Восемнадцатый век, Франция, Париж. Антуан Лоран Лавуазье, один из будущих творцов химической науки, после многолетних экспериментов с разными веществами в тиши своей лаборатории вновь и вновь убеждается в том, что совершил подлинную революцию в науке. Его простые по сути химические опыты по сжиганию веществ в герметически закрытых объемах полностью опровергают общепринятую в то время теорию флогистона. Но веские, строго количественные доказательства в пользу новой "кислородной" теории горения в ученом мире не принимаются. Очень уж прочно засела в головах наглядная и удобная флогистонная модель.
Что же делать? Убив два-три года на бесплодные усилия отстоять свою идею, Лавуазье приходит к заключению, что до чисто теоретических аргументов его научное окружение еще не дозрело и следует пойти совершенно иным путем. В 1772 году великий химик решается с этой целью на необычный эксперимент. Он приглашает всех желающих принять участие в зрелище по сжиганию в запаянном котле… увесистого куска алмаза. Как же тут удержаться от любопытства? Ведь речь идет не о чем-нибудь, а об алмазе!
Вполне понятно, что вслед за сенсационным сообщением в лабораторию вместе с обывателями валом повалили и ярые оппоненты ученого, до этого никак не желавшие вникать в его опыты со всякой там серой, фосфором и углем. Помещение было надраено до блеска и сияло не меньше, чем приговоренный к публичному сожжению драгоценный камень. Надо сказать, что лаборатория Лавуазье по тем временам принадлежала к одной из лучших в мире и вполне соответствовала дорогостоящему эксперименту, в котором идейным противникам хозяина теперь просто не терпелось принять участие.
Алмаз не подвел: сгорел без видимого следа, согласно тем же законам, что распространялись и на другие презренные вещества. Ничего существенно нового с научной точки зрения не произошло. Зато "кислородная" теория, механизм образования "связанного воздуха" (углекислого газа) наконец-то дошли до сознания даже самых закоренелых скептиков. Они поняли, что алмаз исчез не бесследно, а под воздействием огня и кислорода претерпел качественные изменения, превратился в нечто иное. Ведь по окончании эксперимента колба весила ровно столько, сколько в начале. Так с ложным исчезновением у всех на глазах алмаза из научного лексикона навсегда исчезло слово "флогистон", обозначающее гипотетическую составную часть вещества, якобы теряемую при его горении.
Но свято место пусто не бывает. Одно ушло, другое пришло. Флогистонную теорию вытеснил новый фундаментальный закон природы - закон сохранения материи. Лавуазье был признан историками науки первооткрывателем этого закона. Убедить в его существовании человечество помог алмаз. В то же время эти же историки напустили вокруг нашумевшего события такие клубы тумана, что разобраться в достоверности фактов до сих пор представляется довольно непростым делом. Приоритет важного открытия вот уже много лет и без всяких к тому оснований оспаривается "патриотическими" кругами самых разных стран: России, Италии, Англии…
Какими же аргументами обосновываются претензии? Самыми нелепыми. В России, например, закон сохранения материи приписывается Михаилу Васильевичу Ломоносову, который в действительности его не открывал. Причем в качестве доказательств борзописцы химической науки беспардонно используют выдержки из его личной переписки, где ученый, делясь с коллегами своими рассуждениями о свойствах материи, якобы собственноручно свидетельствует в пользу этой точки зрения.
Итальянские историографы притязания на приоритет мирового открытия в химической науке объясняют тем, что… Лавуазье не первого осенила догадка использовать в опытах алмаз. Оказывается, еще в 1649 году видные европейские ученые познакомились с письмами, в которых сообщалось о подобных экспериментах. Они были предоставлены Флорентийской Академией наук, и из их содержания следовало, что местные алхимики уже тоща подвергали алмазы и рубины сильному воздействию огня, помещая их в герметически закрытые сосуды. При этом алмазы исчезали, а рубины сохранялись в первозданном виде, из чего делался вывод об алмазе как "поистине волшебном камне, природа которого не поддается объяснению". Ну и что? Все мы так или иначе движемся по стопам предшественников. А то, что алхимиками итальянского Средневековья не была распознана природа алмаза, только лишь наводит на мысль о недоступности их сознанию и многих других вещей, в том числе вопроса о том, куда девается масса вещества при его нагревании в исключающем доступ воздуха сосуде.
Весьма шатко выглядят и авторские амбиции англичан, которые вообще отрицают причастность Лавуазье к сенсационному эксперименту. По их убеждению, в актив великого французского аристократа была несправедливо занесена заслуга, принадлежащая на самом деле их соотечественнику Смитсону Теннанту, который известен человечеству как первооткрыватель двух самых дорогих в мире металлов - осмия и иридия. Именно он, как заявляют англичане, проделывал подобные демонстрационные трюки. В частности, сжигал в золотом сосуде алмаз (до этого графит и древесный уголь). И именно ему принадлежит важное для развития химии умозаключение о том, что все эти вещества имеют одинаковую природу и при сгорании образуют углекислый газ в строгом соответствии с весом сгораемых веществ.
Но как ни тщятся отдельные историки науки хоть в России, хоть в Англии умалить выдающиеся достижения Лавуазье и отвести ему второстепенную роль в уникальных исследованиях, у них все равно ничего не получается. Гениальный француз продолжает оставаться в глазах мировой общественности человеком всеобъемлющего и оригинального ума. Достаточно вспомнить его знаменитый опыт с дистиллированной водой, который раз и навсегда поколебал бытующий в то время среди многих ученых взгляд на способность воды превращаться при нагревании в твердое вещество.
Сложился этот неверный взгляд на основе следующих наблюдений. Когда воду упаривали "досуха", на дне сосуда неизменно обнаруживался твердый остаток, который для простоты называли "землей". Отсюда и ходили разговоры о превращении воды в землю.
В 1770 году Лавуазье подверг расхожее мнение проверке. Для начала он сделал все, чтобы получить как можно более чистую воду. Достичь этого можно было тогда только одним способом - перегонкой. Взяв самую лучшую в природе дождевую воду, ученый перегнал ее восемь раз. Затем наполнил очищенной от примесей водой заранее взвешенную стеклянную емкость, герметично закупорил ее и снова зафиксировал вес. Затем в течение трех месяцев он нагревал этот сосуд на горелке, доведя его содержимое почти до кипения. В итоге на дне емкости действительно оказалась "земля".
Но откуда? Чтобы ответить на этот вопрос, Лавуазье вновь взвесил сухой сосуд, масса которого уменьшилась. Установив, что вес сосуда изменился настолько, насколько появилось в нем "земли", экспериментатор понял, что смущавший коллег твердый остаток просто выщелачивается из стекла, и ни о каких чудодейственных превращениях воды в землю не может быть и речи. Такой вот происходит любопытный химический процесс. И под воздействием высоких температур он протекает намного быстрее.
Юрий Фролов.
История естествознания полна экспериментов, заслуживающих названия странных. Описанная ниже десятка выбрана целиком на вкус автора, с которым можно не соглашаться. Одни из опытов, попавших в эту подборку, закончились ничем. Другие привели к появлению новых отраслей науки. Есть эксперименты, начатые много лет назад, но не оконченные до сих пор.
Так выглядит в наше время полустанок, мимо которого ездила платформа с трубачами, проверяя принцип Доплера.
Доналд Келлог и Гуа.
С помощью этого рисунка можно проверить своё цветовое зрение. Люди с нормальным зрением видят в кружке число 74, дальтоники - число 21.
Что было видно через телескоп во время эксперимента по проверке шарообразности Земли. Рисунок А. Уоллеса.
Пройдёт ещё лет пять, и девятая с 1938 года капля вязкой смолы упадёт в подставленный стакан.
«Биосфера-2» - гигантский герметизированный комплекс зданий из бетона, стальных труб и 5600 стеклянных панелей.
ПРЫЖКИ НЬЮТОНА
В детстве Исаак Ньютон (1643-1727) рос довольно хилым и болезненным мальчиком. В играх на свежем воздухе он обычно отставал от сверстников.
Третьего сентября 1658 года умер Оливер Кромвель, английский революционер, ненадолго ставший полновластным правителем страны. В этот день над Англией пронёсся необычайно сильный ветер. Народ говорил: это сам дьявол прилетал за душой узурпатора! Но в местечке Грэнтем, где в то время жил Ньютон, дети затеяли состязание по прыжкам в длину. Заметив, что прыгать лучше по ветру, чем против него, Исаак обскакал всех соперников.
Позже он занялся опытами: записал, на сколько футов удаётся прыгнуть по ветру, на сколько - против ветра и на какую дальность он может прыгнуть в безветренный день. Так он получил представление о силе ветра, выраженной в футах. Уже став знаменитым учёным, он говорил, что считает эти прыжки своими первыми экспериментами.
Ньютон известен как великий физик, но его первый эксперимент можно отнести скорее к метеорологии.
