Пути развития химии. Том 1. От первобытных времен до промышленной революции

Представления древнегреческих натурфилософов оставались основными идейными истоками естествознания вплоть до XVIII в. До начала эпохи Возрождения в науке господствовали представления Аристотеля. В дальнейшем стало расти влияние атомистических взглядов, впервые высказанных Левкиппом и Демокритом.

Незадолго до начала нашей эры главным образом благодаря трудам римского ученого и писателя Лукреция (Тит Лукреций Кар, 96-55 гг. до н. э.) атомистические воззрения получили дальнейшее развитие. В поэме "О природе вещей" ("De rerum natura") он очень наглядно описывал атомы. Вероятно, благодаря деятельности Лукреция арабские естествоиспытатели сумели объединить атомистику с теориями Аристотеля.

Алхимические работы опирались преимущественно на натурфилософские взгляды Платона и Аристотеля. Учение о трансмутациях было невозможно опровергнуть, пока понятие химического элемента не получило отчетливой формулировки. Но уже химики-флогистики в XVIII в. достаточно эффективно боролись с "златоделием" и выдвигали против него веские аргументы (особенно Виглеб). Все же окончательную победу над алхимией удалось одержать лишь тогда, когда появилась "теория элементов" Лавуазье. В начале XIX в. на смену прежним атомистическим воззрениям пришла теория Дальтона об атомном строении вещества, на основе которой вскоре сформировалась научная химия.

Элементы и атомы у арабов

С VIII по X в н. э. наиболее известны были труды арабского ученого Ибн Надима, входившие в алхимический сборник "Фирист" (987 г.). Однако их автором довольно долго считали другого арабского ученого Джабира ибн Гайана и членов религиозного объединения "Исмаилия". "Фирист" долгое время рассматривался в истории химии как одно из сочинений Джабира. Из произведений, входящих в этот сборник ("Книга короля", "Книга о снисходительности", "Книга о весе", "Книга о ртути", "Книга семидесяти", "Книга ста двенадцати"), видно, как воззрения Платона и Аристотеля все интенсивнее применялись для объяснения химических явлений. При этом они претерпевали определенные изменения. Анализ содержания "Книг" показывает, как формировались новые понятия: "эликсир", "дух", "тело", определяющие различные химические соединения и их качественные признаки. Эти понятия применялись совместно с представлениями об "элементе". "Эликсир", "дух" и "тело" точнее характеризовали химические явления, чем различные философские категории.

Понятие "тело" относилось ко всем известным тогда металлам; понятие "дух" возникло в связи с изучением ртути (ртуть долгое время не считали металлом). "Эликсиром" арабские ученые называли различные настойки, которые значительно увеличивали силу человека, якобы могли превращать серебро в золото, а неблагородные металлы в благородные. Производство "эликсиров" считалось высшим призванием химиков. "Эликсир" будто бы создавался в результате правильно осуществляемого объединения "элементов" (т. е. воды, земли, воздуха, огня), "тел" (металлов) и "духа" (ртути). Арабские ученые считали, что при этом происходят явления, близкие к тем, которые наблюдаются в живой природе (в частности, объединение "мужского и женского начал").

В других трудах арабских ученых, написанных в середине X в. ("Сочинения верных братьев"), важную роль играют понятия "атсм" и "первоматерия", а также связанные с ними основные качества: тепло, холод, сухость, влажность. Кроме того, здесь формулируется новое представление об "элементах". "Ртуть" и "сера" также становятся "элементами" или "принципами": "ртуть" — принципом металличности, а "сера" — принципом горючести соединения. Итак, ранее довольно абстрактное понятие "элемент" было конкретизировано для двух важнейших и распространенных веществ. Это способствовало сближению натурфилософских и химических знаний. Натурфилософские учения таким образом связывались с химической практикой, химики получали новые возможности применять теоретические обобщения для объяснения наблюдаемых ими явлений.

Врачи Ар-Рази (Разес) и Ибн Сина (Авиценна) — оба выдающиеся теоретики и экспериментаторы — оспаривали некоторые положения античной натурфилософии. Из книг Разеса ("Большой сборник", "Книга тайны тайн") видно, что он хорошо знал известные в его время химические вещества и различные методы, применявшиеся в химических ремеслах. Представления Разеса отличаются от взглядов его современников прежде всего ясностью и последовательностью в объяснении химических превращений. Разес пытался систематизировать известные химические вещества и методы их получения, объединить учения Демокрита и Аристотеля. При этом он исходил из того, что все вещества состоят из атомов и "пустого пространства". Так образуются "элементы". Их свойства могут быть различными в зависимости от плотности расположения атомов в пространстве. Чем теснее расположены атомы, тем тяжелее вещество, как, например, земля или вода, которые в пространстве стремятся вниз, в отличие от огня и воздуха, стремящихся вверх. Таким образом была сделана попытка обновить и развить теоретические учения древних, в частности сопоставить вес [массу] различных тел с плотностью расположения образующих их атомов. Однако лишь через много столетий Юнгиус конкретизировал это положение и связал его с практикой химических исследований и химической промышленности.

Врач, философ и естествоиспытатель Авиценна написал книгу о минералах, которая играла важную роль в развитии химических знаний в течение нескольких веков. Опыт собственных химических исследований привел ученого к мысли, что трансмутации невозможны, и он решительно отверг алхимические учения. Кроме того, Авиценна переосмыслил многие положения античных философских теорий, особенно натурфилософские взгляды Аристотеля. Материя и форма представлялись Авиценне в материалистическом единстве, и он отвергал любые сверхъестественные объяснения природных явлений. Авиценна подчеркивал, что основой познания различных явлений природы, которое завершается формулированием абстрактных понятий, т. е. обобщений и теорий, могут быть лишь наблюдения и опыты. При этом он придавал меньшее значение экспериментальным работам по сравнению с умственной деятельностью, ибо ее результатом являются теоретические обобщения и формирование понятий.

Христианские ученые считали, что арабская наука играла лишь "посредническую" роль в распространении античных философских представлений. Однако на самом деле арабы внесли существенный вклад в развитие этих учений. Арабские мыслители, и особенно Ибн Рушд (Аверроэс, 1126-1198), разработали новые философские категории и теории, позволявшие глубже понять явления природы. Творчески перерабатывая античные учения, арабы использовали результаты исследований отнюдь не только для повышения производительности труда. Замечательные достижения арабских ученых в области медицины, техники, натурфилософии на протяжении многих веков оказывали большое влияние на развитие европейской науки. Лучшие из них до сих пор овеяны легендарной славой.

Корни научных знаний в христианском мире

В XII в. начался процесс объединения античных, арабских и христианских учений в единую философскую систему, основанную на католической теологии.

Несмотря на идеологические и политические противоречия между мусульманским и христианским миром, торговые связи между ними сохранялись. Кроме того, в XI в. христиане отвоевали некоторые области в Испании, до этого долгое время принадлежавшие арабам, и в 1085 г. Геральд из Кремоны в Толедо основал школу, в которой арабские рукописи переводились на латынь. Поэтому европейцы смогли ознакомиться с такими трудами арабских ученых в области естествознания, как "Книга о квасцах и солях" (автором которой принято считать Разеса), а также "Философский сборник". Последнее сочинение, по мнению специалистов, написано в период между 750 и 1150 гг. Оно представляет собой сборник трудов выдающихся ученых различных стран, обсуждавших проблемы превращений неблагородных металлов в благородные, а также вопросы химической терминологии.

