикура. Первое. Он считал, что атомы движутся в пустоте не «вообще» — для них возможны три вида движения: в результате столкновений, под действием силы тяжести и самопроизвольного (спонтанного) отклонения от прямолинейного движения. Это положение Эпикура расширяет возможность столкновений, т. е. взаимодействий атомов и, стало быть, точнее обусловливает многообразие веществ и их свойств. Второе. Эпикур ввёл такую важную физическую характеристику атома, как его вес (масса). Правда, нам тут же следует оговориться: масса атома, придуманная Эпикуром (именно придуманная, потому что, как и античное учение об элементах-стихиях, античная атомистика была в основном плодом умозрительных размышлений), — это совсем не та масса, которая экспериментально установлена и математически рассчитана современной физикой.
Атомистика древних греков по самому духу своему была материалистична и атеистична. Она отрицала власть богов над миром, признавала вечными материю и движение. Как говорил Гегель, «естествознание в атомистике впервые чувствует себя освобождённым от необходимости указать основание существования мира». Не случайно атомистика оказалась одним из неприемлемых и гонимых учений. И не случайно же, по-видимому, сочинения древних атомистов не дошли до нас полностью. Так, например, о взглядах Эпикура мы узнали главным образом благодаря великому просветителю, поэту и философу Рима Лукрецию Кару (ок. 99–55 гг. до н. э.) и его поэме «О природе вещей». Атомистику преследовали и в эпоху эллинизма, когда начали процветать идеалистические философские школы, её искореняли и в средние века, когда воцарилось христианство и за приверженность к атомистике можно было легко угодить на костёр, как Джордано Бруно.
Но никогда атомистическое учение не исчезало из поля зрения естествоиспытателей. В средние века оно лишь на время отступило, оттеснённое учением Аристотеля. Учение Аристотеля было сильнее не только потому, что его поддерживала всесильная церковь, но и потому ещё, что оно было более «наглядным». Видел кто-нибудь атом? Никто! Да и невозможно было понять, как это из невидимых, неосязаемых частичек могут образовываться вещества, которые различаются цветом, запахом, плотностью и многим другим. А стихии-элементы объясняли это просто и доступно, потому что каждая стихия уже несла в себе свойство.
И вот теперь Бойль, вслед за Ф.Бэконом и П.Гассенди, обратился к атомистике и предпринял первую попытку на её основе объяснить понятие «элемент». Элементами Бойль назвал «корпускулы первого рода» (с оговоркой можно соотнести с современным определением молекулы), которые сами состоят из более мелких частиц материи (им Бойль названия не дал, но совершенно очевидно, что это атомы). Все химические превращения Бойль объяснял соединением и разъединением корпускул-элементов (по какой причине — не ясно!), каждая из которых «может быть выделена в первоначальном виде». Такими «первоначальными» элементами для него были известные к тому времени металлы, в первую очередь, конечно, золото и серебро. О существовании других элементов он ничего определённого сказать не мог — его время ещё не располагало необходимым для такого вывода теоретическим и экспериментальным материалом. Ещё не было объективных оценок веществ с точки зрения их химической простоты или сложности. Да и самому Бойлю не дано было полностью освободиться от груза традиции. Его можно сравнить с человеком, вступившим на первую, самую нижнюю ступень крутой лестницы. Куда она приведёт — неизвестно, а вот на каком она основании покоится — видно хорошо. Основание — алхимическое представление об универсальной материи, из которой состоят все тела, и вытекающее из этого представления убеждение, что «один вид металла может быть превращён в другой».
Сторонники идеи трансмутации металлов могли быть спокойны: их возлюбленной идее возрождение атомистики пока ничем не угрожало. И Бойль, и его великий современник Ньютон, принявший участие в разработке корпускулярной теории, ставили под сомнение не идею, а её «вульгарное» обоснование. Они сделали первый, но достаточно большой шаг к очищению химии и от алхимической зауми, и от алхимических чудес.