КОНЦЕРТ НА РЕЛЬСАХ
Был и обратный случай: метеоролог провёл эксперимент, доказавший справедливость одной физической гипотезы.
Австрийский физик Христиан Доплер в 1842 году выдвинул и теоретически обосновал предположение о том, что частота световых и звуковых колебаний должна меняться для наблюдателя в зависимости от того, движется ли источник света либо звука от наблюдателя или к нему.
В 1845 году голландский метеоролог Христофор Бейс-Баллот решил проверить гипотезу Доплера. Он нанял паровоз с грузовой платформой, посадил на платформу двух трубачей и попросил их держать ноту соль (два трубача были нужны для того, чтобы один из них мог набирать воздух, пока другой тянет ноту, и таким образом звук не прерывался). На перроне одного полустанка между Утрехтом и Амстердамом метеоролог разместил нескольких музыкантов без инструментов, но с абсолютным музыкальным слухом. После чего паровоз стал с разной скоростью таскать платформу с трубачами мимо перрона со слушателями, а те отмечали, какую ноту слышат. Потом наблюдателей заставили ездить, а трубачи играли, стоя на перроне. Опыты продолжались два дня, в результате стало ясно, что Доплер прав.
Кстати, позже Бейс-Баллот основал голландскую метеослужбу, сформулировал закон своего имени (если в Северном полушарии стать спиной к ветру, то область низкого давления будет от вас по левую руку) и стал иностранным членом-корреспондентом Петербургской академии наук.
НАУКА, РОДИВШАЯСЯ ЗА ЧАШКОЙ ЧАЯ
Один из основателей биометрии (математической статистики для обработки результатов биологических экспериментов) английский ботаник Роберт Фишер работал в 1910-1914 годах на агробиологической станции близ Лондона.
Коллектив сотрудников состоял из одних мужчин, но однажды на работу приняли женщину, специалистку по водорослям. Ради неё решено было учредить в общей комнате файф-о-клоки. На первом же чаепитии зашёл спор на извечную для Англии тему: что правильнее - добавлять молоко в чай или наливать чай в чашку, где уже есть молоко? Некоторые скептики стали говорить, что при одинаковой пропорции никакой разницы во вкусе напитка не будет, но Мюриэль Бристоль, новая сотрудница, утверждала, что легко отличит «неправильный» чай (английские аристократы считают правильным доливать молоко в чай, а не наоборот).
В соседней комнате приготовили при участии штатного химика разными способами несколько чашек чаю, и леди Мюриэль показала тонкость своего вкуса. А Фишер задумался: сколько раз надо повторить опыт, чтобы результат можно было считать достоверным? Ведь если чашек было бы всего две, угадать метод приготовления вполне можно было чисто случайно. Если три или четыре - случайность тоже могла бы сыграть роль...
Из этих размышлений родилась классическая книга «Статистические методы для научных сотрудников», опубликованная в 1925 году. Методы Фишера биологи и медики используют до сих пор.
Заметим, что Мюриэль Бристоль, по воспоминаниям одного из участников чаепития, правильно определила все чашки.
Кстати, причина того, почему в английском высшем свете принято доливать молоко в чай, а не наоборот, связана с физическим явлением. Знать всегда пила чай из фарфора, который может лопнуть, если сначала налить в чашку холодное молоко, а потом добавить горячий чай. Простые же англичане пили чай из фаянсовых или оловянных кружек, не опасаясь за их целость.
ДОМАШНИЙ МАУГЛИ
В 1931 году необычный эксперимент провела семья американских биологов - Уинтроп и Люэлла Келлог. Прочитав статью о печальной судьбе детей, росших среди животных - волков или обезьян, биологи задумались: а что, если сделать наоборот - попытаться воспитать обезьяньего детёныша в человеческой семье? Не приблизится ли он к человеку? Сначала учёные хотели переселиться со своим маленьким сыном Доналдом на Суматру, где нетрудно было бы среди орангутанов найти компаньона для Доналда, но на это не хватило денег. Однако Йельский центр по изучению человекоподобных обезьян одолжил им маленькую самку шимпанзе, которую звали Гуа. Ей было семь месяцев, а Доналду - 10.
Супруги Келлог знали, что почти за 20 лет до их эксперимента русская исследовательница Надежда Ладыгина уже пыталась воспитывать, как воспитывают детей, годовалого шимпанзёнка и за три года не добилась успехов в «очеловечивании». Но Ладыгина проводила опыт без участия детей, и Келлоги надеялись, что совместное воспитание с их сыном даст другие результаты. К тому же нельзя было исключить, что годовалый возраст уже поздноват для «перевоспитания».
Гуа приняли в семью и стали воспитывать наравне с Доналдом. Друг другу они понравились и вскоре стали неразлучны. Экспериментаторы записывали каждую деталь: Доналду нравится запах духов, Гуа его не любит. Проводили опыты: кто быстрее догадается, как с помощью палки добыть печенье, подвешенное к потолку посреди комнаты на нитке? А если завязать мальчику и обезьянке глаза и позвать их по имени, кто лучше определит направление, откуда идёт звук? В обоих тестах победила Гуа. Зато когда Доналду дали карандаш и бумагу, он сам начал что-то карябать на листе, а обезьянку пришлось учить, что можно делать с карандашом.
Попытки приблизить обезьяну к человеку под влиянием воспитания оказались скорее неудачными. Хотя Гуа часто передвигалась на двух ногах и научилась есть ложкой, даже стала немножко понимать человеческую речь, она приходила в замешательство, когда знакомые люди появлялись в другой одежде, её не удалось научить выговаривать хотя бы одно слово - «папа» и она, в отличие от Доналда, не смогла освоить простенькую игру типа наших «ладушек».
Однако эксперимент пришлось прервать, когда выяснилось, что к 19 месяцам и Дональд не блистал красноречием - он освоил всего три слова. И что ещё хуже, желание поесть он стал выражать типичным обезьяньим звуком вроде взлаивания. Родители испугались, что постепенно мальчик опустится на четвереньки, а человечий язык так и не освоит. И Гуа отослали обратно в питомник.
ГЛАЗА ДАЛЬТОНА
Речь пойдёт об эксперименте, проведённом по просьбе экспериментатора после его смерти.
Английский учёный Джон Дальтон (1766-1844) памятен нам в основном своими открытиями в области физики и химии, а также первым описанием врождённого недостатка зрения - дальтонизма, при котором нарушено распознавание цветов.
Сам Дальтон заметил, что страдает этим недостатком, только после того, как в 1790 году увлёкся ботаникой и оказалось, что ему трудно разобраться в ботанических монографиях и определителях. Когда в тексте шла речь о белых или жёлтых цветках, он не испытывал затруднений, но если цветки описывались как пурпурные, розовые или тёмно-красные, все они казались Дальтону неотличимыми от синих. Нередко, определяя растение по описанию в книге, учёному приходилось спрашивать у кого-нибудь: это голубой или розовый цветок? Окружающие думали, что он шутит. Дальтона понимал только его брат, обладавший тем же наследственным дефектом.
Сам Дальтон, сравнивая своё цветовосприятие с видением цветов друзьями и знакомыми, решил, что в его глазах имеется какой-то синий светофильтр. И завещал своему лаборанту после смерти извлечь его глаза и проверить, не окрашено ли в голубоватый цвет так называемое стекловидное тело - студенистая масса, заполняющая глазное яблоко?
Лаборант выполнил завещание учёного и не нашёл в его глазах ничего особенного. Он предположил, что у Дальтона, возможно, было что-то не в порядке со зрительными нервами.
Глаза Дальтона сохранились в банке со спиртом в Манчестерском литературно-философском обществе, и уже в наше время, в 1995 году, генетики выделили и исследовали ДНК из сетчатки. Как и следовало ожидать, в ней обнаружились гены дальтонизма.
Нельзя не упомянуть ещё о двух крайне странных опытах с органами зрения человека. Исаак Ньютон, вырезав из слоновой кости тонкий изогнутый зонд, запускал его себе в глаз и давил им на заднюю сторону глазного яблока. При этом в глазу возникали цветные вспышки и круги, из чего великий физик сделал вывод, что мы видим окружающий мир потому, что свет оказывает давление на сетчатку. В 1928 году один из пионеров телевидения, английский изобретатель Джон Бэйрд, пытался использовать человеческий глаз в качестве передающей камеры, но, естественно, потерпел неудачу.
НЕУЖЕЛИ ЗЕМЛЯ - ШАР?
Редкий пример эксперимента в географии, которая вообще-то не является экспериментальной наукой.
Выдающийся английский биолог-эволюционист, соратник Дарвина - Альфред Рассел Уоллес был активным борцом против лженауки и всяческих суеверий (см. «Наука и жизнь» № 5, 1997 г.).