Альберт Великий, Фома Аквинский, Роджер Бэкон, Винсент фон Бове, Арнольдо да Вилланова, Раймунд Луллий, Гебер, Виталис де Фурно приложили много сил для распространения в Европе арабских и античных знаний. Важность проделанной ими работы можно лучше оценить, лишь поняв особенности духовной жизни в средние века. Господствующей идеологией в те времена была теология, насаждаемая христианской церковью. Теология, почитаемая как "наука наук", широко распространила свои "непререкаемые" догмы на все области научных знаний. Ислам был для христианства враждебной идеологией, а учения античных философов считались языческими. Даже организация в Толедо школы перевода арабских рукописей на латынь было мужественным поступком, сыгравшим важную роль в дальнейшем развитии науки в Европе. В значительной мере работа этой школы способствовала распространению в Европе натурфилософских взглядов античности, которые оказали на развитие средневековых европейских государств не меньшее влияние, чем результаты ремесленной деятельности арабских мастеров, корни которой также терялись в глубине "языческой древности".

Весьма существенным оказался вклад Альберта Великого в развитие научных знаний средневековья. В отличие от многих современников он не полемизировал с высказываниями арабских и античных ученых, пытаясь представить их как неприемлемые для христианского мировоззрения. Напротив, он пытался объединить идеи "языческой" и "арабской" науки (как ее тогда называли) с христианской культурой средневековья. Это в полной мере относилось и к химическим знаниям. В своей книге "О минералах" Альберт Великий описывал известные в то время химические методы и аппараты, а также представления о составе и свойствах веществ, выдвинутые Аристотелем и развитые арабскими учеными. Альберт Великий большое внимание уделял изучению превращений неблагородных металлов в благородные. Он не ставил под сомнение основы учения о трансмутации, но тщетно пытался реализовать их на практике. Все изготовленные им образцы "алхимического" золота и серебра не выдерживали "пробы огнем".

В то время как Альберт Великий пользовался при жизни большим уважением, к Роджеру Бэкону власть имущие относились с недоверием. Причиной тому были не столько эксперименты английского алхимика (например, использование кварца и берилла для увеличительных стекол), сколько его непредвзятое отношение к учениям Аверроэса и Авиценны. Эти учения для христианской идеологии были "неверными" и еще менее приемлемыми, чем "языческие" взгляды античных натурфилософов. Роджер Бэкон впервые разделил практические и теоретические химические знания ("алхимия наблюдательная" и "алхимия практическая"). Сформулированное Бэконом положение, согласно которому без эксперимента невозможно познание явлений природы, оказало впоследствии (в XVI-XVII вв.) решающее влияние на развитие естествознания.

Известные врачи и естествоиспытатели В. Бове, Арнальдо да Вилланова, Раймунд Луллий описывали многие химические экспериментальные методы, использовавшиеся в то время в лабораториях. Однако к теоретическим представлениям они проявляли гораздо меньший интерес. Примечательно, что Луллий использовал для обозначения химических веществ, о которых он писал в своих книгах, различные символы: трех- и четырехугольники, круги, буквы.

В сочинениях Гебера ("Итог совершенства магистерия", "О поисках совершенства металлов", "О поисках истины", "Книга форнака", "Завещание Гебера") "химические теории" получили дальнейшее развитие. Первоэлементами, или принципами, в них считались уже три (а не два, как признавалось ранее) вещества — ртуть, сера и мышьяк. Труды Гебера, где он ясно и подробно описывал процессы, соединения и аппараты, достаточно широко и четко отражают состояние химических знаний в XIII в. Именно в этих трактатах впервые появляются описания свойств "едких вод" — серной и азотной кислоты, царской водки,- а также путей их получения.

Процесс развития знания, породивший эту плеяду замечательных ученых, вскоре остановился под влиянием реакционной христианской теологии. "Идеологические опасности", которые грозили христианскому мировоззрению со стороны античных и арабских учений, заставили руководителей католической церкви держаться по отношению к ним настороже, ограничивать их влияние на общественную жизнь и научную деятельность. Католики выхолащивали из этих учений все прогрессивное, что противоречило религиозным догмам, оставляя лишь схоластические, бесплодные идеи. Разумеется, такое наступление реакции встречало сопротивление со стороны некоторых крупных естествоиспытателей. Однако они были в то время одиночками, и их призывы оставались "гласом вопиющего в пустыне".

Лишь после того, как усилиями гуманистов и прогрессивных ученых эпохи Возрождения было подорвано господствовавшее положение схоластики, в идеологии открылись новые горизонты развития представлений о природе, совершенствования ремесел и научных исследований. При этом ученые вновь обратились к анализу и переосмыслению оригинальных трудов натурфилософов античности, а не их переложений в трудах арабских естествоиспытателей. Ученые эпохи Возрождения широко использовали в своих работах сведения из сочинений древнеримских и древнегреческих философов. Они стремились изучить оригинальные тексты и заложенные в них идеи, отбрасывая схоластические исправления, внесенные арабскими и христианскими идеологами. Исправлялись умышленные и неумышленные ошибки, допущенные при переводе, выявлялись и исключались из текстов позднейшие интерпретации и всевозможные схоластические рассуждения на темы: "Сколько ангелов умещается на кончике иглы", "Настолько ли всемогущ бог, чтобы создать такой камень, который сам не в силах поднять" и т. п.

В среде городской буржуазии (например, владельцев ремесленных мануфактур и торговых контор) формировалось прогрессивное, освободившееся от христианских догм мировоззрение. Представители буржуазии пытались обрести новые духовные ценности, обратившись к жизнеутверждающим истокам мира древних греков и древних римлян. Поэтому неизбежной оказалась борьба между аристократами и буржуазией, борьба между приверженцами слепой веры и свободомыслия. Противоборство этих сил в полной мере проявилось и в естествознании.

Три "принципа": сера, ртуть, соль

Против слепой веры в авторитеты, косности, книжной "учености" в медицине, химии и общих вопросах естествознания решительно выступил Парацельс. Он порицал тех врачей, которые не имели естественных, и особенно химических, знаний, а прописывали лекарства "по книгам". Парацельс считал, что врач должен лечить прежде всего на основе собственного опыта, не замыкаться в узком кругу коллег и знать о достижениях естественных наук в других странах. В день Святого Иоанна в 1527 г. Парацельс вместе со своими учениками и друзьями демонстративно сжег труды, которые, по его мнению, не содержали ничего, кроме компиляций из рукописей великих врачей. Парацельс хотел, чтобы весь вред, который принесли эти труды, исчез вместе с дымом от них. Основатель иатрохимии одобрял деятельность тех, кто обогащал естествознание и медицину собственными наблюдениями и экспериментами.

Анализ трудов Парацельса показывает, что он был одновременно теоретиком и практиком. Приведем названия лишь некоторых из них: "Высшая медицинская наука", "О тинктуре врачей", "Изумительное чудо или о пяти сущностях всех болезней", "Высшая мудрость или о четырех важнейших столпах (философия, астрономия, алхимия и особые черты врача)", "Сокровище сокровищ алхимиков", "О болезнях, происходящих от тартара"[68], "Великое чудесное лекарство".

