О природе воды | ТМ 1938-11

Доцент Б. ЧЕРНОМОРДИК, Рисунки Л. СМЕХОВА

— Смотри, Геттар, все становится ясным, как день!

— Да, я вижу, что вес твоего прибора не изменился за все время испытаний.

— Опыт продолжался сто один день, так что никто не сможет обвинить меня в излишней поспешности.

Беседа происходила между молодым ученым Лавуазье и его другом Геттаром. Вокруг на столах в боевой готовности стояли самые разнообразные химические приборы. Книга записей опытов лежала тут же у больших точных весов, изготовленных Шеменом, лучшим механиком Парижа. Огромные полки с книгами были развешаны на стенах. Но, несмотря на это кажущееся спокойствие, чувствовалось, что здесь, в лаборатории Антуана Лавуазье, только что происходила борьба с одной из многочисленных тайн природы. Победителем в этой борьбе оказался Антуан, командующий армией пробирок, колб и весов.

— Но что тебя заставило заняться исследованием воды? Ты знаешь, я долгое время не был в Париже и не в курсе твоих последних работ, — сказал Геттар.

— Изволь, я напомню тебе о причинах, заставивших меня подогревать воду в течение трех месяцев, — улыбнулся Лавуазье. — Ты знаешь, что, согласно воззрениям современных физиков, весь окружающий нас мир состоит из простых элементов, т. е. веществ, не поддающихся дальнейшему разложению. Однако это учение находится почти на том же уровне, на котором оно было еще при Аристотеле, в IV веке до нашей эры. Аристотель учил, что все видимое состоит из четырех начал, или элементов: воздуха, воды, земли и огня. Взгляды Аристотеля нашли свое отражение в теории флогистона, которая, как ты знаешь, возникла в конце прошлого столетия.

— Что же общего между теорией флогистона и взглядами Аристотеля? — спросил Геттар.

— Автор теории флогистона, Георг Сталь, долгое время занимался медициной и был профессором в Гаале, — продолжал Лавуазье. — Он один из первых предположил, что горение, окисление металлов и дыхание — все это явления химически равноценные. Сущность этих явлений, по мнению Сталя, заключается в том, что тело теряет так называемый флогистон.

— Я знаком с этой теорией, — сказал Геттар, — но с удовольствием послушаю о ней еще раз в твоем изложении.

— Согласно теории Сталя, все тела содержат в себе это таинственное вещество — флогистон. Как только начинается процесс горения или окисления, флогистон покидает тело. При восстановлении окиси тело снова поглощает флогистон.

— Но ведь со времени Роберта Бойля известно, что при обжигании металлов их вес увеличивается, а Сталь связывает это явление с потерей флогистона, — удивился Геттар.

— Это противоречие нисколько не смущало Сталя, — продолжал Лавуазье. — На помощь ему пришли научные единомышленники, причем каждый спасал его теорию по-своему. Так, Лемери пытался объяснить увеличение веса металлов при обжигании тем, что металл, теряя флогистон, воспринимает тепло, которое обладает значительным весом. Французский ученый Гюйтон де-Морво утверждал, что флогистон просто легче воздуха и поэтому, находясь внутри какого-либо вещества, приподнимает его. От этого вещество теряет в весе.

— Все это очень запутанно, — задумчиво произнес Геттар. — Все-таки мне не ясна связь между флогистоном и двоими опытами с водой.

— Теория флогистона является как бы развитием учения Аристотеля о четырех основных началах природы. Современные ученые, так же, как и Роберт Бойль, предполагают, что основные элементы природы могут при определенных условиях переходить друг в друга. При поверхностном знакомстве с этими взглядами может создаться впечатление о необычайной цельности физической картины мира.

— А в действительности? — спросил Геттар.

— Я сомневаюсь в ее истинности, — ответил Лавуазье. — Бойль указывал, что при двухсоткратной перегонке одной унции воды можно получить шесть драхм земли. О том, что из воды можно получить землю, говорил и ван-Гельмонт. В течение пяти лет он выращивал иву в большом глиняном сосуде с землей. Перед началом опыта земля была тщательно высушена. Поливал ее ван-Гельмонт только дождевой или перегнанной водой. За время опыта ивовая ветка, весившая 5 фунтов, выросла в большое дерево весом в 169 фунтов. А между тем вес земли в сосуде за 5 лет почти не изменился. Ван-Гельмонт считал, что часть воды преобразовалась в землю и поэтому увеличился вес растения. Я решил проверить утверждения Бойля и ван-Гельмонта о том, что вода переходит в землю. Сто один день я непрерывно подогревал воду в герметически закрытой колбе до температуры, близкой к кипению.

— И вода осталась без изменения? —  спросил Геттар.