В январе 1870 года Уоллес прочитал в одном научном журнале объявление, податель которого предлагал спор на 500 фунтов стерлингов тому, кто возьмётся наглядно доказать шарообразность Земли и «продемонстрирует способом, понятным каждому разумному человеку, выпуклую железную дорогу, реку, канал или озеро». Спор предлагал некий Джон Хэмден, автор книги, доказывавшей, что Земля на самом деле - плоский диск.
Уоллес решил принять вызов и для демонстрации закруглённости Земли выбрал прямолинейный отрезок канала длиной шесть миль. В начале и в конце отрезка стояли два моста. На одном из них Уоллес установил строго горизонтально 50-кратный телескоп с нитями визира в окуляре. Посреди канала, на расстоянии трёх миль от каждого моста, он поставил высокую вешку с чёрным кружком на ней. На другой мост навесил доску с горизонтальной чёрной полосой. Высота над водой телескопа, чёрного кружка и чёрной полосы была совершенно одинаковой.
Если Земля (и вода в канале) плоская, чёрная полоса и чёрный кружок должны совпасть в окуляре телескопа. Если же поверхность воды выпуклая, повторяет выпуклость Земли, то чёрный кружок должен оказаться выше полосы. Так и получилось (см. рисунок). Причём размер расхождения хорошо совпадал с расчётным, выведенным из известного радиуса нашей планеты.
Однако Хэмден отказался даже посмотреть в телескоп, прислав для этого своего секретаря. А секретарь заверил собравшихся, что обе метки находятся на одном уровне. Если некоторое расхождение и наблюдается, то это связано с аберрациями линз телескопа.
Последовал многолетний судебный процесс, в результате которого Хэмдена всё же заставили выплатить 500 фунтов, но Уоллес потратил на судебные издержки значительно больше.
ДВА САМЫХ ДОЛГИХ ЭКСПЕРИМЕНТА
Возможно, самый начат 130 лет назад (см. «Наука и жизнь» № 7, 2001 г.) и пока не закончен. Американский ботаник У. Дж. Бил в 1879 году закопал в землю 20 бутылок с семенами распространённых сорняков. С тех пор периодически (сначала каждые пять, потом десять, а ещё позже - каждые двадцать лет) учёные выкапывают одну бутылку и проверяют семена на всхожесть. Некоторые особо стойкие сорняки прорастают до сих пор. Следующую бутылку должны достать весной 2020 года.
Самый длительный физический эксперимент начал в университете австралийского города Брисбена профессор Томас Парнелл. В 1927 году он поместил в укреплённую на штативе стеклянную воронку кусок твёрдой смолы - вара, который по молекулярным свойствам является жидкостью, хотя и очень вязкой. Затем Парнелл нагрел воронку, чтобы вар слегка расплавился и затёк в носик воронки. В 1938 году первая капля смолы упала в подставленный Парнеллом лабораторный стакан. Вторая упала в 1947 году. Осенью 1948 года профессор скончался, и наблюдение за воронкой продолжили его ученики. С тех пор капли падали в 1954, 1962, 1970, 1979, 1988 и 2000 годах. Периодичность падения капель в последние десятилетия замедлилась из-за того, что в лаборатории смонтировали кондиционер и стало холоднее. Любопытно, что ни разу капля не падала в присутствии кого-либо из наблюдателей. И даже когда в 2000 году перед воронкой смонтировали веб-камеру для передачи изображения в интернет, в момент падения восьмой и на сегодня последней капли камера отказала!
Опыт ещё далёк от завершения, но уже ясно, что вар в сто миллионов раз более вязок, чем вода.
БИОСФЕРА-2
Это самый масштабный эксперимент из попавших в наш произвольный список. Решено было сделать действующую модель земной биосферы.
В 1985 году более двухсот американских учёных и инженеров объединились для того, чтобы построить в пустыне Сонора (штат Аризона) огромное стеклянное здание с образцами земной флоры и фауны. Планировали герметически закрыть здание от любых поступлений посторонних веществ и энергии (кроме энергии солнечного света) и поселить здесь на два года команду из восьми добровольцев, которых сразу прозвали «бионавтами». Эксперимент должен был способствовать изучению связей в естественной биосфере и проверить возможность длительного существования людей в замкнутой системе, например при дальних космических полётах. Поставлять кислород должны были растения; вода, как рассчитывали, будет обеспечиваться естественным круговоротом и процессами биологического самоочищения, пища - растениями и животными.
Внутренняя площадь здания (1,3 га) делилась на три основные части. В первой разместились образцы пяти характерных экосистем Земли: участок тропического леса, «океан» (бассейн с солёной водой), пустыня, саванна (с протекающей через неё «рекой») и болото. Во всех этих частях поселили отобранных ботаниками и зоологами представителей флоры и фауны. Вторую часть здания отвели системам жизнеобеспечения: четверть гектара для выращивания съедобных растений (139 видов, считая тропические фрукты из «леса»), бассейны для рыбы (взяли тиляпию, как неприхотливый, быстро растущий и вкусный вид) и отсек биологической очистки сточных вод. Наконец, имелись жилые отсеки для «бионавтов» (каждому - 33 квадратных метра с общей столовой и гостиной). Солнечные батареи обеспечивали электроэнергию для компьютеров и ночного освещения.
В конце сентября 1991 года восемь человек «замуровались» в стеклянной оранжерее. И вскоре начались проблемы. Погода оказалась необычайно облачной, фотосинтез шёл слабее нормы. К тому же в почве размножились бактерии, потребляющие кислород, и за 16 месяцев его содержание в воздухе снизилось с нормальных 21% до 14%. Пришлось добавлять кислород извне, из баллонов. Урожаи съедобных растений оказались ниже расчётных, население «Биосферы-2» постоянно голодало (хотя уже в ноябре пришлось вскрыть продуктовый НЗ, за два года опыта средняя потеря веса составила 13%). Исчезли заселённые насекомые-опылители (вообще вымерло от 15 до 30% видов), зато размножились тараканы, которых никто не заселял. «Бионавты» всё же худо-бедно смогли просидеть в заточении намеченные два года, но в целом эксперимент оказался неудачным. Впрочем, он лишний раз показал, насколько тонки и уязвимы механизмы биосферы, обеспечивающие нашу жизнь.
Гигантское сооружение используется сейчас для отдельных опытов с животными и растениями.
СЖИГАНИЕ АЛМАЗА
В наше время уже никого не удивляют опыты дорогостоящие и требующие огромных экспериментальных установок. Однако 250 лет назад это было в новинку, поэтому смотреть на поразительные опыты великого французского химика Антуана Лорана Лавуазье сходились толпы народа (тем более что опыты проходили на свежем воздухе, в саду около Лувра).
Лавуазье исследовал поведение разных веществ при высоких температурах, для чего построил гигантскую установку с двумя линзами, концентрировавшими солнечный свет. Изготовить собирательную линзу диаметром 130 сантиметров и сейчас задача нетривиальная, а в 1772 году это было просто невозможно. Но оптики нашли выход: сделали два круглых вогнутых стекла, спаяли их и в промежуток между ними налили 130 литров спирта. Толщина такой линзы в центре составляла 16 сантиметров. Вторая линза, помогавшая собрать лучи ещё сильнее, была раза в два меньше, и её изготовили обычным способом - шлифованием стеклянной отливки. Эту оптику установили на (её рисунок можно видеть в «Науке и жизни» 8, 2009 г.). Продуманная система рычагов, винтов и колёс позволяла наводить линзы на Солнце. Участники опыта были в закопчённых очках.
В фокус системы Лавуазье помещал различные минералы и металлы: песчаник, кварц, цинк, олово, каменный уголь, алмаз, платину и золото. Он отметил, что в герметически запаянном стеклянном сосуде с вакуумом алмаз при нагревании обугливается, а на воздухе сгорает, полностью исчезая. Опыты обошлись в тысячи золотых ливров.
В истории химии известно мало имен, с которыми было связано столько важных химических событий, как с именем Антуана Лорана Лавуазье. Сам он сделал сравнительно мало открытий, но обладал весьма редким даром объединять новые факты, открытия других и свои собственные опыты в одно целое. Это был один из самых выдающихся естествоиспытателей, работа которого оказала громадное влияние на развитие не только химии, но и других естественных наук, внеся в них количественные способы исследования и точность. Прекрасный язык, которым излагает Лавуазье свои мысли, простой и образный, где каждое слово вызывает в читателе именно то представление, которое хочет дать автор, стало прообразом того, к чему должен стремиться каждый ученый.
А
нтуан Лоран Лавуазье
родился в 1743 г. Мальчик рос в обществе
высокоодаренных людей – родственников и
знакомых его отца, занимавших важные служебные
посты и привыкших обсуждать в своем кругу разные
вопросы науки и общественной жизни. При таких
обсуждениях всегда присутствовал и будущий
ученый, вскоре обративший на себя внимание своей
смышленостью и развитием. Отец его, известный
юрист, хотел дать сыну юридическое образование,
но, заметив в молодом человеке склонность к
математике и естественным наукам, поместил его в
колледж Мазарини, в программу которого входили
эти науки.