XVII в. — это век торжествующей механики. Она бралась объяснять решительно всё — от движения планет до взаимодействия корпускул. «Части всех однородных твёрдых тел, вполне прикасающиеся друг к другу, сцепляются очень сильно вместе, — пишет в своей работе «Оптика» Ньютон. — Для объяснения этого некоторые изобрели атомы с крючками… другие — что частицы связаны согласованными движениями, т. е. относительным покоем между ними. Я бы, скорее, заключил из сцепления частиц о том, что они притягивают одна другую с некоторой силой, которая очень велика при непосредственном соприкосновении и производит на малых расстояниях вышеупомянутые химические действия…»
Рождение и смерть флогистона
Человек давно связал свою судьбу с огнём. Настолько тесно, что с точки зрения взаимоотношений человека и огня можно посмотреть даже на всю историю земной цивилизации. Огонь — это тепло в жилище. Это переход со звериного на человеческий способ питания. Это замена дубины и камня орудиями труда из металла…
Роль огня становилась всё значительнее и всё разнообразнее, а сам он долгое время оставался таинственным и непознанным. До поры до времени это не очень беспокоило, хотя, конечно, о его природе задумывались всегда.
Рост промышленности и металлургического производства, особенно заметный, как уже отмечалось, с XVI–XVII вв., понуждал заняться этим вплотную. Надо было понять, почему, к примеру, так много теряется металла на окалину; почему вес его увеличивается при нагревании. И вообще, что такое горение?
История открытия химических элементов и создания научной теории горения богата фактами, подтверждающими одну парадоксальную мысль, высказанную современным учёным Джоном Берналом: сделать открытие проще, чем понять, что оно сделано.
Вот кислород. Этот элемент вполне мог появиться уже в VIII в. Сведения о нём — косвенные, разумеется, — есть в трактате китайского алхимика Мао Хао. Китайцы знали «деятельное начало», входящее в состав воздуха, и называли его «йын». В XV в. следы кислорода можно обнаружить в трудах Леонардо да Винчи. Потом они снова теряются — до XVII в., когда голландец Дребелль изобретает подводную лодку и очень скоро убеждается, что обычного воздуха для дыхания в ней хватает ненадолго. И он использует селитру, чтобы её кислородом обогатить воздух в подводной лодке. Но этот факт остался незамеченным.
Или возьмём хлор. Трудно поверить, чтобы алхимики с ним ни разу не сталкивались, прокаливая поваренную соль с медным купоросом и квасцами. Алхимикам было не до него. Золото — вот что их интересовало. Да и как поймать и исследовать то, что поймать невозможно: формы оно не имеет и обладает «летучестью»? Первым, кто обратил внимание на эти «летучие» вещества, был знакомый нам Ван-Гельмонт, давший «летучим веществам» название — газы. Однако Ван-Гельмонт тут же предупреждает: газы «нельзя собрать ни в какой сосуд и нельзя сделать видимым телом».
Вряд ли был на свете такой алхимик, который не знал бы, что для горения нужен обычный воздух и что обжиг металла (тогда это называлось кальцинацией) сродни сгоранию дров в камине. Но за разъяснением этих явлений в силу традиции обращались к аристотелевым первоэлементам и к своим алхимическим принципам. Горение представлялось распадом вещества с выделением воздуха. Стало быть, кальцинация — это тоже распад металла.
В XVII в. эта точка зрения стала подвергаться сомнению. В 1673 г. Р.Бойль опубликовал работу «Новые эксперименты о том, как сделать огонь и пламя стойкими и весомыми». В ней он приходит к выводу, что увеличение веса металлов при прокаливании происходит в результате прилипания к нему «огненной материи», которую выделяет горящий уголь.
Чуть раньше, в 1665 г., соотечественник Бойля — Роберт Гук, начинавший у него ассистентом свою научную карьеру, в сочинении «Микрография» предложил, не называя кислорода, иную теорию горения. В воздухе, по мнению Гука, находится вещество, которое в связанном состоянии содержится в селитре (вспомним Дребелля!). Это вещество при высокой температуре растворяет горючие материалы и получается огонь.
