Чтение онлайн

Антуану понадобилась вся помощь, на какую была способна его жена, поскольку к работе в Генеральном откупе добавлялись все более сложные задачи, которые он должен был решать в качестве члена Академии наук. Лавуазье строго соблюдал все свои обязательства, он желал улучшить функционирование учреждений, к которым принадлежал, и приумножить пользу от них для всей страны. Однако, несмотря на то что работа в Генеральном откупе и Академии наук отнимала очень много сил, Антуан не терял из виду свою главную цель: превратить химию в точную науку.

В связи с этим 1772 год стал ключевым для Лавуазье. Являясь членом Академии, имея гарантированное финансовое будущее благодаря Генеральному откупу и обзаведясь семьей, он был готов погрузиться в масштабную работу: изучить роль воздуха в процессе горения. Это было одно из явлений, более других волновавших ученых того времени. Лавуазье уже много размышлял над ним во время работы над проектом освещения улиц Парижа. По всей Европе один за другим проводились опыты с целью прояснить этот процесс, который, казалось, объяснялся теорией флогистона. Тогда ученые полагали, что при воспламенении тело теряет флогистон и прекращает гореть, когда окружающий его воздух насыщается этим веществом и больше не может его впитывать. Так, например, считалось, что уголь и дерево содержат большое количество флогистона и именно по этой причине так хорошо горят (мы бы сегодня сказали «вещества-поглотители»).

Но во многих случаях гипотеза флогистона не могла рационально объяснить результаты опытов. Например, французский химик Луи Бернар Гитон де Морво (1737-1816) только что опубликовал результаты опытов по прокаливанию металлов, в результате которых образовывавшаяся «известь» неизменно весила больше, нежели чистый металл. Это противоречило теории: окисляясь, металлы теряли флогистон, однако становились тяжелее. Чтобы объяснить данное явление, приверженцы теории флогистона предположили, что флогистон в некоторых случаях может иметь отрицательную массу, и это объясняло, почему вещества, теряющие флогистон, становились тяжелее. Лавуазье решил покончить с этим противоречием путем планомерного изучения пневматической химии (химии газов), чтобы окончательно подтвердить или опровергнуть теорию флогистона.

В 1772 году Академия решила разгадать одну тайну. Считалось, что алмазы не разрушаются под воздействием огня; однако французский химик Жан Дарсе (1725-1801) утверждал, что провел немало опытов, во время которых алмазы исчезали под воздействием тепла, и это подтверждали другие ученые со времен Бойля. Речь шла о том, чтобы понять, разрушает тепло алмазы или нет, и если разрушает, то с чем это связано — с превращением камней в пар или с их возгоранием. Академия создала комитет, в который вошли Лавуазье, Пьер Жозеф Макёр (1718-1784) и Луи Клод Каде де Гассикур (1731-1799). Два уважаемых парижских химика осуществили множество опытов в оборудованной наиболее подходящим образом лаборатории Каде, но получили неубедительные результаты. Для раскрытия тайны нужен был источник очень интенсивного тепла, желательно без горючих материалов, чтобы продукты горения не смешивались с изучаемым веществом. Но найти его было непросто, поскольку до изобретения в XIX веке горелки Бунзена печи в химических лабораториях работали на угле.

Я рассматриваю природу как большую химическую лабораторию, в которой происходят любого рода соединения и разложения.

Антуан де Лавуазье

Кроме того, исследование зашло в тупик, поскольку у членов комитета не было алмазов, необходимых для продолжения опытов. Но на помощь им пришел ювелир Майар, который согласился предоставить три своих алмаза при условии, что сможет лично наблюдать за тем, как будет проходить нагревание.

Майар был убежден: для исчезновения алмазов необходимо наличие воздуха, и он хотел, чтобы химики осуществили опыт, подтверждающий его гипотезу. Для этого они поместили алмазы в глиняный сосуд, который заполнили угольной пылью. Далее сосуд закрыли и поместили его в два горшка, из которых один был перевернут вверх дном так, чтобы отверстия горшков совпадали и таким образом были тоже плотно закрыты. Ученые нагревали дважды закрытый сосуд в течение многих часов, но в итоге получили практически неизменившиеся алмазы, поверхность которых лишь слегка потемнела. Данный результат, казалось, подтверждал гипотезу Майара, однако не опровергал гипотезы испарения, поскольку можно было предположить, что используемая печь не позволила достигнуть достаточно высокой температуры.