По окончании колледжа Лавуазье поступил в высшее
юридическое училище, где получил степень
бакалавра прав, а через год – лиценциата прав. Но
при этом он не прекращал занятий естественными
науками, к которым еще в колледже сильно
пристрастился, продолжая изучать их под
руководством самых выдающихся ученых своего
времени – астронома Николы Луи Лакайля, ботаника
Бернара Жюсьё, геолога и минералога Жана Этьена
Геттара, ассистентом которого он стал. Особенно
же привлекали молодого юриста лекции по химии
профессора Гийома Франсуа Руэля. Прекрасно
обставленные, сопровождавшиеся многочисленными
опытами, лекции эти собирали всегда полную
аудиторию. Из записей этих лекций, дошедших до
нас в нескольких экземплярах, видно, что Руэль
стремился дать слушателям полное представление
о состоянии тогдашней химии. Подобно другим
химикам той эпохи, он был сторонником теории
флогистона и, исходя из нее, объяснял химические
явления. В конце концов Лавуазье совершенно
забросил юриспруденцию и весь отдался занятиям
естествознанием. Исключительная
работоспособность и систематичность делали эти
занятия весьма продуктивными, он пытался всегда
доходить до сути вещей и находить объяснения
явлениям.
Наряду с этим Лавуазье живо интересовался
вопросами техническими и
социально-экономическими. Первое его научное
исследование о составе гипса стало в то же время
и первым сообщением, сделанным им в 1765 г. в
Парижской академии наук. В том же году Лавуазье
принял участие в конкурсе, объявленном академией
на изыскание лучшего способа уличного освещения
Парижа. За свой доклад Лавуазье получил золотую
медаль.
Естественно, что вскоре поступило предложение
избрать Лавуазье как человека, образованного,
умного, энергичного и весьма полезного для науки,
в члены Академии наук. Избрание состоялось в 1768 г.
Лавуазье впервые присутствовал на заседании
академии, где он был избран членом нескольких
комиссий. Деятельность его в этих комиссиях
отмечена той же методичностью, которая
характеризует всю его работу.
Желая улучшить свое материальное положение,
Лавуазье в том же году совершил поступок, имевший
для него роковые последствия: он сделался одним
из откупщиков по внутренним налогам,
«генеральным фермером», предварительно очень
основательно изучив все, касающееся
«Генерального откупа»*. Откупщики
брали налоги на откуп от государства, т. е.
вносили в казну ежегодно определенную сумму
денег, а сами собирали с народа налоги; разница
шла в их пользу. Ему были поручены надсмотр над
производством табака, надзор над таможенными
операциями и другие дела по косвенным налогам. За
это дело Лавуазье взялся со свойственной ему
энергией и в 1769–1770 гг. много путешествовал по
Франции в интересах откупа.
Эти поездки он использовал также для
исследования питьевых и иных природных вод.
Изучая их, Лавуазье заметил, что даже стократная
перегонка не позволяет вполне избавить воду от
примесей, растворенных в ней. Предполагая, что
источником последних являются применяемые для
перегонки сосуды, он в продолжение 100 дней
нагревал в стеклянном сосуде воду до 90 °С.
Затем путем точного взвешивания он определил
потерю веса сосуда и вес выделенных из воды
загрязнений: оба веса оказались тождественными.
Так Лавуазье опроверг стародавнее мнение, что
вода может превращаться в «землю».
Д
есять лет – с 1771 по 1781
г. – были, пожалуй, самыми плодотворными в
научном отношении: в течение их Лавуазье доказал
справедливость своей новой теории горения как
химического взаимодействия тел с кислородом.
Масса обязанностей заставляла Лавуазье
методически точно распределять свой день. Часы с
6 до 9 утра и с 7 до 10 вечера были посвящены химии,
остальное время дня он отдавал работе в академии,
по откупу в разных комиссиях. Один день в неделю
целиком был отведен работе в лаборатории; сюда
приходили посетители, принимавшие
непосредственное участие в обсуждении
получаемых результатов.
Приступая к изучению явлений горения и обжигания
металлов, Лавуазье писал: «Я предполагаю
повторить все сделанное предшественниками,
принимая всевозможные меры предосторожности,
чтобы объединить уже известное о связанном или
освобождающемся воздухе с другими фактами и дать
новую теорию. Работы упомянутых авторов, если их
рассматривать с этой точки зрения, дают мне
отдельные звенья цепи... Но надо сделать очень
многие опыты, чтобы получить полную
последовательность».
Соответствующие опыты, начатые в октябре 1772 г.,
были поставлены строго количественно: тщательно
взвешивались взятые и полученные вещества. Один
из первых результатов опытов – обнаружено
увеличение веса при горении серы, фосфора, угля.
Затем также тщательно были изучены явления
обжигания металлов.
Приведем здесь некоторые данные об опытах,
теперь редко упоминаемых, но в свое время
вызвавших огромный интерес среди современников,
– об опытах сжигания алмазов.
Давно уже было сделано наблюдение, что при
достаточно сильном нагревании на воздухе алмазы
исчезают бесследно. Лавуазье на опыте доказал,
что решающая роль в этом явлении принадлежит
воздуху; алмаз, к которому воздух не имеет
доступа, не изменяется при той же температуре.
Алмаз, сожженный под стеклянным колоколом
солнечными лучами, собранными в фокусе
зажигательного стекла, дал, как и предполагал
Лавуазье, бесцветный газ, образовывавший с
известковой водой белый осадок, который вскипал
при обливании его кислотой, – это был углекислый
газ. Для подтверждения этого был сожжен в тех же
условиях кусочек древесного угля. В результате,
как и при сожжении алмаза, был получен углекислый
газ. Отсюда Лавуазье сделал вывод, что алмаз есть
видоизменение угля: оба вещества при горении
дают углекислый газ.
Опыты ученого и важнейшие выводы из них описаны
им в 1774 г. Мастерское изложение дает убедительные
доказательства мнения, что воздух состоит из
двух газов, один из которых соединяется с
веществами при горении и обжигании. Приходится
удивляться, как после этого теория флогистона
могла еще удержать за собою неистовых
приверженцев. Дальнейшие выводы из этих опытов
приведены в статье 1775 г., в которой Лавуазье
специально рассмотрел природу образующихся при
горении газов, особенно углекислого газа.
Наряду с этими научными работами Лавуазье самым
деятельным образом занимался и практическими
вопросами, связанными с производством табака,
соли и т.д. В 1775 г. он был назначен «главным
распорядителем порохов», т. е. инспектором
выделки пороха. Он совершенно преобразовал это
дело, сосредоточив его, начиная с производства
селитры и кончая выделкой пороха, в руках
государства. В результате производительность
заводов значительно возросла, а стоимость пороха
понизилась.
Л
авуазье переселился в
Арсенал, где устроил себе лабораторию, в которой
работал в течение почти всей своей жизни. Эта
лаборатория сделалась центром собраний ученых: и
французских, и заграничных, принимавших
деятельное участие не только в обсуждениях, но и
в самих опытах. Обычно здесь до представления
доклада Академии наук Лавуазье производил
необходимые опыты перед друзьями и знакомыми и
вместе с ними обсуждал результаты их в свете
своей кислородной теории. Неопровержимо доказав
справедливость этой теории, он перенес центр
своей научной деятельности в другую область,
связанную с прежней: он занялся всесторонним
изучением химической стороны дыхания и тех
изменений, которые при этом происходят с
воздухом.
Он доказал присутствие в выдыхаемом воздухе того
же углекислого газа, который образуется при
горении. То обстоятельство, что водный раствор
этого газа обладает кислыми свойствами, как и
растворы продуктов горения серы и фосфора, дало
повод Лавуазье считать, что все кислородные
соединения - кислоты, что он и выразил в названии
«кислород», т. е. образователь кислот. Интересно
отметить, что название «углекислота», данное
тогда углекислому газу, до сих пор применяется
многими, хотя еще более ста лет назад было
доказано, что углекислота и углекислый газ - два
разных вещества.
В 1785 г. Лавуазье был назначен директором Академии
наук и тотчас же приступил к ее преобразованию. С
этого времени он еще теснее, чем раньше, связан с
академией. Темп химических работ Лавуазье в это
время замедлился, но тем не менее из-под его пера
вышел ряд важных работ, интересных для
практических приложений химии. Из таких
приложений упомянем лишь деятельность в
комитете по воздухоплаванию, тогда только что
зарождавшемуся: первый воздушный шар,
наполненный водородом, взлетел в 1783 г.