И совсем уже незадолго до выхода книги Бойля ещё один его соотечественник, Джон Майов, выпустил на латинском языке трактат «О селитре и воздушном спирте селитры», в котором растворитель Гука был назван «воздушным спиртом». Горение, считал Майов, — это соединение «серных частиц» (дань алхимическому началу сере) с «воздушными огненными частицами»; они-то и увеличивают вес металла при кальцинации. Свою точку зрения Майов доказал опытами, которые стали хрестоматийными. Он погружал в воду стеклянный колокол и зажигал под ним серу, «воздушные огненные частицы» выгорали, общий объем воздуха под колоколом становился меньше, вода поднималась, а горение прекращалось. Если под колокол поместить мышь, горение прекратится еще раньше. Вывод: «воздушные частицы» одинаково нужны и для горения, и для дыхания.
Майов был не только химик, но и врач. И как врач высказал мысли, поразительные для того времени. «Воздушный спирт», считал он, поглощается лёгкими и кровью человека, при этом выделяется тепло, а кровь меняет цвет: тёмная венозная становится ярко-красной артериальной.
И всё-таки первая общая теория горения возникла на основе старых представлений о горении как о процессе, в котором происходит распад, а не соединение веществ. Её творцом был немецкий врач и химик Георг Эрнст Шталь (1660–1734), профессор Йенского университета. В разработке теории он опирался на учение своего предшественника И.И.Бехера о трёх землях и воде — «составных частях всех смешанных тел». Связь этого учения с алхимическими (натрохимическими) воззрениями несомненна. Есть, однако, и существенное отличие. Земля и вода Бехера — материальны, в то время как алхимики, следуя за Аристотелем, обозначали подобными понятиями абстрагированные стихии-качества. Первая земля, по Бехеру, сообщает смешанным телам «телесность, субстанцию и сущность»; вторая придаёт им «консистенцию, цвет, вкус», а третья — «форму, проницаемость, запах, блеск, свечение и т. д.».
Шталь, придерживаясь бехеровской классификации составных частей смешанных тел, вторую землю назвал флогистоном (от греческого флогистос — огонь, воспламеняющийся). Флогистон, по Шталю, — «горючая субстанция, или способное производить огонь начало, — не только нечто действительное, но и нечто телесное». Когда вещество горит, горючая субстанция «улетучивается», оставляя после себя дефлогистированную массу, а пламя — вихреобразное движение этой субстанции в воздухе.
Флогистонная теория сыграла двоякую роль. С одной стороны, она сблизила и объединила окончательно типичные процессы горения с явлениями, наблюдавшимися при обжиге и кальцинировании (окислении) металлов. А с другой, она же стимулировала поиск подлинно научных объяснений этих явлений.
И раньше не раз бывало, что исходные неверные, ненаучные воззрения приводили к открытиям естественнонаучного характера. Флогистон наиболее разительный в этом смысле пример. Химия, по оценке Ф.Энгельса, «…освободилась от алхимии посредством флогистонной теории». Стремясь поймать эту неуловимую «телесную субстанцию» и тем самым доказать справедливость теории, её сторонники успешно рыли ей могилу. На это ушёл почти весь XVIII в.
