ХИМИЯ В XVIII ВЕКЕ

Если бы идеи Джона Мэйоу и его кол­лег в своё время получили соответст­вующее теоретическое обоснование, то совершенствование химических знаний могло бы пойти в ином на­правлении. История распорядилась иначе. Теория, первая химическая тео­рия появилась только на рубеже XVII— XVIII столетий. Почти на протяжении всего XVIII в. она владела умами подав­ляющего большинства исследователей. Парадокс заключался в том, что в конечном счёте эта теория оказалась ошибочной.

Она вошла в историю под назва­нием теории флогистона. Её создал немецкий химик и врач Георг Эрнст Шталь (1659—1734). В соответствии с этой теорией, все вещества, способ­ные гореть или изменяться при про­каливании (как металлы, которые превращаются в оксиды), содержат невесомый флюид — флогистон (от греч. «флогистос» — «воспламеня­ющийся»). Таким образом, в процес­се горения или обжига вещества те­ряют, отдают флогистон. Ценность теории состояла в том, что она дава­ла возможность с единой точки зре­ния объяснять механизмы протека­ния химических процессов.

Основы своих представлений Шталь изложил в 1697—1703 гг., а фундаментальное освещение его взгляды получили в 1723 г. в книге «Основания химии». Шталь считал, что флогистон является материаль­ным, лишь когда находится в сочета­нии с другими веществами в сложных телах; при нагревании этих тел он проявляется в виде огня. То есть

ГЕНРИ КАВЕНДИШ

(1731—1810)

«...Он был крайне застенчив и сдер­жан. У него не было друзей и было ма­ло знакомых. Вместо того, чтобы охва­тить своей мыслью всю совокупность природы, он ограничивался исследова­нием немногих проблем первоклассно­го значения. Его работы отличались ве­личайшей точностью и изяществом; в сообщении своих выводов он соблю­дал величайшую осторожность» — так характеризовал английского учёного Генри Кавендиша один из многочислен­ных биографов.

Выходец из знатной аристокра­тической семьи, Кавендиш никогда не испытывал недостатка в средствах. (Французский физик Жан Батист Био в некрологе назвал его «самым бога­тым из учёных и, вероятно, самым учё­ным из богачей».) Так и не окончив Кембриджский университет, он в 1753 г. поселился в лондонском доме отца. Здесь устроил лабораторию и до конца жизни проводил в ней исследо­вания.

В историю науки Кавендиш вошёл как крупнейший представитель пневма­тической химии. Его девиз гласил: «Всё определяется мерой, числом и весом». Он был убеждённым сторонником тео­рии флогистона, и это обстоятельство часто мешало ему правильно интерпре­тировать сделанные открытия.

Первая опубликованная Кавендишем работа называлась «Опыты с ис­кусственным воздухом» (1 766 г.). Речь в ней шла о «горючем воздухе» (водо­роде в современном понимании). Хотя Кавендиш и считается автором откры­тия первого газообразного простого вещества, это не вполне соответству­ет действительности. «Горючий воздух» ранее наблюдали и Роберт Бойль, и французский химик Никола Лемери, и Михаил Ломоносов. Однако все они ограничивались лишь констатацией факта. Кавендиш же дал описание своеобразных свойств водорода как индивидуального вещества. Он получал его разными способами (действуя раз­бавленными соляной и серной кислотами на железо, цинк, олово) и всякий раз убеждался, что выделяется один и тот же газ.

Флогистик Кавендиш был уверен, что «горючий воздух» — это и есть флогистон, который улетучивается из металлов при их обработке кислотами. Ведь газ отличался необычайной лёгко­стью, а учение о флогистоне содержа­ло идею об отрицательном весе этой субстанции. Но продолжив исследова­ния, Кавендиш убедился: газ весом, и его плотность относительно воздуха равна 0,09 (современное значение — 0,07). Появилось новое объяснение: «горючий воздух» является соединени­ем флогистона с водой.

Это, пожалуй, яркий пример того, как флогистонная теория Георга Шталя оказалась препятствием на пути верного истолкования одного из самых знаменательных химических откры­тий — обнаружения наиболее лёгкого химического элемента, которому в своё время предстояло «возглавить» периодическую систему.

70-е гг. XVIII в. — эпоха триумфа пневматической химии. Именно тогда были открыты основные газы атмосфе­ры — азот и кислород. Независимо от Даниеля Резерфорда Кавендиш в 1772 г. выделил «мефитический воз­дух» (азот), но не удосужился вовремя предать свой результат гласности. За­то провёл детальное количественное исследование свойств этого газа. Весо­мый вклад он внёс и в изучение «огнен­ного воздуха» (кислорода), обнару­женного независимо друг от друга Карлом Шееле и Джозефом Пристли в 1773—1774 гг. Для анализа воздуха Кавендиш сконструировал в 1783 г. специальный прибор — эвдиометр (от греч. «эудиос» — «чистый», «яс­ный» — о воздухе).

В 1785 г. учёный задался вопросом: не содержится ли в атмосфере поми­мо азота, кислорода и углекислого га­за ещё какой-либо неизвестной «разно­видности воздуха»? В течение двух недель Кавендиш пропускал электриче­ский разряд через воздух, обогащённый кислородом. Образующиеся окси­ды азота поглощались раствором КОН.

Удалив затем избыток кислорода, ис­следователь обнаружил примечатель­ный факт: в растворе неизменным оставался пузырёк воздуха, состав­лявший приблизительно 1/125 первона­чального объёма газовой смеси. Ни электрический разряд, ни химические реагенты никоим образом на него не действовали. Кавендиш так и не су­мел объяснить это загадочное обстоя­тельство. Только сто с лишним лет спу­стя выяснилось: пресловутый пузырёк содержал в основном благородный газ аргон. Основная заслуга его открытия (наряду с другими благородными газа­ми) принадлежит соотечественнику Кавендиша Уильяму Рамзаю.

Прославленный химик, Кавендиш был и выдающимся физиком, но боль­шинство своих работ в этой области не публиковал. А между тем в 1 771 г. учёный пришёл к выводу: сила элект­рического взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстоя­ния между зарядами. Спустя 14 лет Шарль Огюстен Кулон сделал аналогич­ное заключение, и этот закон носит его имя. Кавендиш экспериментально под­твердил закон всемирного тяготения и вычислил гравитационную постоян­ную. Он впервые рассчитал среднюю плотность Земли — 5,18 г/см³ (совре­менное значение — 5,5 г/см³). В 1871 г. в Кембриджском университете была организована физическая лаборато­рия, которая носит имя учёного.