Тогда Лавуазье вспомнил о линзе Чирнгаузена, хранившейся в подвалах Академии. Она была названа так в честь немецкого ученого, разработавшего ее веком раньше, и представляла собой гигантскую лупу, чуть больше десяти метров диаметром. Ее можно было использовать для создания того, что тогда называли «солнечной печью», в которой достигалась гораздо более высокая температура, нежели в конвенционной печи. Кроме того, за этой «печью» было гораздо удобнее следить, нежели за огнем в настоящей печи, где к тому же дым и пепел могли смешиваться с изучаемыми телами. Первые опыты не принесли желаемых результатов, поскольку линза не была отшлифована и имела много недостатков. Тогда было сконструировано устройство, основанное на том же принципе, но массивную линзу заменили сосудом, наполненным спиртом. Его создание профинансировал Трюден де Монтиньи, благородный вельможа, увлеченный наукой, и вдобавок друг Лавуазье. Получив данное устройство Лавуазье, Макёр, Каде и физик Матюрен Жак Бриссон (1723-1806) в октябре 1772 года осуществили в Королевском саду свой знаменитый опыт.

Он походил на настоящий спектакль, собравший толпу любопытных, и дамы по этому случаю надели свои лучшие наряды. На Лавуазье были затемненные очки, чтобы защитить глаза от интенсивного луча света. Помимо алмазов Майара изучалось также воздействие тепла на рубины; их нагревали как на воздухе, так и в запечатанных емкостях.

На этой гравюре, изображающей линзу Чирнгаузена, мы можем видеть устройство, похожее на то, которое использовал Лавуазье во время опыта с алмазами.

А: большая линза, состоящая из двух кусков выпуклого стекла и наполненная спиртом.

В: линза меньшего размера.

С: крепление устройства к земле.

D: регулируемая подставка.

Е: рычаги, с помощью которых можно поднимать и опускать большую линзу.

F: механизм, позволяющий приближать и отдалять маленькую линзу от большой.

G: сосуд, содержащий вещества, подлежащие нагреву.

Н: платформа, на которой стоит все устройство.

I: колеса, позволяющие передвигать платформу.

Когда нагреву были подвергнуты запечатанные сосуды, то есть опыт осуществлялся при отсутствии воздуха, ни один из драгоценных камней не претерпел изменений. Зато когда нагревание происходило на воздухе, алмазы начинали уменьшаться в размерах и через 20 минут исчезали без следа. (Вот неопровержимый способ проверить, является ли прозрачный камень алмазом: если он исчезнет при сильном нагреве на воздухе — значит, это алмаз). А вот с рубинами, которые состоят из окиси алюминия (А12Оэ), содержащей небольшое количество хрома, ничего не произошло. Образовавшиеся во время опыта газы были собраны с помощью устройства, похожего на разработанное Стивеном Гейлсом (1677-1761), которое впоследствии было усовершенствовано Пристли. Ко всеобщему удивлению, полученным газом оказался «фиксируемый воздух», названный так Джозефом Блэком (1728-1799) и образующийся при сжигании угля.

Лавуазье было поручено составить и представить Академии доклад (он сохранился до наших дней), призванный объяснить, что алмазы не испаряются, а сгорают. Но ученый не удовольствовался точным и подробным описанием произведенных опытов и полученных результатов: весь этот процесс заставил его глубоко задуматься. Он сразу заключил, что алмаз должен быть чем-то вроде угля, хотя внешне между алмазом и углем нет ничего общего (сегодня мы знаем, что алмазы состоят из углерода, у них такой же химический состав, как и у угля: при высокой температуре они горят и производят диоксид углерода — газ, который отвечает за парниковый эффект). Вопреки мнению коллег, Лавуазье начал подозревать, что в химическом процессе ничего не разрушается и ничего не создается, но все изменяется, и значит, если мы получили один и тот же продукт, то исходные вещества были одинаковыми. С другой стороны, поскольку воздух необходим для горения, возможно, он — не просто компонент, как считалось прежде, но и активный участник этого химического процесса.