Трудности у теории начались сразу же. Как же так: если флогистон — это улетучивающаяся «телесная субстанция», то почему вес металла при обжиге не уменьшается, а увеличивается? Флогистон не имеет веса, отвечали сторонники теории. «Телесная субстанция» не имеет веса? — удивились скептики. У неё «отрицательный» вес — нашёлся ученик Шталя Иоганн Юнкер. Хотя никто никогда не видел материальных веществ с отрицательным весом, тем не менее флогистонную теорию признали многие крупные учёные. Более того, изобретались наглядные представления об отрицательном весе флогистона. Француз Гитон де Морво писал: «Приведём в равновесие на весах под водой два свинцовых шара приблизительно одного веса; затем к одной чашке весов подвесим кусок пробки… тогда эта чашка со свинцовым шаром поднимется вверх… несмотря на то, что вес её, очевидно, увеличился. Подобное же происходит при горении, только здесь взвешивание происходит в воздухе…»
Российский академик Михайло Ломоносов в 1756 г. обжигал металлы в запаянной колбе, сравнивал её вес до обжига и после него, и эти опыты убедили его в том, что «славного Роберта Бойля мнение ложно…», потому что вес колбы не изменялся. Он менялся только при обжиге на открытом воздухе. Стало быть, никакой «огненной материи», прилипающей к металлу, нет. А ещё раньше, в 1744 г., в диссертации «Размышления о причине теплоты и холода» Ломоносов высмеял «огненную материю», которая то входит в поры тел, «как бы привлекаемая каким-то приворотным зельем», то бурно покидает их, «как бы объятая ужасом».
Теплоту Ломоносов понимал как движение материальных частиц и впервые отчётливо показал, из чего состоят окружающие нас тела. По его мнению, тела состоят из «первичных корпускул», которые в свою очередь «есть собрание элементов…» А «элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших и отличающихся от него тел».
Относительно флогистона Ломоносов придерживался мнения, что он существует и представляет собой «горючий воздух», «горючий пар», выделяющийся «при растворении какого-либо неблагородного металла, особенно железа, в кислотных спиртах…» Мы знаем теперь, что «горючий пар», выделяющийся при этих реакциях, — это водород.
Судьбу флогистонной теории решили многочисленные экспериментальные данные, накопленные к концу XVIII в. Окончательный приговор ей вынес француз Антуан Лоран Лавуазье (1743–1794).
Правда, дело обстоит гораздо сложнее, чем кажется на первый взгляд. Существует мнение, что Лавуазье ничего сам не сделал, а лишь присвоил себе чужие открытия, прежде всего шведа Шееле и англичанина Пристли, открывших кислород. Как в этом разобраться?
Карл Вильгельм Шееле (1742–1786) даже среди сторонников Шталя выделялся своей ортодоксальностью, но он был прирождённый экспериментатор. За свою короткую жизнь на простейшем оборудовании, преодолевая отчаянную нужду и болезнь, успел сделать невероятно много. Открыл хлор и марганец, занимался исследованиями сероводорода, фосфора, синтезировал винную, лимонную, щавелевую и другие кислоты, глицерин и эфиры…
В 1768 г. он приступил к исследованиям, которые привели к открытию газа, поддерживающего горение («огненного воздуха»), но опубликовал свои результаты лишь через семь лет в «Химическом трактате о воздухе и огне». А ещё через два года издал книгу. И Пристли, и Лавуазье к этому времени уже опубликовали результаты своих исследований.
Джозеф Пристли (1733–1804) — священник, что не мешало ему быть материалистом и радикалом — он бурно приветствовал Великую французскую революцию. Химиком был по призванию — никакого специального химического образования не имел. Тем не менее именно ему удалось усовершенствовать пневматическую ванну Гейлса, что позволило собирать и анализировать вещества, до этого считавшиеся неуловимыми, т. е. газы. 1 августа 1774 г., нагревая красную окись ртути с помощью линзы, он получил газ, который напоминал обычный воздух: в нём хорошо горела свеча — даже ещё ярче, а тлеющая лучина вспыхивала. Пристли был, как и Шееле, предан флогистону, поэтому открытый газ назвал «дефлогистированным воздухом». Он и умер с мыслью опровергнуть «новую химию» Лавуазье и защитить «превосходную теорию флогистона».