К 1790 г. было закончено большое исследование о
природе теплоты, сделанное ученым совместно с
академиком Пьером Симоном Лапласом. В этой
работе они показали, как измерять количество
теплоты, определять теплоемкость тел;
изобретенные ими приборы - калориметры -
применяются с этой целью и в настоящее время. От
этих работ Лавуазье перешел к изучению
возникновения теплоты в животном организме и
установил, что теплота есть результат медленного
процесса горения, вполне аналогичного горению
угля.
Необходимо сказать еще о работах Лавуазье по
разложению воды, осуществленному в 1783 г.
пропусканием водяного пара над раскаленным
железом, и по ее синтезу. Эти работы окончательно
доказали сложный состав воды и природу водорода
– ее образователя. В связи с полученными им
результатами Лавуазье стал более энергично
выступать против теории флогистона, теории,
которая, конечно, могла существовать только в
химии того периода, не применявшей
количественных определений.
|
Лабораторные приборы и аппараты
|
В
сю свою новую химию в
окончательном виде Лавуазье опубликовал в 1787-1789
гг. Первая из этих дат – время составления новых
названий веществ, названий, указывающих состав
тел из образующих их химических элементов по
данным химического анализа. Эта первая научная
химическая номенклатура имела целью отграничить
новую химию от старой – флогистонной. Эта же
номенклатура приведена и в «Элементарном курсе
химии» (1789).
Первая часть этого замечательного труда
посвящена описанию количественных опытов
образования и разложения газов, горения простых
веществ, образования кислот и солей. Изучив
явление брожения, Лавуазье подчеркнул
особенность химического взаимодействия
следующими словами: «Ничто не творится ни в
искусственных процессах, ни в природных, и можно
выставить положение, что во всякой операции
имеется одинаковое количество материи до и
после, что качество и количество начал остались
теми же самыми, произошли лишь перемещения,
перегруппировки. На этом положении основано все
искусство делать опыты в химии. Необходимо
предполагать во всех настоящее (полное)
равенство между началами исследуемого тела и
получаемого из него анализом. Это химическое
равенство - математическое выражение равенства
веса тела до и после взаимодействия».
Вторая часть курса посвящена простым, не
разлагаемым анализом веществам, которые
составляют химические элементы. Таковых
Лавуазье насчитал 33 (в том числе свет и теплота,
причем он указал, что усовершенствование методов
анализа может обусловить разложение некоторых
элементов). Далее идут образуемые ими взаимные
соединения.
Наконец, третья часть курса, посвященная
приборам и операциям в химии, иллюстрирована
многочисленными гравюрами, сделанными женой
Лавуазье.
Лавуазье участвовал в завершении разработки
системы мер и весов, предпринятой Академией наук.
Эта работа была продолжена в Национальном
собрании, которое постановило ввести десятичную
систему мер и весов, основанную на длине земного
меридиана. Для этого был образован ряд комитетов
и комиссий, во главе которых стояли А.Л.Лавуазье,
Ж.А.Н.Кондорсе, П.С.Лаплас. Они выполнили
порученную им работу, результатом которой и
стала метрическая система, применяемая теперь
всюду. Это одна из последних научных работ
ученого.
«Генеральный откуп» и откупщики давно уже
составляли предмет справедливой ненависти
народа. Национальное собрание в марте 1791 г.
отменило откуп и предложило к 1 января 1794 г.
ликвидировать его. С этого времени Лавуазье
оставил работу в этом учреждении. Движение
против откупщиков продолжало развиваться, и в 1793
г. Конвент постановил арестовать откупщиков и
ускорить ликвидацию откупа. Вместе с другими 24
ноября был арестован и Лавуазье.
После разбирательства дела в трибунале 8 мая 1794 г.
все откупщики были приговорены к смертной казни,
и в тот же день вместе с другими Лавуазье был
гильотинирован.
* Общество по сбору налогов с населения.
Молодые годы. Начало научной деятельности.
Лавуазье происходил из состоятельной буржуазной семьи. Первоначальное образование он получил в Колледже Мазарини (так называемом Колледже четырех наций), аристократическом училище, куда допускались также дети крупной буржуазии и чиновников. В программе этого училища значительное место было отведено древним языкам - латыни и греческому, вся система преподавания носила схоластический характер. Большое внимание уделялось изучению французского языка и риторики, так как во Франции в то время господствовал культ напыщенной и изящной литературной речи.
Но в колледже не уделялось должного внимания изучению современных живых иностранных языков и Лавуазье так до конца своей жизни не изучил как следует ни английского, ни немецкого. Зато он великолепно знал латынь.
Закончив колледж, Лавуазье поступил на факультет права, - его отец и дед были юристами и эта карьера начинала уже становиться традиционной в их семействе: в старой Франции должности передавались по наследству. В 1763м году он получил степень бакалавра, в следующем году - лиценциата прав.
Одновременно с прохождением курса юридических наук и по окончании его Лавуазье занимался естественными и точными науками под руководством лучших парижских профессоров того времени. Он изучал математику и астрономию у Лакайля, очень известного в то время астронома, имевшего небольшую обсерваторию в колледже Мазарини, ботанику - у великого Бернара Жюсье, с которым вместе гербаризировал, минералогию - у Гэтара, составившего первую минералогическую карту Франции, химию - у Руэля.
(Руэль оставил немного оригинальных работ, но славился своим преподаванием. Живое, блестящее, увлекательное изложение, ясность и стройность - насколько, конечно, они были достижимы при тогдашнем смутном состоянии химии - привлекали к нему многих учеников).
В 1765 году Лавуазье представил работу на заданную Парижской академией Наук тему - «О лучшем способе освещать улицы большого города». При выполнении этой работы сказалась необыкновенная настойчивость ученого в преследовании намеченной цели и точность в изысканиях. Убедившись, что его глаза недостаточно впечатлительны к различным оттенкам света, он велел обить свою комнату черной материей и заперся в ней на шесть недель, в темноте.
Результатом исследований явился обширный мемуар, представленный Академии. Премии Лавуазье не получил: она была выдана другим соискателям, отнесшимся к вопросу с более практической точки зрения, ему же, исследовавшему предмет с научной, теоретической стороны, была присуждена золотая медаль, а работа напечатана в мемуарах Академии.
Работа с Гэтаром. Минералогический атлас Франции.
В период с 1763 по 1767 год, Лавуазье совершил ряд экскурсий с Гэтаром, помогая последнему в составлении минералогической карты Франции.
Гэтар, бывший другом и учителем Лавуазье, занимался сначала ботаникой, потом перешел к геологии и минералогии. Кроме ученых трудов, он славился невозможным характером. "Немного найдется людей, которые имели столько ссор", - говорит его биограф Кондорсе. Гэтар был до крайности резок, вспыльчив, груб, бесцеремонен и сварлив, не выносил противоречий, не стеснялся в выражениях и манерах. Эти недостатки характера не мешали ему быть безукоризненно честным и справедливым человеком, интриги его возмущали, а так как никакое человеческое учреждение - даже Парижская академия - без интриг не обходится, то источник ссор и грызни для него не иссякал... Как бы то ни было, Лавуазье всегда оставался с ним в наилучших отношениях.
Лавуазье был сотрудником Гэтара в течение трех лет. Так, в 1763 году он изъездил некоторые провинции, изучая главным образом, гипсовые ломки, но не упуская из вида и другие отрасли науки и промышленности.
По возвращении из путешествия Гэтар принялся за составление минералогического атласа Франции при деятельном сотрудничестве Лавуазье. Им не удалось довести его до конца. Вследствие разных интриг издание попало в руки некоего Моннэ, очень бесцеремонного господина, воспользовавшегося готовым материалом и приписавшего себе главную честь издания. В результате оказалось, что исследование было произведено Гэтаром и Моннэ, и главным образом последним, имя же Лавуазье упоминалось только вскользь.
Этот бесцеремонный поступок, понятно, очень раздражил Лавуазье. "Я напоминаю об этих подробностях, - говорит он в одной из своих заметок, - чтобы показать, с каким бесстыдством г-н Моннэ завладел таблицами для атласа, на которые Гэтар и Лавуазье имели гораздо больше права, чем он, или лучше сказать, на которые он вовсе не имел права".
Академия.
18 мая 1768 года, когда Лавуазье исполнилось 25 лет, произошло важное событие: он был избран членом Академии наук. Без сомнения, на это повлияли не только его работы, но и личное знакомство с учеными, знавшими его энергию и преданность науке. По крайней мере, Лаланд, подавший за него голос, так объясняет свой выбор: «Я содействовал избранию Лавуазье, хотя он был моложе своего соперника, минералога Жара, и менее известен, потому что молодой человек, обладавший такими знаниями, умом и энергией и притом значительным состоянием, избавлявшим его от необходимости искать заработок, естественно, мог быть очень полезен для науки».
В то время места в Академии освобождались лишь в случае смерти кого-либо из академиков. В 1768 году скончался химик Барон и на членов класса химии была возложена задача подбора новых кандидатов.