Прогрессивный подход Парацельса к изучению природы — стремление совершенствовать знания за счет наблюдений и опытов — значил для развития науки много больше, чем основные положения разработанных им теорий. Теоретические представления Парацельса основывались главным образом на взглядах арабских ученых, развивавших положения Аристотеля. Но Парацельс усовершенствовал эти взгляды. К описываемым арабскими алхимиками двум "началам": сере и ртути Парацельс добавил третий — соль. Таким образом он распространил теоретические представления на соли — "важную группу соединений, число которых после открытия неорганических кислот значительно возросло. Однако Парацельс признавал и существование четырех элементов Эмпедокла и элементов-качеств Аристотеля. Более того, он считал, что эти четыре первоэлемента — вода, огонь, земля и воздух — лежат в основе трех принципов — серы, ртути и соли[69]. Представлению о четырех первоэлементах, существовавшему до конца XVIII в., отдавалось большее предпочтение, и для объяснения разнообразных явлений оно считалось более общим по сравнению с учением о трех принципах.

Парацельс (поставил химию на службу медицине).[70]

Все вещества живой и неживой природы были, по представлениям Парацельса, созданы непосредственно из трех первоначал — принципов. К такому толкованию вещественного мира Парацельс пришел в результате исследований различных веществ и наблюдений над явлениями природы. Он уделял большое внимание проблеме смешения первоэлементов, приводящего к образованию новых веществ различного состава. По мнению Парацельса, организм здоров, если "принципы" в нем смешаны в нужной пропорции, и нездоров, если законы I смешения были нарушены. На этом основывались предложенные Парацельсом методы лечения больных. Он доказывал врачам необходимость исправления нарушенных соотношений "принципов" в организме больного с помощью лекарств, полученных в лабораториях химическим путем.

Принятые Парацельсом способы характеристики трех принципов применялись еще во времена раннего средневековья. Ртуть обозначала принцип тяжелого, жидкого и текучего, сера — принцип горючего и теплого, соль — принцип растворимого в воде и устойчивого к горению. Эти принципы более точно характеризовали химическую природу веществ, чем элементы-качества Аристотеля. Таким образом, Парацельс развивал представления арабских алхимиков, которые тесно связывали "принципы" с определенными химическими веществами и характеризовали первоэлементы их важнейшими свойствами. Так ученые получили важный способ классификации веществ по их внешним признакам. Однако в этом способе, как оказалось, заключалось противоречие: чем больше накапливалось знаний о веществах, тем теснее становились рамки представлений о трех "принципах" как основе образования веществ.

Парацельс создал новое научное направление — натрохимию, поставив химические знания на службу медицине. Он был прежде всего врачом, поэтому его интересовали главным образом химические способы получения лекарств. "Правы не те, кто говорят, что алхимия делает золото и серебро, но те, кто говорят, что она создает лекарства и направляет их против болезней",- считал Парацельс. Характерно, что главное назначение веществ, полученных химическим путем, он видел в применении их в качестве лекарств, тогда как до Парацельса они использовались преимущественно как яды. Благоприятное, исцеляющее действие некоторых из его лекарств навело Парацельса на мысль о важности дозирования введенных им в медицинскую практику препаратов — соединения мышьяка, солей меди, свинца, серебра, ртути.

Таким образом, перед химией была поставлена новая задача: получать как можно более чистые соединения и испытывать их эффективность в виде лекарственных средств. В результате этих работ в обществе крепло убеждение, что врачу совершенно необходимы химические навыки и знания. Парацельс был уверен, что "никакой врач не может обойтись без этого искусства, оно нужно всем — от княжеского повара до работника, готовящего корм для свиней". Однако получение химическим путем большого количества лекарств, обладающих мощным действием на человеческий организм, увеличивало опасность злоупотребления ими. Появилось множество шарлатанов, бессмысленно "назначающих" лекарственные препараты, что нередко заканчивалось трагически, особенно когда применялись соединения мышьяка. Из-за этого в XVI-XVII вв. больные боялись новых "химических лекарств" не меньше, чем чумы.

Иатрохимия сыграла важную роль для развития химических знаний в университетах, где она широко преподавалась. Несомненно, она была в то время наиболее важной частью химии.

В XVI-XVII вв. химики старались точнее характеризовать свойства различных соединений. Так, Либавий использовал следующие признаки: форму (кристаллов), вес [массу], запах, вкус, способность реагировать с другими веществами, магнетизм. Рудольф Глаубер и Роберт Бойль различали соли по форме их кристаллов. Бойль также определял плотность жидкостей и твердых веществ.

По мере того как росли и уточнялись знания о соединениях и их способности взаимодействовать друг с другом, химики все сильнее утверждались во мнении, что все вещества обладают сугубо специфическими свойствами. Особенно важную роль в описании этих свойств играло понятие "магистерия"[71]. Им характеризовали чистые вещества, которые прежде всего выделяются из смесей. В представлении о магистерии содержались некоторые черты, получившие впоследствии развитие в современном понятии об элементе.

В формировании химических представлений существенную роль сыграли те факты, что металлы могли вступать в соединения с другими веществами, а потом извлекаться из этих соединений без всяких потерь. Например, в опубликованной в 1540 г. книге В. Бирингуччо "О пиротехнике" [61] сообщалось, что серебро, растворенное в азотной кислоте, можно выделить из раствора независимо от того, было ли до этого оно "разрушено" другими соединениями и утратило ли (как тогда казалось) свои первоначальные свойства. Все больше исследователей обращали внимание на то, что при прокаливании [окислении] вес [масса] металлов, например свинца, увеличивается. Бирингуччо обнаружил, что увеличение составляет ¹/₁₀ начального веса. В дальнейшем это наблюдение также имело значение для определения понятия "элемент". О. Тахений, Р. Бойль, Ж. Рей, Дж. Мэйоу, М. В. Ломоносов много раз наблюдали такое явление и пытались его объяснить. Благодаря исследованиям А. Сала, Р. Глаубера, О. Тахения, И. Кункеля, Р. Бойля и Н. Лемери, широко применявших химический анализ "мокрым путем", стали быстро накапливаться знания о реакциях между растворенными веществами. Тем самым получили дальнейшее развитие возникшие еще в античности представления о сродстве веществ. Парацельс установил, что ртуть взаимодействует с другими металлами с различной быстротой. А. Сала обнаружил в 1617 г., что по способности выпадать в осадок из солевых растворов при реакциях обмена металлы могут быть поставлены в ряд в определенной последовательности. В 1649 г. Глаубер "составил" ряд металлов в зависимости от их растворимости в кислотах. Г. Э. Шталь также исследовал (1697-1718 г.) растворимость металлов в кислотах и установил такую последовательность: цинк — железо — медь — свинец (или олово) — ртуть — серебро — золото. Особенности растворения Шталь объяснял на основе флогистонной теории, согласно которой металлы являются соединениями флогистона и "металлической земли". Чем быстрее флогистон отделяется от металла, тем быстрее растворяется металл. Металл при этом превращается в "металлическую землю".