Первые выступления Лавуазье против флогистона (впрочем, без конкретного его упоминания) относятся к 1772 г., когда он представил Французской академии описание опытов по сжиганию фосфора и серы. Вывод тогда он предлагал такой: при горении воздух вступает в соединение с горящим материалом. Через два года горением он стал заниматься ещё более интенсивно и пришёл к твёрдому убеждению, что «первоэлемент» воздух — не простое тело, а смесь газов. Одна часть этих газов нужна для горения, другая — нет. В 1783 г. Лавуазье счёл, видимо, себя вполне подготовленным, чтобы открыто выступить против флогистона. Он издаёт мемуар: «Размышления о флогистоне, являющиеся продолжением теории горения и кальцинации, опубликованной в 1777 году». «Настало время, — решительно говорит Лавуазье, — когда я должен объясниться более чётко и формально по поводу мнения, которое я считаю пагубным заблуждением в химии, задержавшим, как я полагаю, значительным образом прогресс, вводя дурную манеру философствования».
Флогистон Шталя — воображаемое вещество, твёрдо заявляет Лавуазье. Все явления горения проще и яснее объясняются без него, чем с ним.
Ф.Энгельс назвал кислород элементом, «…которому суждено было ниспровергнуть все флогистонные воззрения и революционизировать химию…» И главную роль в этой революции Энгельс отвёл Лавуазье, который открыл, что «…новая разновидность воздуха была вполне новым химическим элементом, что при горении не таинственный флогистон выделяется из горящего тела, а этот новый элемент соединяется с телом, и таким образом, он впервые поставил на ноги всю химию, которая в своей флогистонной форме стояла на голове. И если даже Лавуазье и не дал описания кислорода, как он утверждает впоследствии, одновременно с другими и независимо от них, то всё же по существу дела открыл кислород он, а не те двое, которые только описали его, даже не догадываясь о том, что именно они описывали».
Первым на сторону Лавуазье стал его соотечественник Клод Бертолле, затем Антуан Фуркруа и Гитон де Морво. Спустя некоторое время энергичным сторонником «новой химии» оказался англичанин Джозеф Блэк. Подавляющее же большинство химиков продолжало стоять на флогистонных позициях.
В 1786–1787 гг. Лавуазье совместно с обращёнными в свою веру Фуркруа и Гитоном де Морво разработал «Химическую номенклатуру». Старые воззрения тяжким грузом ещё висели на ногах новой химии: в «Химической номенклатуре» Лавуазье и его коллег наряду с действительно «простыми телами» (элементами) можно найти и «невесомые флюиды» — свет и теплоту…
Роль огня становилась всё значительнее и всё разнообразнее, а сам он долгое время оставался таинственным и непознанным. До поры до времени это не очень беспокоило, хотя, конечно, о его природе задумывались всегда.
Рост промышленности и металлургического производства, особенно заметный, как уже отмечалось, с XVI–XVII вв., понуждал заняться этим вплотную. Надо было понять, почему, к примеру, так много теряется металла на окалину; почему вес его увеличивается при нагревании. И вообще, что такое горение?
История открытия химических элементов и создания научной теории горения богата фактами, подтверждающими одну парадоксальную мысль, высказанную современным учёным Джоном Берналом: сделать открытие проще, чем понять, что оно сделано.
Вот кислород. Этот элемент вполне мог появиться уже в VIII в. Сведения о нём — косвенные, разумеется, — есть в трактате китайского алхимика Мао Хао. Китайцы знали «деятельное начало», входящее в состав воздуха, и называли его «йын». В XV в. следы кислорода можно обнаружить в трудах Леонардо да Винчи. Потом они снова теряются — до XVII в., когда голландец Дребелль изобретает подводную лодку и очень скоро убеждается, что обычного воздуха для дыхания в ней хватает ненадолго. И он использует селитру, чтобы её кислородом обогатить воздух в подводной лодке. Но этот факт остался незамеченным.
Или возьмём хлор. Трудно поверить, чтобы алхимики с ним ни разу не сталкивались, прокаливая поваренную соль с медным купоросом и квасцами. Алхимикам было не до него. Золото — вот что их интересовало. Да и как поймать и исследовать то, что поймать невозможно: формы оно не имеет и обладает «летучестью»? Первым, кто обратил внимание на эти «летучие» вещества, был знакомый нам Ван-Гельмонт, давший «летучим веществам» название — газы. Однако Ван-Гельмонт тут же предупреждает: газы «нельзя собрать ни в какой сосуд и нельзя сделать видимым телом».