Конкурентом Лавуазье был крупный инженер-металлург Габриэль Жар, известный своими практическими работами. Впрочем, обширная и плодотворная деятельность Жара заключалась главным образом во внедрении передовой иностранной техники в промышленность Франции. За его кандидатуру стояли некоторые министры и казначей Академии - Бюффон.
Заслуги Антуана Лорана перед наукой в момент его избрания адъюнктом были еще очень скромными, и можно полагать, что его богатство и связи сыграли в этом вопросе немалую роль. Недаром в те времена существовала поговорка: «В Академию попадают не иначе, как в карете». При голосовании Лавуазье получил большинство голосов, но Академия могла только предложить королю избранных ею кандидатов, право окончательного утверждения принадлежало королю. По предложению министра Сен-Флорантена, король утвердил на место Барона инженера Жара, а для Лавуазье было создано дополнительное место. При этом указывалось, что в случае, если вновь освободится вакансия по классу химии, новые выборы не должны проводиться.
Генеральный откуп.
В марте 1768 году Лавуазье вступил в Генеральный откуп - компанию финансистов, арендовавших у правительства Франции право монопольной торговли солью, табаком и вином, а также право взимания различных пошлин (при провозе товаров из-за границы и из одной части Франции в другую). Он вступил в Генеральный откуп, внеся триста сорок тысяч ливров наличными и сто восемьдесят тысяч ливров в процентных бумагах, получив таким образом одну треть пая генерального откупщика Франсуа Бодона. Откупная система с полным основанием была ненавидима народом, но личная деятельность Лавуазье по откупу была вполне безупречна, как показал его биограф Гримо, опираясь на подлинные документы.
Значительную часть больших доходов, которые Лавуазье получал от откупа, он тратил на научные опыты. Для своих исследований он не щадил средств: например, опыты над составом воды стоили ему 50 000 ливров. Добиваясь самой тщательной постановки опытов, он стремился к устройству наиболее точных и совершенных приборов: в этом отношении научная техника во Франции многим обязана Лавуазье.
Некоторые коллеги Антуана Лорана по Академии, узнав о его вхождении в Генеральный откуп, отнеслись к этому обстоятельству довольно отрицательно, опасаясь, что занятия, связанные с новой должностью, пагубно повлияют на его научную деятельность. "Ничего, - утешал их математик Фонтэн, - зато он будет задавать нам обеды".
Опыт «О природе воды»
В 1770 году выходит мемуар «О природе воды». В этом исследовании Лавуазье впервые показал, какую важность при выяснении химических задач могут иметь весовые определения. Очистив дождевую воду восьмикратной перегонкой, он поместил её в стеклянный сосуд особого устройства, который был после того герметически закупорен и взвешен. Вес сосуда без воды был определён ранее. Нагревая воду в этом сосуде в течение 100 дней, Лавуазье нашёл, что в воде действительно появилась «земля». Но взвесив сосуд без воды после опыта, он нашёл, что вес его уменьшился, причём оказалось, что вес образовавшейся земли равен уменьшению в весе сосуда. Отсюда он заключил, что эта «земля» есть продукт действия воды на стекло сосуда. Этим опытом Лавуазье окончательно и навсегда разрешил вопрос о превращении воды в землю, долго остававшийся спорным.
1771 год.
В 1771 году Лавуазье женился на дочери своего коллеги по откупу – Марии Анне Пьеретте Польз.
Женитьба Лавуазье была до некоторой степени избавлением для его невесты. Дело в том, что министр финансов Террэ, от которого зависел Польз, во что бы то ни стало хотел выдать Марию за некоего графа Амерваля, обнищалого дворянина, славившегося своими кутежами, и буйным характером и желавшего поправить свои финансы женитьбой на богатой мещаночке. Польз наотрез отказался от этой чести и так как Террэ настаивал, то откупщик решил поскорее выдать дочь замуж, чтобы прекратить всякий разговор о графе. Он предложил ее руку Лавуазье и последний согласился. В это время ему было 28 лет, а его невесте - четырнадцать. Несмотря на молодость невесты, брак оказался счастливым. Лавуазье нашел в ней деятельную помощницу и сотрудницу в своих занятиях. Мария помогала ему в химических опытах, вела журнал лаборатории, переводила для мужа работы английских ученых, между прочим, брошюру Кирвана, написанную в защиту старой теории флогистона и изданную во французском переводе с примечаниями Лавуазье и его сотрудников. Рисунки, приложенные к "Traite de chimie" Лавуазье, были сделаны и выгравированы ею.
Мария Пьеретта Польз
1772 год. Опыты о горении.
В 1772 году Лавуазье представил в академию коротенькую записку, в которой сообщал о результате своих опытов, показавших, что при сгорании серы и фосфора они увеличиваются в весе за счет воздуха, иными словами, соединяются с частью воздуха. Исходным пунктом его исследований послужил факт увеличения веса тел при горении.
Летом 1772 года парижане, прогуливавшиеся недалеко от Лувра, в саду Инфанты, могли видеть странное, напоминавшее плоскую подводу сооружение в виде деревянной платформы на шести колесах. На ней были установлены огромные стекла. Две самые большие линзы, имевшие в радиусе восемь футов, были скреплены вместе так, чтобы из них получилось увеличительное стекло, собиравшее солнечные лучи и направлявшее их на вторую линзу, поменьше, а затем на поверхность стола. Построенная таким образом установка для получения сверхвысокого жара от солнечных лучей представляла собою большое достижение французской техники того времени.
На платформе стояли занятые в эксперименте ученые в париках и черных очках, а их ассистенты настраивали это сложное сооружение на солнце, непрерывно держа плывущее по небосклону светило «под прицелом».
Среди людей, которые пользовались этой установкой был и Лавуазье. Его тогда занимало, что происходит при сжигании алмаза.
Давно было известно, что алмазы горят, и ювелиры попросили Академию наук исследовать, не таится ли в этом какой-нибудь риск. Самого Лавуазье интересовал несколько иной вопрос: химическая сущность горения.
Лавуазье вел дневник наблюдений и заносил в него все подробности, все детали тех явлений, которые наблюдались им, Маке, Трюдэном и различными сановными лицами, посещавшими Сад инфанты. Записывалось все, так как никто не знал, что именно впоследствии может оказаться важным.
1774 год. Научная работа.
В 1774 году Лавуазье представил Академии мемуар о прокаливании олова, в котором сформулировал и доказал свои взгляды на горение.
Олово прокаливалось в замкнутой реторте и превратилось в "землю" (окись). Общий вес остался неизменным - следовательно, увеличение веса олова не могло происходить за счет присоединения "огненной материи", проникающей сквозь стенки сосуда. Вес металла увеличился, это увеличение равно весу той части воздуха, которая исчезла при прокаливании; следовательно, металл соединяется с воздухом. Этим и исчерпывается процесс окисления: никакие флогистоны, "огненные материи" тут не участвуют. В данном объеме воздуха может сгореть только определенное количество металла, причем исчезает определенное количество воздуха, отсюда мысль о его сложности: "Как видно, часть воздуха способна, соединяясь с металлами, образовывать земли, другая же – нет, это обстоятельство заставляет меня предполагать, что воздух - не простое вещество, как думали раньше, а состоит из весьма различных веществ" – пишет Лавуазье.
В октябре 1774 года, во время пребывания в Париже Пристли, Лавуазье получил от известного шведского химика Шееле письмо, датированное 30 сентября 1774 года.
Ученый сообщил, давно занимается природой воздуха и огня, что повторяя опыты Пристли «пытался изготовить обычный воздух из связанного воздуха в смеси с железными опилками, серой и водой, но мне это никогда не удавалось» и просит Лавуазье произвести ряд опытов «посредством зажигательного стекла».
«Таким образом, вы увидите, как я надеюсь, сколько воздуха образуется при этой восстановительной реакции и сможет ли зажженная свеча сохранять в нем свое пламя, а животные - жить. Я буду Вам крайне обязан, если Вы дадите мне знать о результате этого эксперимента. Я имею честь пребывать в большом к вам уважении, мосье, Ваш покорный слуга К. В. Шееле".
Итак, Шееле также получил кислород, но не понимал сущности своего открытия. Недавние исследования его лабораторных записей показали, что он сделал это открытие еще в 1772 году. Неизвестно, ответил ли Лавуазье на это письмо, но достоверно известно одно: Шееле так же не понял сущности своего открытия, как и Пристли, и также до конца своих дней отстаивал теорию флогистона, пытаясь приспосабливать ее ко вновь открытым опытным фактам.
В том же году Лавуазье представил правительству подробный доклад о состоянии Порохового откупа. Он подчеркнул, что, несмотря на огромные прибыли, эта компания откупщиков неудовлетворительно снабжает государство порохом и помимо всего прочего подрывает... королевскую соляную монополию, т. е. Генеральный откуп. Поэтому он предложил упразднить Пороховой откуп и передать производство пороха государству.
Этот проект был одобрен министром финансов Тюрго и год спустя опасный конкурент Генерального откупа был уничтожен.