Атомистика

Для развития химических теорий в XVI-XVII вв. атомистические представления были чрезвычайно важны. Разработкой атомистического учения особенно интенсивно занимались Даниель Зеннерт, Иоахим Юнгиус, Роберт Бойль и Никола Лемери. Атомистические идеи привели к изменению не только химических представлений, но к разработке новой картины строения мира.

В XVI-XVII вв. многие химики стремились связать теорию и "экспериментальное искусство" с потребностями ремесленной химии, объяснить природные явления не умозрительно, а на основании данных экспериментальных исследований. Важнейшей задачей наук в это время была борьба против господствовавшей схоластической идеологии, которая поддерживалась и насаждалась церковью, обладавшей в то время громадной властью. Поэтому в XVI-XVII вв. создатели новых теоретических представлений в химии (как, например, Парацельс) должны были постоянно вести борьбу против схоластических учений, по-новому трактовать знания о природных явлениях. Стимулом создания новых представлений была прежде всего их необходимость для развития химических и других ремесел, медицины, а также для прогресса общественных отношений. Все это создало материальные основы для замечательного подъема знаний и культуры в эпоху Возрождения. Именно в эту эпоху потерпели сокрушительное поражение схоластические представления об окружающем мире. Претензии схоластов на всеобщий характер их объяснения различных явлений привели к неразрешенным противоречиям, истоки которых следует искать в канонизации представлений Аристотеля.

Античная атомистика играла в это время двойную роль. С одной стороны, она содержала рациональные начала, прокладывая путь к научному эксперименту. Но, с другой стороны, она превратилась в схоластическую догму, тормозившую развитие естествознания. Каждый естествоиспытатель, который стремился объяснить с помощью атомистических теорий конкретные химические процессы, должен был прежде всего критически отнестись к учению Аристотеля и поставить под сомнение представление о непоколебимости авторитетов. Насколько трудно было преодолеть традиционные и необычайно живучие представления о природе веществ, можно наблюдать на примере научной деятельности Парацельса. Несмотря на страстное стремление к научной самостоятельности, он мог предложить для объяснения состава и свойств веществ лишь несколько измененные представления Аристотеля об элементах и немного модифицированные взгляды алхимиков о превращениях веществ. И все же Парацельсу отчасти удалось преодолеть узость взглядов схоластиков. Вместо того, чтобы основывать свои теории и знания лишь на авторитетных в средние века научных источниках, Парацельс стремился осмыслить результаты собственных экспериментов и наблюдений. Парацельс называл элементами тела, остающиеся после проведения наиболее полного разложения веществ.

Путь для непредвзятого описания явлений природы открылся только тогда, когда было показано, что основополагающие закономерности природы можно понять лишь на основе атомистических представлений. Для того чтобы "запрещенная" атомистика, идеи которой содержались в трудах античных философов, продолжала совершенствоваться, в средние века она вынуждена была "скрывать" свой атеистический характер в теориях состава веществ Аристотеля и Парацельса. Необходимость объяснять химические процессы на основе атомистических представлений со временем становилась все более насущной. Она вырастала из потребности научного осмысления процессов получения важных для практики веществ. Так, например, выделение веществ из их соединений, металлов — из их растворов, а также особенности способов проведения перегонки и превращение воды или этилового спирта в "воздух" нельзя было объяснить на основе представлений о трансмутации.

Даниель Зеннерт в свете атомистических представлений Демокрита пытался объяснить известные в его время химические процессы. Зеннерт считал, что существует множество атомов, которые могут образовывать различные соединения. При этом Зеннерту удалось предвосхитить некоторые черты современного представления об элементах, поскольку его теория не опиралась лишь на аристотелевское учение. И все же Зеннерт находился под влиянием господствовавших тогда представлений. Он пошел на своеобразный компромисс: считал, что форма атомов в значительной мере определяет их природу. Тем самым Зеннерт усовершенствовал по существу аристотелевское представление о форме, связав его с атомистическим строением материи. Ученый отвергал возможность замены одних форм другими. Вещества различной формы, по мнению Зеннерта, образовывались в зависимости от природы атомов и характера их соединений. При этом проявлялась тенденция к образованию веществ наиболее совершенной формы.

Работы Бассо, де Клава, Бекмана, ван Горля способствовали введению в химию атомистических представлений, правда, еще связанных со схоластическими идеями. Первым, кто решительно пытался преодолеть эту неопределенность, был Иоахим Юнгиус. Приверженец философии номинализма[72] Юнгиус последовательно применял атомистическое учение Демокрита для объяснений механизма химических превращений. Так же, как до него Себастьян Бассо, Юнгиус полностью отрицал аристотелевское представление о форме. В связи с этим он даже критиковал Зеннерта, взгляды которого по другим вопросам высоко ценил. Критикуя представления Зеннерта, вслед за Демокритом Юнгиус считал, что все многообразие веществ образуется из качественно одинаковых атомов. Атомы различной формы (с одинаковыми всеми другими качествами) должны, по мнению Юнгиуса, образовывать различные тела, благодаря их разнообразному расположению в пространстве и друг относительно друга. Эти тела, образованные, как разные слова из букв одного и того же алфавита, обладают различными оптическими, механическими и химическими свойствами. Юнгиус не признавал существование форм, оторванных от других качеств гипотетического "эфира", в котором Бассо усматривал основной принцип движения. Юнгиус отвергал и любые виды сверхъестественных сил. Поэтому ему приходилось искать новые объяснения способности веществ образовывать соединения друг с другом. Для этого Юнгиус развил по существу атомистические ("корпускулярные") представления, считая, что движение присуще атомам как их внутреннее качество. Юнгиус не признавал демокритовскую трактовку движения частиц. Результаты изучения химических процессов привели Юнгиуса к мысли, что передвижение атомов в пустом пространстве следует рассматривать как взаимодействие тел одинаковой природы, но с отличающимися свойствами. Как и А. Сала, еще в 1617 г. Юнгиус объяснял на первый взгляд достоверную трансмутацию погруженной в медный купорос железной пластины как обмен между атомами железа и находящимися в растворе атомами меди. При этом железо и медь считались сложными телами. С помощью таких механических динамических представлений о движении и взаимовлиянии тел Сала и Юнгиус пытались решить проблему "сродства" соединений. Прогрессивным в их взглядах была попытка по-новому рассмотреть элемент как тело, состоящее из однородных частиц.

Зеннерт, Юнгиус и другие представители "физической" атомистики разрабатывали теоретические положения, опираясь на результаты опытов. Воззрения атомистов отличались лишь разной степенью использования схоластических идей. Однако у представителей физической атомистики не было отчетливых представлений о роли экспериментов в развитии научных знаний. Это отличало их научную деятельность от работы таких классиков естествознания, как Галилей или Бойль. Правда, Юнгиус в отличие от других представителей "физической" атомистики понимал недостаток достоверных наблюдений о протекании превращений веществ. Этим и объясняется осторожность, с которой Юнгиус формулировал свои взгляды. Он избегал высказывать смелые догадки и предположения, многие вопросы оставлял без ответа, а лишь указывал, что решить их можно будет на основе дальнейших экспериментов. Таким образом, Юнгиус призывал к проведению новых наблюдений и опытов, особенно таких, в которых учитывалось бы количественное соотношение веществ, вступающих в химические реакции. Для этого Юнгиус рекомендовал шире использовать весы в химических лабораториях. Однако из анализа его произведений не следует, что сам автор проводил какие-либо научные эксперименты.