Вряд ли был на свете такой алхимик, который не знал бы, что для горения нужен обычный воздух и что обжиг металла (тогда это называлось кальцинацией) сродни сгоранию дров в камине. Но за разъяснением этих явлений в силу традиции обращались к аристотелевым первоэлементам и к своим алхимическим принципам. Горение представлялось распадом вещества с выделением воздуха. Стало быть, кальцинация — это тоже распад металла.
В XVII в. эта точка зрения стала подвергаться сомнению. В 1673 г. Р.Бойль опубликовал работу «Новые эксперименты о том, как сделать огонь и пламя стойкими и весомыми». В ней он приходит к выводу, что увеличение веса металлов при прокаливании происходит в результате прилипания к нему «огненной материи», которую выделяет горящий уголь.
Чуть раньше, в 1665 г., соотечественник Бойля — Роберт Гук, начинавший у него ассистентом свою научную карьеру, в сочинении «Микрография» предложил, не называя кислорода, иную теорию горения. В воздухе, по мнению Гука, находится вещество, которое в связанном состоянии содержится в селитре (вспомним Дребелля!). Это вещество при высокой температуре растворяет горючие материалы и получается огонь.
И совсем уже незадолго до выхода книги Бойля ещё один его соотечественник, Джон Майов, выпустил на латинском языке трактат «О селитре и воздушном спирте селитры», в котором растворитель Гука был назван «воздушным спиртом». Горение, считал Майов, — это соединение «серных частиц» (дань алхимическому началу сере) с «воздушными огненными частицами»; они-то и увеличивают вес металла при кальцинации. Свою точку зрения Майов доказал опытами, которые стали хрестоматийными. Он погружал в воду стеклянный колокол и зажигал под ним серу, «воздушные огненные частицы» выгорали, общий объем воздуха под колоколом становился меньше, вода поднималась, а горение прекращалось. Если под колокол поместить мышь, горение прекратится еще раньше. Вывод: «воздушные частицы» одинаково нужны и для горения, и для дыхания.
Майов был не только химик, но и врач. И как врач высказал мысли, поразительные для того времени. «Воздушный спирт», считал он, поглощается лёгкими и кровью человека, при этом выделяется тепло, а кровь меняет цвет: тёмная венозная становится ярко-красной артериальной.
И всё-таки первая общая теория горения возникла на основе старых представлений о горении как о процессе, в котором происходит распад, а не соединение веществ. Её творцом был немецкий врач и химик Георг Эрнст Шталь (1660–1734), профессор Йенского университета. В разработке теории он опирался на учение своего предшественника И.И.Бехера о трёх землях и воде — «составных частях всех смешанных тел». Связь этого учения с алхимическими (натрохимическими) воззрениями несомненна. Есть, однако, и существенное отличие. Земля и вода Бехера — материальны, в то время как алхимики, следуя за Аристотелем, обозначали подобными понятиями абстрагированные стихии-качества. Первая земля, по Бехеру, сообщает смешанным телам «телесность, субстанцию и сущность»; вторая придаёт им «консистенцию, цвет, вкус», а третья — «форму, проницаемость, запах, блеск, свечение и т. д.».
Шталь, придерживаясь бехеровской классификации составных частей смешанных тел, вторую землю назвал флогистоном (от греческого флогистос — огонь, воспламеняющийся). Флогистон, по Шталю, — «горючая субстанция, или способное производить огонь начало, — не только нечто действительное, но и нечто телесное». Когда вещество горит, горючая субстанция «улетучивается», оставляя после себя дефлогистированную массу, а пламя — вихреобразное движение этой субстанции в воздухе.