1775 год. Пороховое дело. Генеральный откуп.
В 1775 году Лавуазье представил Академии мемуар, в котором был впервые точно выяснен состав воздуха. Воздух состоит из двух газов: "чистого воздуха", способного усиливать горение и дыхание, окислять металлы, и "мефитического воздуха", не обладающего этими свойствами. Названия кислород и азот были даны позднее.
Также по поручению Академии он занимался исследованием косметических средств на предмет содержания в них вредных для организма веществ.
В июне 1775 года Лавуазье был назначен одним из четырех директоров только что созданного государственного Управления порохов и селитр, ведавшего всей продукцией пороха во Франции. Это назначение заставило его заняться усовершенствованием технологии получения пороха.
Аннулирование договора с Пороховым откупом требовало уплаты неустойки, а французская казна была почти пуста. И вот Лавуазье удалось провести блестящую финансовую операцию.
Четыре управителя порохов предоставили взаймы правительству четыре миллиона ливров в виде краткосрочного займа, причем обычный легальный процент был для этого займа еще повышен. Мало того, управители получали в одно и то же время не только приличное жалованье как государственные чиновники, но и большую премию за каждый фунт изготовленного пороха и селитры, сверх установленного плана.
В Управлении порохов и селитр с исключительным блеском развернулись способности Лавуазье как предпринимателя, организатора и инженера. Он организует экспедиции для отыскания селитряных местонахождений, ведёт исследования, касающиеся очистки и анализа селитры. Приёмы очистки селитры, разработанные Лавуазье и Боме, дошли и до нашего времени.
Лавуазье также обратил самое серьезное на разработку меловых залежей, содержавших некоторое количество природной селитры. Весьма любопытен его мемуар «Эксперименты над золой, которую применяют селитровары Парижа», в котором он показал, что обработка селитры поташом с технической стороны была бы значительно целесообразнее, чем практикующаяся обработка золой.
Но он сам тут же подверг этот вопрос обсуждению с точки зрения экономической и... политической и пришел к заключению, что применение технически несовершенного метода все-таки должно быть сохранено исключительно во имя сохранения соляной монополии. Как генеральный откупщик, он не подумал предложить упразднение монополии, он сделал следующий вывод: «Верно лишь, что в технике физические вопросы почти всегда осложняются политическими вопросами, и поэтому не надо спешить с произнесением заключения до тех пор, пока данный предмет не рассмотрен со всех возможных точек зрения».
Благодаря деятельности Лавуазье за время с 1775 по 1788 год производство пороха поднялось с миллиона шестисот тысяч фунтов до трех миллионов семисот семидесяти фунтов. При атом дальность стрельбы была повышена, примерно, со ста пятидесяти до двухсот сорока метров. Это обстоятельство имело решающее значение для развития войны за независимость, которую вели в то время Соединенные Штаты против Англии.
Франция поддерживала американцев, снабжая их деньгами, военными материалами, а впоследствии и вооруженной силой. И вот, франко-американская артиллерия оказалась неуязвимой для англичан. На это обстоятельство с горечью жаловались английские газеты и журналы.
Замечательно, что этого рода работы Лавуазье как будто смущали. "Сомнительно, чтобы подобные улучшения были полезны для человечества, - замечает он в одном из своих докладов, - но, во всяком случае, они выгодны для государства". В этом замечании сказывается "гражданин мира", воспитанный на сочинениях Вольтера и энциклопедистов.
Благодаря хлопотам Лавуазье были уничтожены некоторые привилегии, отягчавшие население, например, обязательство продавать дрова и подвозить материалы для пороховых заводов по определенной, слишком низкой таксе, сокращено право обыска и прочие.
С 1775 года Лавуазье принимает более активное участие в Генеральном откупе. Он был избран членом табачного комитета и комитета по ввозным пошлинам (при ввозе товаров в Париж), членом комитета по соляной монополии и целого ряда разнообразных комиссий по управлению Откупом. Ему приходилось участвовать в заседаниях всех этих комитетов и комиссий, причем административные обязанности нередко были сопряжены с поездками.
В том же году Лавуазье переселился в Арсенал, что позволило ему территориально сблизить свою личную исследовательскую лабораторию с пороховым управлением. Здесь же помещалась и лаборатория, из которой вышли почти все химические работы ученого. Лаборатория Лавуазье была одним из главных научных центров Парижа того времени. В ней сходились представители различных отраслей знания, для обсуждения научных вопросов, сюда же приходили и начинающие молодые работники науки учиться у Лавуазье.
1776 – 1778 годы. Научная работа. Агрономические опыты.
В 1776 году, в связи со стоявшими исключительными морозами, в составе особой комиссии Лавуазье занимается сравнением температур зим 1776 и 1732 годов. Это потребовало изучения и сравнения термометров и разработки всей системы метеорологических наблюдений температур.
В этот период выходят мемуары о природе вещества, соединяющегося с металлами, направленных к одной целик крушению флогистонной теории Шталя.
20 апреля 1776 года Лавуазье доложил Академии Наук «Мемуар о существовании воздуха в азотной кислоте».
16 апреля 1777 года выходит «Мемуар о сжигании фосфора и о природе кислоты, образующейся в результате этого сжигания».
Запись Лавуазье. Определение плотности дождевой воды.
Также Лавуазье выступил с сообщением об „Опытах над дыханием животных и над изменениями, претерпеваемыми воздухом при прохождении через легкие" и изложил „Опыты над соединением квасцов с углесодержащими веществами и над изменениями, претерпеваемыми воздухом, в котором сжигают пирофор" (фосфор).
Кроме того опубликован „Мемуар о горении свечей" и „Мемуар о горении вообще"
В 1778 году Лавуазье купил имение Фрешин между Блуа и Вандомом за 229 тысяч ливров, затем приобрел и некоторые другие имения (всего на 600 тысяч ливров) и принялся за агрономические опыты, думая, что «можно оказать большую услугу местным земледельцам, давая им пример культуры, основанной на лучших принципах».
Лавуазье не был сторонником физиократов, видевших в земледелии единственный источник национального благосостояния, но жалкое состояние культуры и нищета населения глубоко возмущали его.
Страна разорялась и не могла оправиться без коренных реформ в государственном хозяйстве, Лавуазье убедился в этом во время своих многочисленных поездок по Франции. «Поверят ли, - писал он, - что такая плодородная, такая существенно земледельческая страна, как Франция, вместо того, чтобы вывозить всевозможные продукты, находится в зависимости от иностранцев относительно большей части предметов культуры, для которых ее почва как нельзя более приспособлена?»
За десять лет Лавуазье удалось превратить свое поместье в образцовую скотоводческую ферму, в которой урожай овса значительно превосходил потребность в нем скота.
Путем поощрения крестьян-арендаторов, он добился, что они получали в конце года треть урожая в свое личное пользование. Особо подчеркивая это обстоятельство, он замечает, что во Франции при существующих порядках обычно «несчастному крестьянину в конце года не остается почти ничего».
В том же году он предпринимает ряд поездок с инспекцией табачных фабрик. Сохранилось его письмо от 22 июня 1778 года, адресованное откупщику де-Ля-Гант. В этом письме Лавуазье высказывает свои соображения относительно работы одной крупной табачной фабрики в Бретани, которую он лично посетил:
„Я испытал удовольствие при осмотре мануфактуры Морлэ и только сожалею, что имел слишком мало времени, чтобы проследить все производственные операции. Весь процесс измельчения табака, как мне кажется, превосходно слажен, задуман и осуществляется с большим умом. Однако жаль, что столько людей занято вращением табачных мельниц, между тем как было бы вполне возможно осуществить ту же задачу более простым способом с помощью воды и лошадей".
1779-1780 годы. Опыты с топливом. Инспекция тюрем.
В 1779 году умер пайщик Лавуазье по откупу, Бодон и Лавуазье стал самостоятельным членом откупа. Он занимал в откупе разные должности, несколько раз был инспектором - по надзору за сбором податей и участвовал в различных комиссиях.
В том же году финансовое ведомство обратилось к нему с просьбой высказать свои соображения о том, каково должно быть соотношение между размерами пошлин, которыми облагаются различные виды топлива при ввозе их в город Париж.
Эти разнообразные виды топлива, такие как каменный уголь, кокс, древесный уголь и несколько сортов дров, продавались в самых различных мерах объема и веса. Лавуазье свел каждый вид топлива к одному и тому же количеству и выяснил для каждого вида: стоимость на месте, стоимость провоза до Парижа и размер налагаемой пошлины. Таким образом, была определена себестоимость топлива.
Затем он поставил перед собою задачу, которая, по-видимому, до него вообще никогда еще не ставилась: сравнить между собою тепловой эффект этих видов топлива.