Юнгиус был директором академической гимназии в Гамбурге и преподавал там логику и физику Аристотеля. Однако он преподносил учения этого Мыслителя древности весьма критически [95]. Для Юнгиуса такая оценка Аристотеля была составной частью его борьбы за освобождение науки в целом и атомистики, в частности, от пережитков схоластики. Несмотря на появление в XVI-XVII вв. работ таких атомистов, как де Клав, Бекман, Бассо, ван Горль, Гассенди, Декарт, а также их многочисленных последователей, схоластическая философия, основанная на взглядах Аристотеля, оставалась, как и ранее, господствовавшей научной и учебной дисциплиной. Зеннерту приходилось защищаться от упреков в ереси, а Юнгиус за свою критику представлений Аристотеля попал даже в "черный список". В 1625 г. в Париже был издан закон, согласно которому распространители и приверженцы атомистического учения должны были подвергаться телесным наказаниям, а в некоторых случаях даже казни.

Роберт Бойль (критиковал учение Аристотеля и пытался объяснить превращения химических веществ на основе представлений античных атомистов).[73]

Несмотря на все нападки и преследования, атомистические взгляды античных ученых получили развитие в философии позднего средневековья, а также в химии нового времени для объяснения протекания превращений веществ. В результате были созданы условия для проведения систематических экспериментальных химических исследований. Это обусловило в дальнейшем появление научного химического эксперимента.

Потребности химической практики, несомненно, были значительным стимулирующим фактором для появления новых теорий. Это было важно и для преодоления схоластических пережитков в науке. Устаревшие учения нельзя было опровергнуть одними лишь новыми фактами, без их обобщенного анализа. В области химии эту задачу выполняли сторонники атомистики, когда они "перековывали" опыт практической химии и экспериментов в идейное оружие против схоластических учений. Этим оружием они "расчищали" химии дорогу, устанавливая диалектическое единство между химической наукой и практикой.

Значительный вклад в эти прогрессивные начинания внес Роберт Бойль. Он олицетворял тип "экспериментирующего" философа-исследователя, который не только занимался чистой наукой, но стремился обогатить достижениями и химическую практику. Химия, в представлении Бойля, была не "служанкой" ремесла или медицины, а самостоятельной наукой с собственным предметом исследования, специфическими методами и понятиями. Бойль прекрасно понимал громадное значение химических знаний для изучения явлений природы, а также развития ремесел.

Для развития теоретических представлений того времени весьма важным было использование Бойлем опыта химических ремесел и "экспериментального искусства" в качестве критерия истинности различных обобщений. Бойль достиг выдающихся успехов в "экспериментальном искусстве", особенно в анализе "мокрым путем" и при разработке химических процессов, важных для промышленного производства. Его книги, в особенности, "Химик-скептик" (1661 г.) получили широкое признание. Выдающиеся знания и громадный авторитет позволили Бойлю не только защитить атомистические представления[74] от нападок их противников, но и расширить область применения этих представлений.

Согласно положениям атомистики Бойля, которую часто называют корпускулярной теорией, все вещества состоят из мельчайших частичек. Эти частицы различаются своей формой, размерами и подвижностью. Бойль относился критически и к представлениям античных ученых об элементах, и к взглядам Парацельса. Однако самому ему не удалось выдвинуть принципиально новые идеи о составе веществ. Бойль осознавал несоответствие между принципиальным характером понятия "элемент", применяемым в его время (например, элемент "сера", воплощающий в себе свойство горючести), и многообразием реально существующих веществ. Однако сам ученый не смог разрешить это противоречие. Все же Бойлю удалось приблизиться к формулировке нового понятия элемента, когда он так же, как ранее Юнгиус, утверждал, что элементами могут быть лишь самые "первоначальные, простые и совершенно несмешанные тела". Однако Бойль сомневался, могут ли такие тела существовать на самом деле. Хотя Бойль и не смог решить эту проблему, он рассмотрел широкий круг вопросов, очень важных для дальнейшей разработки представлений об элементах. Последователи Бойля добились впечатляющих успехов в создании теоретических положений химии.

Исследование Бойлем окисления показывает, как сложно было объяснить особенности протекания химических процессов. Подобно многим современникам Бойль заметил, что при прокаливании (окислении) металлы "потребляют" воздух и их вес [масса] благодаря этому увеличивается. Однако химические свойства газообразных веществ в то время не исследовались систематически. Поэтому Бойль не смог выявить взаимосвязи между потреблением воздуха и процессами, происходящими при прокаливании. Он искал объяснение этому явлению с помощью атомистических представлений. По его предположению, вес металла увеличивают проникающие в него "огненные" частицы. Сотрудник Бойля Роберт Гук (1635-1703), напротив, считал, что частицы воздуха по природе такие же, как частицы селитры, проникают в тела при нагревании. Хотя гипотеза Гука значительно ближе к современным представлениям об окислении металлов, в то время еще не было неоспоримых доказательств истинного механизма окисления металлов. Развитие науки часто характеризуется выдвижением новой проблемы и попыткой ее решения. Выдвижение проблемы и привлечение к ней внимания ученых закладывает основы более глубокого познания природы.

Бойлю удалось внести важный вклад и в другую область химии. Речь идет о предпринятом им исследовании "химического средства", рассматриваемого как притяжение и соударение мельчайших частиц ("корпускул"). Развивая представления античных ученых, Бойль считал, что частицы имеют различные формы. Но, в отличие от геометрических форм Платона (треугольников, квадратов и т. д.) и "геометрического" взаимодействия, Бойль полагал, что "корпускулы" связываются механически — за счет специальных форм (застежек, зубцов) и т. д. Н. Лемери в своем учебнике "Курс химии" (1675 г.) систематизировал и развил далее корпускулярные представления, обращая особое внимание на влияние формы и размеров частиц при их взаимодействии. Лемери считал, что частицы кислот, например, имеют особые отростки — "спицы", которые проникают в соответствующие "поры" атомов металлов, растворяющихся в кислотах, или в "поры" щелочей.

Иоганн Иоахим Бехер (1635-1682).[75]

В целом, химики в XVI-XVII вв. располагали многочисленными экспериментальными данными, которым они еще не могли дать объяснение. Теоретические модели атомистов XVI-XVII в. были попытками преодолеть устаревшие взгляды и сформулировать представления о протекании химических процессов на основе механистической картины мира. Дальнейшему прогрессу в развитии атомистических представлений способствовали работы Карла Фридриха Венцеля и Иеремии Вениамина Рихтера. Эти ученые считали, что вещества соединяются друг с другом лишь в определенных, неизменных отношениях (К. Венцель "Учение о сродстве тел", 1777 г.). И. Рихтер, который открыл закон нейтрализации[76], писал, что для получения нейтральных солей должны соблюдаться определенные соотношения между составными частями этих солей ("Начальные основания стехиометрии или искусства измерения химических элементов", 1792-1794 гг.).