Флогистонная теория сыграла двоякую роль. С одной стороны, она сблизила и объединила окончательно типичные процессы горения с явлениями, наблюдавшимися при обжиге и кальцинировании (окислении) металлов. А с другой, она же стимулировала поиск подлинно научных объяснений этих явлений.
И раньше не раз бывало, что исходные неверные, ненаучные воззрения приводили к открытиям естественнонаучного характера. Флогистон наиболее разительный в этом смысле пример. Химия, по оценке Ф.Энгельса, «…освободилась от алхимии посредством флогистонной теории». Стремясь поймать эту неуловимую «телесную субстанцию» и тем самым доказать справедливость теории, её сторонники успешно рыли ей могилу. На это ушёл почти весь XVIII в.
Трудности у теории начались сразу же. Как же так: если флогистон — это улетучивающаяся «телесная субстанция», то почему вес металла при обжиге не уменьшается, а увеличивается? Флогистон не имеет веса, отвечали сторонники теории. «Телесная субстанция» не имеет веса? — удивились скептики. У неё «отрицательный» вес — нашёлся ученик Шталя Иоганн Юнкер. Хотя никто никогда не видел материальных веществ с отрицательным весом, тем не менее флогистонную теорию признали многие крупные учёные. Более того, изобретались наглядные представления об отрицательном весе флогистона. Француз Гитон де Морво писал: «Приведём в равновесие на весах под водой два свинцовых шара приблизительно одного веса; затем к одной чашке весов подвесим кусок пробки… тогда эта чашка со свинцовым шаром поднимется вверх… несмотря на то, что вес её, очевидно, увеличился. Подобное же происходит при горении, только здесь взвешивание происходит в воздухе…»
Российский академик Михайло Ломоносов в 1756 г. обжигал металлы в запаянной колбе, сравнивал её вес до обжига и после него, и эти опыты убедили его в том, что «славного Роберта Бойля мнение ложно…», потому что вес колбы не изменялся. Он менялся только при обжиге на открытом воздухе. Стало быть, никакой «огненной материи», прилипающей к металлу, нет. А ещё раньше, в 1744 г., в диссертации «Размышления о причине теплоты и холода» Ломоносов высмеял «огненную материю», которая то входит в поры тел, «как бы привлекаемая каким-то приворотным зельем», то бурно покидает их, «как бы объятая ужасом».
Теплоту Ломоносов понимал как движение материальных частиц и впервые отчётливо показал, из чего состоят окружающие нас тела. По его мнению, тела состоят из «первичных корпускул», которые в свою очередь «есть собрание элементов…» А «элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших и отличающихся от него тел».
Относительно флогистона Ломоносов придерживался мнения, что он существует и представляет собой «горючий воздух», «горючий пар», выделяющийся «при растворении какого-либо неблагородного металла, особенно железа, в кислотных спиртах…» Мы знаем теперь, что «горючий пар», выделяющийся при этих реакциях, — это водород.
Судьбу флогистонной теории решили многочисленные экспериментальные данные, накопленные к концу XVIII в. Окончательный приговор ей вынес француз Антуан Лоран Лавуазье (1743–1794).
Правда, дело обстоит гораздо сложнее, чем кажется на первый взгляд. Существует мнение, что Лавуазье ничего сам не сделал, а лишь присвоил себе чужие открытия, прежде всего шведа Шееле и англичанина Пристли, открывших кислород. Как в этом разобраться?
Карл Вильгельм Шееле (1742–1786) даже среди сторонников Шталя выделялся своей ортодоксальностью, но он был прирождённый экспериментатор. За свою короткую жизнь на простейшем оборудовании, преодолевая отчаянную нужду и болезнь, успел сделать невероятно много. Открыл хлор и марганец, занимался исследованиями сероводорода, фосфора, синтезировал винную, лимонную, щавелевую и другие кислоты, глицерин и эфиры…
В 1768 г. он приступил к исследованиям, которые привели к открытию газа, поддерживающего горение («огненного воздуха»), но опубликовал свои результаты лишь через семь лет в «Химическом трактате о воздухе и огне». А ещё через два года издал книгу. И Пристли, и Лавуазье к этому времени уже опубликовали результаты своих исследований.