Лавуазье воспользовался следующим приемом. Он установил большой котел кипящей воды, под которым зажигалось топливо, причем длительно поддерживалось кипение. Для того чтобы расчеты всегда относились к одному и тому же количеству воды, котел непрерывно пополнялся, и притом кипящей водой. Записывалось число часов, в течение которых одно и то же количество каждого вида топлива поддерживало кипение воды в одном и том же котле. Полученные таким образом данные позволили установить относительные тепловые эффекты изучаемых видов топлива. Так возник мемуар под названием: «Опыты о сравнительном эффекте различных видов топлива».
Любопытен вывод, сделанный Лавуазье. Он показал, что для Парижа при существующих ценах и пошлинах дубовые дрова наиболее экономичны, а древесный уголь наиболее дорог. Далее он обратился к рассмотрению каменного угля. „Как удивительно, - пишет он, -- что в королевстве, где деревья дороги и редки и с трудом удовлетворяют спрос, пошлина, налагаемая на каменный уголь при ввозе его в Париж, столь велика, а между тем он имеется в огромных количествах поблизости от речек, текущих к Парижу".
В 1780 году Лавуазье принимает участие в комиссии, созданной по поручению премьер-министра Неккера, по обследованию тюрем и больниц Парижа.
В докладе о результатах исследования Лавуазье горячо ратует за реформы, указывая на ужасное состояние тюрем: «Воздух и свет с трудом проникают в эти зараженные, вонючие камеры, крошечные окна размещены совершенно неправильно, на нарах арестантам негде повернуться от тесноты, вместо матрацев гнилая солома; трубы отхожих мест проходят через камеры, и вредные миазмы отравляют воздух. В темницах вода просачивается сквозь стены, и платье гниет на теле узников, которые тут же отправляют все свои нужды. Везде на полах лужи гниющей воды... всюду грязь, гниль и мерзость!»
Тысячи несчастных мужчин и женщин, больных, замученных, голодных прошли перед глазами академической комиссии. И это были не столько преступники, разбойники и воры, сколько, главным образом, бедняки, попавшие в тюрьму за неуплату своих долгов.
Осмотрев королевские тюрьмы, Лавуазье написал в официальном отчете: «Следует обращаться с людьми не менее человечно, чем обращаются с животными». Он и в данном вопросе не смог обойти экономической стороны. «Дешевле охранять здоровье человека, чем тратить деньги на его лечение. Естественно, вызывается возмущение в народе, когда все видят, как эта пытка налагается без разбора в равной мере и на обвиняемых, и на уже приговоренных, и на невинных, и на преступников».
1782 – 1783 годы. Научная работа. Анализ и синтез воды. Работа с Лапласом.
В 1782 году Лавуазье должен был изучить вопрос о характере и опасности газов, выделяющихся из выгребных ям, и о методах борьбы со зловонием. Заканчивая отчет по этому вопросу, он писал: «Исследования запахов вообще, кажущиеся лишь любопытными, могут в действительности иметь полезное применение, и я ими займусь».
В середине марта 1782 году он впервые получает возможность испробовать паяльную лампу с кислородным дутьем.
В июле в его дневнике отмечаются первые опыты по нагреванию различных тел с помощью „горючего воздуха" и „живительного воздуха". Эти опыты, по словам самого Лавуазье, не привели к успешным результатам, но их постановка возможна лишь при наличии специальной аппаратуры, в которой оба газа хранились в значительных количествах и могли быть приведены в соприкосновение друг с другом в любых желаемых пропорциях.
Летом Лавуазье напечатал "Размышления о флогистоне", после того как Кавендиш показал, что при сжигании водорода образуется вода (но еще не обнародовал своего открытия), Лавуазье представил Академии «мемуар, имеющий целью доказать, что вода не есть простое тело». Это был первый анализ и синтез воды, произведенный при помощи опытов и приборов, которые и ныне описываются в учебниках химии. Далее, важно было не только открыть состав воды, но и вывести последствия этого открытия: Лавуазье показал, что вода образуется при дыхании вследствие окисления водорода органических тканей, уяснил образование соли при растворении металла в кислоте, показав, что водород, выделяющийся при этом, происходит от разложения воды, кислород которой соединяется с металлом.
В 1783 году совместно с Лапласом, Лавуазье проводит исследования, посвященные в основном проблемам теплоты и изложенные в следующих фундаментальных работах: «Мемуар об электричестве, поглощаемом телами при испарении», «Мемуар о теплоте», «О действии теплорода на твердые тела, в особенности на стекло и на металлы, и об удлинении и укорочении, испытываемом ими при нагреве, недостаточном для их плавления», «О переходе твердых тел в жидкое состояние под действием теплорода», «О действии теплорода на жидкости от точки их плавления вплоть до точки их испарения».
По-видимому, Лаплас всерьез и глубоко интересовался сущностью этих проблем, так как самым активным образом участвовал в их разработке. Тем не менее, в одном из своих писем к Лагранжу (от 21 августа 1783 года) Лаплас следующим образом излагает обстоятельства своей работы с Лавуазье: «Я, право, не знаю, каким образом я дал себя вовлечь в работу по физике; и вы найдете, быть может, что я сделал бы лучше, если бы воздержался от этого, но я не мог устоять против настояний моего друга Лавуазье, который вкладывает в совместную работу столько обаяния и ума, сколько я мог бы лишь пожелать. Кроме того, он настолько богат, что не жалеет ничего, чтобы придать опытам всю точность, какая необходима при тонких исследованиях».
Ледяной калориметр Лавуазье, сконструированный по идее Лапласа.
Рисунок Марии Лавуазье для "Начального курса химии"
Вряд ли стоит принимать эту светскую аргументацию чересчур буквально, не подлежит сомнению, что Лавуазье и Лаплас были действительно большими друзьями. Однако необходимо иметь в виду, что материальное положение Лапласа в тот период отнюдь не было блестящим, источником его заработков была, лишь пенсия в 600 ливров в год, назначенная ему после ухода из военной школы «за услуги, оказанные в качестве профессора математики».
Возможно, это сотрудничество Лапласа в лаборатории Лавуазье было вызвано отчасти и причинами материального порядка.
Использованы отрывки из книги Я. Г. Дорфмана «Лавуазье»
А также:
М.А.Энгельгардт «Антуан Лоран Лавуазье. Его жизнь и научная деятельность.» Биографический очерк.
Ю.И. Соловьев «История химии»
Максимильян Робеспьер «Речь в Кoнвенте 7 мая 1794 г. (18 флoреаля II гoда республики)».
Материалы Википедии, БСЭ.
Слово «алмаз» пришло из греческого языка. На русский оно переводится как « ». И действительно, чтобы повредить этот камень, нужно приложить нечеловеческие усилия. Он режет и царапает все известные нам минералы, при этом сам остается невредимым. Ему не вредит кислота. Однажды из любопытства был проведен эксперимент в кузнице: алмаз положили на наковальню и ударили по нему молотом. Железный почти раскололся надвое, а камень остался целым.
Алмаз горит красивым голубоватым цветом.
Из всех твердых тел алмаз обладает самой высокой теплопроводностью. Он устойчив к трению, даже об металл. Это самый упругий минерал, обладающий самым низким коэффициентом сжатия. Интересное свойство алмаза - люминесцировать и под воздействием искусственных лучей. Он светится всеми цветами радугами и интересно преломляет цвет. Этот камень будто напитывается солнечным цветом, а затем излучает его. Как известно, природный алмаз некрасив, истинную красоту ему придает огранка. Драгоценный камень из обработанного алмаза называется бриллиантом.
В 17 веке в Англии по Бойль сумел сжечь алмаз, наведя на него солнечный луч через линзу. Однако во Франции опыт с прокаливанием алмазов в плавильном сосуде не дал никаких результатов. Французский ювелир, проводивший эксперимент, обнаружил лишь тонкий слой темного налета на камнях. В конце 17 века итальянские ученые Аверани и Тарджони при попытке сплавить два алмаза воедино смогли установить температуру, при которой горит алмаз - от 720 до 1000оС.
Алмаз не плавится из-за прочной структуры кристаллической решетки. Все попытки расплавить минерал заканчивались тем, что он сгорал.
Великий французский физик Антуан Лавуазье пошел дальше, решив поместить алмазы в герметичный сосуд из стекла и наполнив его кислородом. С помощью крупной линзы он нагрел камни, и они полностью сгорели. Исследовав состав воздушной среды, они выяснил, что помимо кислорода в ней присутствует диоксид углерода, представляющий собой соединение кислорода и углерода. Таким образом, был получен ответ: алмазы горят, но только при доступе кислорода, т.е. на открытом воздухе. Сгорая, алмаз превращается в углекислый газ. Вот почему в отличие от угля после сгорания алмаза не остается даже золы. Опыты ученых подтвердили еще одно свойство алмаза: при отсутствии кислорода алмаз не горит, но меняется его молекулярная структура. При температуре равной 2000оС всего в течение 15-30 минут можно получить графит.