Прежде чем в начале XIX в., благодаря трудам Пруста, Дальтона и Берцелиуса, стало развиваться направление химии, называемое ныне классическим, предстояло решить одну очень важную проблему, а именно понять сущность процессов окисления (и горения). Атомистические представления в механистической форме, в которой они существовали в XVII-XVIII вв., не могли помочь найти ее решение. Косвенно, однако, эту проблему помогли разрешить представления об элементах, развитые еще Парацельсом и Иоганном Иоахимом Бехером.

Таблица химических символов, составленная И. И. Бехером

Бехер на основе представлений Парацельса о трех принципах, разработал учение о трех "землях", или трех видах первоматерии, возникавших из одной первичной "земли" ("Подземная физика", 1669 г.). Одна из них — "жирная земля" — сначала соответствовала по смыслу принципу — сере. Однако жирная земля не была идентична сере. Жирная земля ("горючая земля") была "химической субстанцией", которая содержалась во всех горючих и окисляющихся телах. При горении и окислении она выделялась из разнообразных веществ. В отличие от реальной серы жирная земля являлась гипотетическим веществом, которым можно было оперировать при построении различных теорий, не пытаясь обнаружить его экспериментально.

Теория флогистона

Творец этой теории — Георг Эрнст Шталь — пошел в рассуждениях дальше своих предшественников и заменил понятие "жирная земля" представлением о "флогистоне" (от древнегреческого слова "флогистос" — воспламеняющийся, горючий). Во многих работах Шталь развивал учение о флогистоне, используя его для объяснения особенностей протекания окислительных процессов в органической и неорганической природе ("Основания зимотехники или общая теория брожения", 1697 г.; "Случайные мысли и полезные размышления к спору о так называемой сере", 1716 г.).

Шталь считал, что флогистон содержится во всех горючих и способных к окислению веществах. Горение (или окисление) рассматривалось им как процесс, при котором тело теряет флогистон. Воздух играет при этом особо важную роль. Он необходим для окисления, чтобы "вбирать" в себя флогистон. Из воздуха флогистон попадает в листья растений и в их древесину, из которых при восстановлении он вновь освобождается и возвращается телу (например, "металлической извести", нагреваемой на куске древесного угля).

Так впервые была сформулирована теория, описывающая процессы горения. Ее особенности и новизна состояли в том, что одновременно рассматривались во взаимосвязи процессы окисления и восстановления. Теория флогистона развивала идеи Бехера и атомистические представления. Она позволила объяснить протекание различных процессов в ремесленной химии и, в первую очередь, в металлургии и оказала громадное влияние на развитие химических ремесел и совершенствование методов "экспериментального искусства" в химии [40].

Теория флогистона способствовала и развитию учения об элементах. Приверженцы теории флогистона называли элементами оксиды металлов, рассматривая их как металлы, лишенные флогистона. Металлы же, напротив, считали соединениями элементов [оксидов металлов] с флогистоном. Потребовалось лишь поставить все положения этой теории "с головы на ноги". Это и сделал А. Лавуазье спустя шесть десятилетий. Тогда химики смогли прийти к тому представлению об элементе, которое до сих пор сохранило свое значение.

Формированию нового понятия "элемент" благоприятствовал ряд обстоятельств. Прежде всего, в результате работ химиков-флогистиков была впервые создана завершенная теоретическая система, положения которой, казалось, полностью подтверждались при экспериментальном изучении реакций окисления и восстановления. Эта же теория позволила раскрыть механизм важнейших химических превращений. Почти все химики XVIII в. были приверженцами теории флогистона. Активным сторонником этой теории в начале своей деятельности был и А. Лавуазье, который в конце концов "низвергнул" флогистон, доказав, что для объяснения окислительно-восстановительных процессов не требуется никакого гипотетического вещества. Лавуазье много размышлял о механизме химических реакций, и вывод, к которому он пришел, оказал большое влияние на дальнейшее развитие химии: количественные отношения взаимодействующих веществ — важнейший фактор, во многом определяющий ход химических реакций.

Георг Эрнст Шталь (1659-1734) (разработал теорию флогистона и впервые доказал взаимосвязь процессов восстановления и окисления; кроме того, пытался применить новые химические знания для совершенствования химических ремесел и энергично боролся против алхимии).[77]

В то же время другие химики пытались сугубо умозрительно разрешить противоречие: отчего, несмотря на потерю флогистона, металлы при прокаливании увеличиваются в весе. Лавуазье, нашел неопровержимые доказательства выдвинутым им теоретическим представлениям. При этом он опирался на результаты не только собственных опытов, но и на экспериментальные данные современников (Пристли, Шееле, Кавендиша).

Прежде чем перейти к рассмотрению фазы наивысшего развития знаний, которой завершился данный этап развития химии, обратимся к одному из более ранних периодов истории. Это необходимо по следующей причине. Некоторые историки химии считают, что флогистонное учение было шагом назад по сравнению с представлениями Бойля, Мэйоу и Рея. Подобное мнение оспаривает Ирен Штрубе в статье "О проблемах единства исторического и логического развития химических теорий в XVIII в." [93]. По ее мнению, хотя Бойль и критиковал устаревшие представления об элементах, сам он не смог дать новой трактовки этого понятия. Так, уже Лемери считал недостаточным представление Бойля, согласно которому все вещества состоят из бескачественной первоматерии, образующей корпускулы. Поэтому наряду с использованием атомистических представлений Лемери развивал учение об элементах. Бойль понимал, что без более точного определения понятия "элемент" химия не может развиваться дальше. Поэтому он предполагал, что, вероятно, элементами следует называть вещества, обладающие большой устойчивостью к сохранению собственной индивидуальности при взаимодействии с другими телами: например, золото и ртуть, которые можно выделить в их первоначальном виде из различных соединений. Но это был вывод скорее из практических наблюдений, не во всем совпадавший с теоретическими представлениями Бойля: все вещества в конечном итоге распадаются до корпускул — частичек бескачественной первоматерии. Гук и Мэйоу придерживались понятия элемента, близкого к тому, которое рассматривал Парацельс. Но в то же время они разделяли и корпускулярные представления Бойля.

Титульный лист работы Г. Э. Шталя

Формулирование понятия "элемент" стало возможным лишь тогда, когда химики начали правильно трактовать процесс горения.

Впервые ученые усомнились в справедливости прежних представлений о природе горения после того, как было обнаружено увеличение веса [массы] металлов при прокаливании. Тогда же возникло предположение, что процесс горения может и не сопровождаться появлением огня. Еще ближе к решению этой проблемы удалось подойти, когда установили, что воздух является причиной увеличения веса [массы] веществ при окислении. Жан Рей писал по этому поводу: "Увеличение веса происходит благодаря воздуху. Воздух в сосуде уплотняется все сильнее и сильнее по мере того, как на него действует тепло печи. Он становится при этом более тяжелым и липким: смешивается с известью[78] и прочно пристает к ее мельчайшим частицам." [96].

Р. Гук и Д. Мэйоу сделали еще шаг вперед к изучению механизмов окисления. Гук исследовал окисление металлов в разреженном воздухе и пришел к выводу, что в этом процессе играет роль не весь воздух, а особые "воздушные частицы", которые имеют важное значение и для горения. Мэйоу назвал эти частицы "селитряный воздух", поскольку установил, что такие специфические частицы содержатся и в селитре. Наблюдая горение в замкнутом пространстве (под стеклянным колоколом, погруженным в воду), Мэйоу установил, что в этом процессе принимает участие лишь четвертая часть воздуха.