— На двадцать пятый день после начала опыта, — продолжал Лавуазье, — я заметил в воде маленькие плавающие тельца, двигавшиеся с заметной скоростью. Вооружившись лупой, я заметил, что эти тельца представляют собой не что иное, как необычайно тонкие пластинки сероватой земли.

— Значит, опыт подтвердил теорию Аристотеля и Фойля о переходе воды в землю? — с нетерпением спросил Геттар.

— Количество землистого осадка на дне колбы постепенно росло. Наконец, видя, что его достаточно для проведения исследования, я прекратил опыт, продолжавшийся сто один день.

— Сто один день! — повторил Геттар. — У тебя терпение подлинного исследователя.

— Когда охлажденная сухая колба была взвешена, — продолжал Лавуазье, — оказалось, что вес ее уменьшился ровно на столько, сколько весила появившаяся на дне сосуда земля. Следовательно, землистый осадок образовался не из воды, а из стекла сосуда, подвергавшегося разложении при длительном нагревании.

— Ты один пришел к таким простым выводам? — спросил Геттар.

— Нет, к этим же выводам, но другим путем пришел Шееле. Он нашел при помощи химического анализа, что появившийся на дне сосуда осадок состоит из тех же веществ, что и стекло.

— Значит, теория Аристотеля и Бойля получила сокрушительный удар — вода не может переходить в землю... Но является ли вода простым элементом? —  спросил Геттар.

— Это покажет будущее, — ответил Лавуазье.

*

В один из осенних вечеров 1774 г. Лавуазье вошел в свою лабораторию. Его там встретила целая компания друзей, которые пришли узнать о его успехах. Кадэ, Бриссон и уже знакомый нам Геттар радостно приветствовали его.

— Друзья мои, я должен спешить, — сказал Лавуазье: — открытия сыплются одно за другим, но никто не может дать им правильного объяснения. Недавно я получил сообщение из Упсалы от Шееле. Он пишет, что при нагревании углекислого серебра выделяется газ, в котором могут гореть свечи и жить животные. Нагревая окись ртути, физик Байен получил газ, способный поддерживать горение. Наконец несколько дней тому назад известный английский химик Пристлей мне рассказал, что, нагревая ртутный препарат, он также получил какой-то особый вид воздуха, в котором свеча горит значительно лучше, чем в открытом сосуде.

— А твои собственные наблюдения? —  спросил Бриссон.

— Мои собственные опыты по прокаливанию металлов и сжиганию серы и фосфора дали чрезвычайно интересные результаты, — ответил     Лавуазье. — Металлы увеличиваются в весе ровно настолько, насколько уменьшается вес воздуха, в котором производится опыт.

— А что происходит при нагревании окиси ртути, по мнению Пристлея? —  спросил Кадэ.

— Он считает, что воздух, как и все остальные вещества, — это однородная материя, способная поглощать и выделять флогистон. Выделяя флогистон, воздух превращается в газ, в котором горение происходит более интенсивно.

— Каждый раз, когда вспоминают о флогистоне, я перестаю понимать то, что за минуту до этого мне было совершенно ясно, — сказал, улыбнувшись, Трюден.

— Забудь об этом таинственном незнакомце, мой друг, — продолжал Антуан, — и туман снова рассеется. Очевидно, что в опытах Шееле, Байена, Пристлея и моих получено одно и то же вещество. Следовательно, воздух не является однородным газом, а состоит из двух частей, из которых одна поддерживает горение, а другая относится к нему совершенно безразлично.

— Продемонстрируй нам опыт, о котором ты будешь докладывать в академии, — попросил Кадэ, — и мы не будем тебе больше мешать работать.

На столе, к которому Лавуазье подвел своих друзей, была установлена обычная реторта. На дне ее был насыпан красный порошок окиси ртути. Лавуазье зажег под ретортой сильный огонь, и порошок начал быстро разлагаться. Серебристая пленка металлической ртути покрыла стенки сосуда. В опрокинутую над водой мензурку врывались пузырьки газа. Когда мензурка наполнилась газом, Лавуазье ввел в нее тлеющий уголек, и он вспыхнул ярким пламенем.

На столе, к которому Лавуазье подвел своих друзей, была установлена обычная реторта. На дне ее был насыпан красный порошок окиси ртути. Лавуазье зажег под ретортой сильный огонь, и порошок начал быстро разлагаться. В опрокинутую над водой мензурку врывались пузырьки газа. Когда мензурка наполнилась газом, Лавуазье ввел в нее тлеющий уголек, и он вспыхнул ярким пламенем.

В основе процесса горения лежит газ, получающийся при прокаливании металлических земель. То обстоятельство, что при сгорании или окислении тело увеличивает свой вес ровно на столько, сколько весит поглощенная из воздуха горючая часть, является не случайностью, а основным законом всех химических преобразований.