Джозеф Пристли (1733–1804) — священник, что не мешало ему быть материалистом и радикалом — он бурно приветствовал Великую французскую революцию. Химиком был по призванию — никакого специального химического образования не имел. Тем не менее именно ему удалось усовершенствовать пневматическую ванну Гейлса, что позволило собирать и анализировать вещества, до этого считавшиеся неуловимыми, т. е. газы. 1 августа 1774 г., нагревая красную окись ртути с помощью линзы, он получил газ, который напоминал обычный воздух: в нём хорошо горела свеча — даже ещё ярче, а тлеющая лучина вспыхивала. Пристли был, как и Шееле, предан флогистону, поэтому открытый газ назвал «дефлогистированным воздухом». Он и умер с мыслью опровергнуть «новую химию» Лавуазье и защитить «превосходную теорию флогистона».
Первые выступления Лавуазье против флогистона (впрочем, без конкретного его упоминания) относятся к 1772 г., когда он представил Французской академии описание опытов по сжиганию фосфора и серы. Вывод тогда он предлагал такой: при горении воздух вступает в соединение с горящим материалом. Через два года горением он стал заниматься ещё более интенсивно и пришёл к твёрдому убеждению, что «первоэлемент» воздух — не простое тело, а смесь газов. Одна часть этих газов нужна для горения, другая — нет. В 1783 г. Лавуазье счёл, видимо, себя вполне подготовленным, чтобы открыто выступить против флогистона. Он издаёт мемуар: «Размышления о флогистоне, являющиеся продолжением теории горения и кальцинации, опубликованной в 1777 году». «Настало время, — решительно говорит Лавуазье, — когда я должен объясниться более чётко и формально по поводу мнения, которое я считаю пагубным заблуждением в химии, задержавшим, как я полагаю, значительным образом прогресс, вводя дурную манеру философствования».
Флогистон Шталя — воображаемое вещество, твёрдо заявляет Лавуазье. Все явления горения проще и яснее объясняются без него, чем с ним.
Ф.Энгельс назвал кислород элементом, «…которому суждено было ниспровергнуть все флогистонные воззрения и революционизировать химию…» И главную роль в этой революции Энгельс отвёл Лавуазье, который открыл, что «…новая разновидность воздуха была вполне новым химическим элементом, что при горении не таинственный флогистон выделяется из горящего тела, а этот новый элемент соединяется с телом, и таким образом, он впервые поставил на ноги всю химию, которая в своей флогистонной форме стояла на голове. И если даже Лавуазье и не дал описания кислорода, как он утверждает впоследствии, одновременно с другими и независимо от них, то всё же по существу дела открыл кислород он, а не те двое, которые только описали его, даже не догадываясь о том, что именно они описывали».
Первым на сторону Лавуазье стал его соотечественник Клод Бертолле, затем Антуан Фуркруа и Гитон де Морво. Спустя некоторое время энергичным сторонником «новой химии» оказался англичанин Джозеф Блэк. Подавляющее же большинство химиков продолжало стоять на флогистонных позициях.
В 1786–1787 гг. Лавуазье совместно с обращёнными в свою веру Фуркруа и Гитоном де Морво разработал «Химическую номенклатуру». Старые воззрения тяжким грузом ещё висели на ногах новой химии: в «Химической номенклатуре» Лавуазье и его коллег наряду с действительно «простыми телами» (элементами) можно найти и «невесомые флюиды» — свет и теплоту…
И снова таинственный атом
Полная картина влияния состава веществ на их свойства прояснится, писал М.Ломоносов, «не раньше, чем будет определено число химических элементов и будет точно изучена химическая природа их». Пока же, как мы видим у Лавуазье, в ряду химических элементов значатся свет и тепло. Было немало и других флюидов, среди них, в частности, пользовались полным признанием носители магнитных и электрических явлений.