Если рассматривать результаты этих исследований с точки зрения химика второй половины XX в., то трудно удержаться, чтобы не приписать Мэйоу открытие кислорода и понимание механизма процесса горения. В таком случае создание теории флогистона оказывается шагом назад. Однако взаимосвязи ни в истории химии, ни в общем развитии теоретического знания, отнюдь не были простыми. Для становления научной химии нужна была революция — такая же, какую произвело в астрономии создание системы Коперника. Мэйоу, который, казалось бы, пошел дальше других химиков в познании процессов горения, на самом деле оставался в плену устаревших представлений. Для него металл, например, все еще был соединением, которое "разделялось" при горении. Мэйоу приписывал "селитряному воздуху" следующие свойства: он должен разлагать металл при прокаливании, чтобы освобождались "горючие частицы". Частицы "селитряного воздуха" в процессах горения должны были соединяться с частицами соли в металле (в то время считалось, что металлы состоят из трех первоэлементов — серы, ртути и соли). За счет такого соединения происходит увеличение веса [массы] металлической извести [оксида]. Таким образом, Джону Мэйоу не удалось усовершенствовать существовавшие ранее представления о горении. Обнаруженные им факты Мэйоу не сумел объяснить в свете основных положений химии. Прогресс, достигнутый в развитии химии благодаря созданию флогистонной теории, состоял в том, что Шталь предложил механизмы реакций окисления — восстановления и эмпирически попытался доказать их, рассмотрел отношения между начальными и конечными продуктами прямых и обратных химических реакций [93, с. 103]. После открытия Шталя окисление и восстановление стали рассматриваться как взаимосвязанные процессы. Доказательством этого послужили эксперименты по прокаливанию (окислению) металла и его восстановлению углем, а также по превращению серы при горении в диоксид и триоксид серы — с одной стороны, и восстановлению серы из оксидов — с другой. Флогистон при этом рассматривался как вещество, состоящее из мельчайших "частиц". Так же, как "частицы" тепла и света, "корпускулы флогистона" считалось невозможным обнаружить "вещественно". По мнению Шталя, воздух был лишь объектом, который помогал выделять частицы флогистона из различных веществ и поглощать их ("удерживать в себе").

Приборы для демонстрации изменений в составе воздуха (из работы Дж. Мэйоу). Слева направо — при погружении железа в азотную кислоту; при сжигании камфоры с помощью нагревательной линзы; при дыхании животного (все опыты проводятся в закрытых объемах воздуха)

Шталь объяснял процессы окисления и восстановления участием в них флогистона. Поэтому, в отличие от взглядов Мэйоу, для теории Шталя не было важным рассмотрение роли воздуха в процессе окисления. Наблюдение над повышением веса [массы] прокаливаемого металла для Шталя было тесно связано с проблемой "отрицательного веса" флогистона[79]. Несмотря на одностороннюю, лишь качественную характеристику процессов, происходящих при горении, теория флогистона имела громадное значение для объяснения и систематизации именно этих превращений.

М. В. Ломоносов (сформулировал в общем виде закон сохранения массы и оказал большое влияние на развитие химии и химической промышленности в России).[80]

Однако с течением времени эта теория все чаще стала подвергаться критике именно в связи с экспериментальными данными о количественных соотношениях веществ, вступающих в химические реакции. М. В. Ломоносов обращал внимание химиков на роль воздуха в процессах прокаливания металлов. Он предпочел представления Мэйоу теории флогистона, так как считал, что теория флогистона не позволяет объяснить процессы, происходящие при прокаливании металлов, в соответствии с законом сохранения материи. Но доказать это экспериментально и теоретически первым сумел А. Лавуазье, который, как мы уже отмечали, сначала также был сторонником учения о флогистоне.

Механизм реакций

Лавуазье заметил, что при горении фосфора и серы так же, как и при прокаливании металлов, происходит увеличение веса вещества. Казалось бы естественным сделать вывод: увеличение веса сжигаемого вещества происходит при всех процессах горения. Однако вывод этот настолько противоречил положениям теории флогистона, что нужна была недюжинная смелость, чтобы высказать его хотя бы в виде гипотезы.

Лавуазье решил проверить высказанные ранее Бойлем, Реем, Мэйоу и Ломоносовым гипотезы о роли воздуха в процессах горения. Он опирался вначале на представления Шталя об особенностях реакций, протекающих при горении. Поэтому Лавуазье интересовался тем, увеличивается ли количество воздуха, если в нем происходит восстановление окисленного тела и выделение благодаря этому дополнительного воздуха. Лавуазье удалось доказать, что действительно количество воздуха при этом возрастает. Это открытие Лавуазье назвал самым интересным со времени работ Шталя. Поэтому в ноябре 1772 г. он направил в Парижскую Академию наук специальное сообщение о полученных им результатах.

На следующем этапе исследований Лавуазье полагал выяснить, какова природа "воздуха", соединяющегося с горючими телами при их окислении. Однако все попытки установить природу этого "воздуха" в 1772-1773 гг. окончились безрезультатно[81]. Дело в том, что Лавуазье, так же как и Шталь, восстанавливал "металлические извести" путем непосредственного контакта с "углеобразной материей" и тоже получал при этом диоксид углерода, состав которого он не мог тогда установить. Как считал Лавуазье, "уголь сыграл с ним злую шутку". Однако Лавуазье, как и многим другим химикам, не приходила мысль, что восстановление оксидов металлов можно осуществить нагреванием с помощью зажигательного стекла. Но вот осенью 1774 г. Джозеф Пристли сообщил, что при восстановлении окиси ртути с помощью зажигательного стекла образуется новый вид воздуха — "дефлогистированный воздух" (как он называл кислород). Незадолго до этого кислород был открыт Шееле, но сообщение об этом было опубликовано с большим запозданием[82].

Карл Вильгельм Шееле (1742-1786)[83]

Шееле и Пристли объясняли наблюдаемое ими явление выделения кислорода с позиций флогистонной теории. Только Лавуазье смог использовать открытие кислорода в качестве главного аргумента против теории флогистона.

Весной 1775 г. Лавуазье воспроизвел опыт Пристли. Он хотел получить кислород и проверить, был ли кислород тем компонентом воздуха, благодаря которому происходило горение или окисление металлов. Лавуазье удалось не только выделить кислород, но и вновь получить оксид ртути. Одновременно Лавуазье определял весовые отношения вступающих в эту реакцию веществ. Ученому удалось доказать, что отношения количеств веществ, участвующих в реакциях окисления и восстановления, остаются неизменными. Таким образом, Лавуазье изучил качественно и количественно процессы окисления — восстановления. Он доказал, что для объяснения хода этих реакций нет необходимости привлекать представление о флогистоне.

Однако оставались нерешенными другие вопросы. Что, например, происходит с водородом при горении? Долгое время все попытки Лавуазье ответить на этот вопрос были безуспешными. Лишь после того, как Лавуазье применил методику, разработанную Кавендишем, ему удалось летом 1784 г. получить воду в результате сгорания смеси кислорода и водорода при пропускании через нее электричества в изолированном стеклянном колоколе. Несколько дней спустя Гаспар Монж повторил этот опыт и отметил, что вес образовавшейся воды был равен сумме весов взаимодействовавших кислорода и водорода. Так теория горения, разработанная Лавуазье, нашла новое экспериментальное подтверждение. Однако Лавуазье не остановился на достигнутом.