— Ты считаешь это общим законом для всей химии? — спросил пораженный Кадэ.

— Да. В одном из своих мемуаров, еще не опубликованных, я пишу: «Ничто не создается ни при искусственных, ни при естественных операциях. И можно принять за правило принцип, что в каждом процессе в начальный и конечный моменты находится неизменное количество материи».

— Этот принцип древних впервые звучит не философской гипотезой, а как эмпирический закон, — сказал Бриссон.

— А как твои опыты с водой? — спросил Геттар.

— О них вы скоро услышите.

*

Лишь небольшой круг друзей Лавуазье правильно понял и поддержал новые взгляды на процесс горения. Остальные же ученые либо совершенно игнорировали работы Лавуазье, либо относились к ним враждебно.

В то время как Лавуазье готовился к последним атакам на флогистон, в небольшом английском городке Бирмингеме собралась группа друзей побеседовать о последних новостях науки, литературы и искусства. Друзья собирались аккуратно во время каждого полнолуния и поэтому называли свои встречи «заседаниями Лунного общества». Здесь были изобретатель паровой машины Джемс Уатт и его компаньон Болтон, химик Пристлей, астроном Гершель, поэт и врач Эразм Дарвин — дед великого естествоиспытателя — и многие другие. На этот раз друзья ожидали де-Люка, лектора английской королевы. Получив письмо от своих парижских друзей, де-Люк спешил поделиться с ними научными новостями.

Друзья собирались аккуратно во время каждого полнолуния и поэтому называли свои встречи «заседаниями Лунного общества». Здесь были изобретатель паровой машины Джемс Уатт, химик Пристлей, астроном Гершель, поэт и врач Эразм Дарвин — дед великого естествоиспытателя — и другие ученые.

— Последнее время мы много говорим о работах Лавуазье в области создания новой теории горения, — сказал де-Люк, входя в комнату о взволнованным видом. — Послушайте же, что пишет известный французский химик Макер об этом человеке: «Господин Лавуазье давно уже страшил меня каким-то великим открытием, которое он держит в секрете и которое должно — шутка сказать! — уничтожить вконец теорию флогистона. Я просто умирал от страха, видя его уверенность. Подумайте только, куда же мы денемся с нашей старой химией, если придется перестроить все здание заново? Признаюсь, я был бы совершенно обескуражен. Но Лавуазье обнародовал свое открытие, и, уверяю вас, у меня гора с плеч свалилась».

Бирмингамские друзья с удивлением переглянулись.

— Не знаю, какие доводы имеются у Макера, — задумчиво сказал Уатт. — Мне кажется, что Лавуазье прав, говоря о сложном составе окружающей нас атмосферы, но думаю, что составные части воздуха являются не чем иным, как видоизменением одного и того же вещества, то есть флогистона, или горючего воздуха. Но меня, как теплотехника, больше интересует состав воды. Я неоднократно наблюдал, как вода при длительном нагревании превращается просто в воздух, постепенно исчезая из сосуда. Следовательно, вода и воздух состоят из одних и тех же веществ.

— Переход воды в воздух только подтверждает правильность воззрений Бойля на строение материи, — с раздражением перебил Уатта Пристлей. — Макер, конечно, прав, высмеивая никому не нужные теории Лавуазье.

— И все-таки атаки этого француза на консервативные устои нашей науки мне глубоко симпатичны, — повторил Уатт.

Набежавшая туча закрыла луну. Заседание «Лунного общества» окончилось, и друзья начали прощаться. Следующая встреча должна была состояться только через месяц.

Горючий, или воспламеняемый, воздух — водород — сделался объектом многочисленных исследований приверженцев и врагов флогистона. Единомышленники Сталя видели в водороде реальное подтверждение своей теории — флогистон, так долго ускользавший от внимания экспериментаторов. Лавуазье на основании своих опытов с получением кислот при сжигании серы, угля и фосфора предполагал, что при сжигании водорода также должна получиться кислота, но, конечно, не мог ее обнаружить.

Самый простой «метод» для защиты теории флогистона избрали берлинские химики. Недолго думая, они предали публичному сожжению портрет Лавуазье, считая научную дискуссию на этом законченной.

В то время как Лавуазье продолжал свои эксперименты в Париже, Пристлей произвел опыт по сжиганию водорода, смешанного с воздухом. В закрытом сосуде горючая смесь была подожжена электрической искрой. После охлаждения стенки сосуда покрылись росой, но Пристлей не придал этому большого значения и считал, что опыт не дал никаких результатов. Такой же опыт произвел сотрудник Пристлея — Уорлтир. Стенки сосуда, на этот раз медного, также покрылись капельками росы, но и Уорлтира их химический состав не заинтересовал.

Английский ученый Кэвендиш давно интересовался вопросами горения. Действуя кислотой на металл, он получил водород и впервые описал его не как видоизменение обыкновенного воздуха, а как самостоятельное вещество.

Исследуя причины «уменьшения объема воздуха, происходящего при всякого рода флогистировании», Кэвендиш решил повторить опыты Пристлея и Уорлтира.

Узнав об этом, Пристлей не замедлил появиться у дверей огромного дома на площади Монтань, где жил Кэвендиш, и быстрым шагом прошел в кабинет хозяина.

— Я внимательно изучил ваши опыты, мистер Пристлей, — сказал Кэвендиш после обычного приветствия.

— Да, я слышал об этом, но они, к сожалению, не дали ничего нового.

— Я повторил ваши опыты, сжигая смесь горючего и обыкновенного воздуха в различных пропорциях. При пропускании электрической искры смесь теряет свою упругость и конденсируется на стенках сосуда в виде росы. При этом я нашел, что при сгорании двух объемов горючего воздуха и одного объема обыкновенного получается почти совершенная пустота, так как капельки росы занимают незначительный объем.

— Вода? — воскликнул Пристлей. —  Значит, воздух переходит в воду! Я всегда говорил, что Бойль был прав!

— При чем тут Бойль? — удивился Кэвендиш, — Бойль принимает воду за простой элемент, а опыт показывает, что она является соединением двух веществ.

— Я всегда говорил, что Бойль был прав! — воскликнул Пристлей.
— При чем тут Бойль? — удивился Кавендиш.

Но авторитет Бойля был так велик, что даже очевидные результаты опытов не могли убедить Пристлея. В тяжелом раздумье он выехал в тот же день в Бирмингем, спеша поделиться своими сомнениями с членами «Лунного общества».

Опыты Пристлея и Кэвендиша окончательно укрепили мнение Уатта о том, что вода переходит в воздух.

«При воспламенении горючего воздуха (т. е. водорода) и дефлогистрированного воздуха (т. е. кислорода), — писал Уатт физику Блэку, — они бурно соединяются друг с другом — вспыхивает пламя, а затем, при охлаждении, они вовсе исчезают. Не можем ли мы сделать заключение, что вода состоит из этих веществ, лишенных части своей скрытой теплоты, и что дефлогистрированный воздух есть вода, лишенная своего флогистона, но соединенная со скрытой теплотой?»

Так, с трудом, через дебри теории флогистона, Уатт медленно, но верно добирался до истины.

— Немедленно сообщите о результатах испытания Королевскому обществу, — сказал Уатт приехавшему в Бирмингам Пристлею.

— Я получил письмо от Вэджвуда. Он сильно сомневается в результатах наших опытов. Вэджвуд не верит, что при сжигании наших смесей мы действительно получали воду. Я уже написал де-Люку, что наши теоретические построения уничтожены!

— Я не имею своего мнения о важности нашего открытия, но согласен подождать более точных результатов испытания, — ответил Уатт.

*

Окончательно разрешить вопрос о природе воды удалось тому, кто его первый поднял. В то время как де-Люк, Пристлей, Уатт и Блэк обменивались письмами, полными сомнений, а Кэвендиш готовился к обстоятельному докладу «О присутствии следов азотной кислоты в воде, получающейся при взрыве смеси кислорода и водорода», Лавуазье, по-видимому, знавший о работах английских химиков, решил повторить их опыты. Вооруженный своей теорией горения, в которой никакой роли не играл флогистон, Лавуазье быстро пришел к правильному, выводу: вода является химическим соединением кислорода и водорода.

25 июня 1783 г. в присутствии большого количества ученых, среди которых находилось немало друзей, Лавуазье сделал доклад в Академии наук о своих работах.

Флогистон, изгнанный из воздуха, лишился, таким образом своего последнего убежища — воды.

Злобные нападки Фуркруа, Ламетри, Макера и других ученых не могли помешать общему признанию работ Лавуазье.

— Антуан, — сказал, поднявшись, Бриссон, когда Лавуазье окончил свой доклад, — несколько лет тому назад, когда ты только начинал свою войну с флогистоном, я предупреждал тебя о трудностях, которые тебя ожидают. Сегодня ты окончательно победил. Век флогистона окончился, и с сегодняшнего дня ни один передовой ученый не будет брать на себя защиту теории Сталя.

Лавуазье задумчиво улыбнулся. Он помнил, что у флогистона много друзей, и понимал, что впереди еще предстоит длительная борьба за полное признание новой теории. Сегодняшний день был лишь началом большой победы.