Стремясь всесторонне изучить механизм химических превращений, Лавуазье искал способ разложения воды на водород и кислород. Ученому удалось разработать методику, благодаря которой он достиг поставленной перед собой цели. Лавуазье пропускал водяные пары через раскаленную медную трубку, в которой находились железные опилки. При этом кислород связывался с железом в начале трубки, а водород собирался в ее конце. Определение веса образовавшихся веществ вновь блестяще подтвердило основные положения кислородной теории Лавуазье и закон сохранения материи [97-99].

"Революция в химии", произведенная Лавуазье

Работы Лавуазье произвели в химии, пожалуй, такую же революцию, как два с половиной века до того открытия Коперника в астрономии. Вещества, которые раньше считались элементами, как показал Лавуазье, оказались соединениями, состоящими в свою очередь из сложных "элементов". Открытия и воззрения Лавуазье оказали громадное влияние не только на развитие химической теории, но и на всю систему химических знаний. Они так преобразовали саму основу химических знаний и языка, что следующие поколения химиков, по существу, не могли понять даже терминологию, которой пользовались до Лавуазье. На этом основании впоследствии стали считать, что о "подлинной" химии нельзя говорить до открытий Лавуазье. Преемственность химических исследований при этом была забыта. Только историки химии начали вновь воссоздавать действительно существовавшие закономерности развития химии. При этом было выяснено, что "химическая революция" Лавуазье была бы невозможна без существования до него определенного уровня химических знаний.

Развитие химических знаний Лавуазье увенчал созданием новой системы, в которую вошли важнейшие достижения химии прошлых веков. Эта система, правда, в значительно расширенном и исправленном виде, стала основой научной химии.

Прежде всего Лавуазье заменил устаревшие понятия элемента новыми. Достижения в области экспериментальной и практической химии ко времени Лавуазье позволили отказаться от гипотетических элементов Аристотеля и алхимиков. После работ Лавуазье элементом стали называть вещество, которое не могло быть далее разложено никакими химическими способами. Не следует предъявлять слишком строгие требования к этому определению. Ведь Лавуазье еще не мог знать, что при помощи специальных способов и методов в дальнейшем окажется возможным разделить "неразделимые" в то время вещества. Предложенное Лавуазье определение элемента было прогрессивным: оно давало химикам четкие критерии, но не накладывало жесткие рамки на использование различных методов изучения элементов. Для развития химии определение Лавуазье было чрезвычайно плодотворным. Оно стимулировало попытки разложения веществ всеми доступными средствами. Так было открыто большинство химических элементов в первой половине XIX в.

С изменением краеугольного понятия — химического элемента — новой химической системе потребовалась и новая терминология, в которой названия веществ были бы проще и понятнее. Кроме того, существовавшие ранее названия различных веществ, не отражая химической сущности их, были настолько сложны и трудны для восприятия, что быстро забывались. В 1787 г. Лавуазье объявил Академии наук в Париже о результатах работы возглавляемой им специальной комиссии по созданию новой химической номенклатуры. Члены комиссии — ведущие химики Франции — Гитон де Морво, Бертолле и Фуркруа дали новые названия химическим элементам и предложили составлять наименования сложных тел, учитывая названия элементов, входящих в их состав. Элементами с тех пор стали называть такие вещества, которые не могли быть разделены на части химическим анализом, например, металлы, фосфор, серу, кислород и водород. Соединениями считались все вещества, состоящие из двух и более элементов.

Названия элементов подбирались таким образом, чтобы они отражали и особенности реагирования данного вещества. Так, элемент, который Пристли считал "дефлогистированным воздухом", Шееле — "огненным воздухом", а Лавуазье — "жизненным воздухом", стал называться по новой номенклатуре кислородом (oxygene), так как этот газ при сгорании превращал многие вещества в "кислоты"[84]. "Горючий воздух" получил название водорода (hydrogene), поскольку при его горении в кислороде образовывалась вода. "Удушливый воздух", согласно решению комиссии, стал называться азотом ("удушающее вещество"), потому что этот газ "душил" горение и дыхание[85].

Джозеф Пристли (1733-1804) (для проведения опытов с газами предложил новую конструкцию пневматической ванны с ртутным затвором и таким образом смог изолировать газы, растворимые в воде)[86]

Кислоты получили названия от тех элементов, из которых они были образованы. Поэтому одна из кислот, в состав которой входила сера, стала называться теперь не "купоросным маслом", а серной кислотой. Кислоты, содержащие фосфор, комиссия постановила называть фосфорными кислотами; кислоту, в состав которой входит углерод,- угольной кислотой.

Новая терминология была прогрессивной, потому что в названиях соединений отражался их состав. Это значительно облегчило систематизацию веществ с учетом данных новейших экспериментальных исследований.

Генри Кавендиш (1731-1810) (один из самых знаменитых представителей пневматической химии, открыл многие газы и первый доказал образование воды при сгорании водорода)[87]

Лавуазье совершил революционный переворот в химии. Но понять это смогли отнюдь не все химики XVIII в. Пристли, Шееле и Кавендиш, которые сами внесли столь важный вклад в подготовку этого "революционного переворота", так и остались приверженцами теории флогистона. Они пытались объяснить сделанные ими открытия в свете устаревших теорий. Только Лавуазье удалось рассмотреть эти явления с абсолютно иных позиций. Некоторые химики, как, например, Грен, пытались связать две системы воедино. Однако уже спустя примерно два десятилетия кислородная теория Лавуазье стала общепринятой. В начале XIX в. трудно было найти химиков, которые бы использовали в своих работах "язык" и понятия теории флогистона.

Широкое использование положений новой теории, новых понятий и обозначающих их терминов облегчили объяснение и понимание химиками результатов экспериментальных исследований Венцеля и Рихтера (проведенных еще во времена господства теории флогистона).

Аппараты Г. Кавендиша для выделения и улавливания газов

Примерно в это же время была решена и другая важнейшая проблема химии: показано, каким образом и в каких количественных отношениях соединяются элементы друг с другом. Пруст открыл закон постоянства состава веществ: химические элементы соединяются друг с другом в определенных (постоянных) весовых отношениях. Тогда же Джон Дальтон открыл закон кратных отношений: весовые соотношения двух элементов, которые образуют различные соединения (как, например, С и О составляют СО или С02), имеют вид простых целых чисел 1:1, 1:2, 1:3 и т. д. Широко используя на практике выводы из этого закона, Дальтон в начале XIX в. построил новую атомистическую теорию (химическую атомистику), а Якоб Берцелиус немного позже определил относительные атомные веса [атомные массы] и предложил обозначения элементов и их соединений, почти полностью сохранившиеся до наших дней. Таким образом, были созданы важнейшие положения классической химии.

В итоге в начале XIX в. изменилось и место химии среди других областей знания и производственной деятельности. Химия стала вполне самостоятельной научной дисциплиной, которая играла все возрастающую роль в промышленной революции XIX-XX вв.