ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Одну из ярких страниц в развитии химии во второй половине XVIII в. представляет собой деятельность химиков-пневматиков, изучавших способы получения и свойства различных газов (от греческого — «дух», «дуновение», «дыхание», «воздух»). По существу эта область исследования представляла собой одно из направлений химико-аналитической и химико-технической деятельности химиков флогистического периода. К тому же химики-пневматики не только занимались исследованиями газов, но и работали в других важных областях химии того времени.

Однако специфический характер исследований химико-пневматиков и важное значение, которое приобрела их деятельность для дальнейшего развития химии, требуют особого рассмотрения истории открытий в области химии газов во второй половине XVIII столетия, а также анализа той борьбы мнений, которую вызвали новые открытия.

До середины XVII в., как уже говорилось, газы еще не различались и считались лишь разными видами воздуха. Ван-Гельмонт, по-видимому, первый показал, что помимо воздуха следует признать существование ряда различных воздухообразных тел, которые он называл газами, и, в частности, «лесного газа».

После Ван-Гельмонта изучением газов занимались отдельные исследователи, в частности Ж. Рей, Дж. Майов, Р. Бойль. В начале XVIII в. химики не проявляли особого интереса к изучению газов. Основной причиной этого было отсутствие в их распоряжении удобных методов получения, собирания и исследования свойств отдельных газов. Однако некоторые ученые все же пытались исследовать свойства известных в то время газов, применяя воздушный насос Бойля и примитивные приспособления для собирания выделяющихся в различных процессах газов. Так, Ломоносов, изучавший механизм растворения металлов в кислотах, получил при растворении меди в азотной кислоте окислы азота и описал некоторые свойства этого газа. Для собирания газа он пользовался бычьим пузырем, как, впрочем, и его современники и химики более позднего времени, например Пристлей.

В первой половине XVIII в. появилось описание так называемой пневматической ванны, предложенной Гейлсом, в которой приемник получаемого газа был отделен от генератора газа. Однако открытие Гейлса не сразу стало известно химикам, так как было опубликовано в книге, посвященной проблемам ботаники.

Стефен Гейлс (1667–1761) изучал в Кэмбридже теологию и стал священником. Свой досуг он посвящал изучению математики и естествознания, особенно биологии (физиологии растений). Гейлс экспериментально исследовал различные явления и процессы, связанные с ростом растений, а также и с их химическим составом. При этом он стремился пользоваться точными физическими методами исследования и объяснять явления жизни и роста растений с позиций физики и химии. Главным трудом Гейлса, посвященным физиологии растений, является книга «Статика растений» (1727 г.). В этом сочинении и описана «пневматическая ванна», которая служила Гейлсу для собирания газов, выделявшихся при сухой перегонке дерева. В дальнейшем «пневматическая ванна» приобрела большое значение в практике исследований газов как прибор для собирания газов над водой.

Первым видным представителем периода пневматической химии был английский ученый Джозеф Блэк (1728–1799). Он родился в Бордо (Франция) и в 12-летнем возрасте переехал в Англию для получения образования. Он учился в Бельфасте (Ирландия), а в 1746 г. поступил в университет в Глазго. Здесь он изучал медицину, но интересовался и естественными науками, особенно химией. В 1750 г. Блэк перешел в Эдинбургский университет, а в 1754 г. получил степень доктора медицины. Выполненное им в качестве докторской работы исследование (опубликовано в 1755 г.) было посвящено выяснению природы «едких» и «мягких» щелочей, а также свойствам «воздуха», выделяющегося при действии кислот на «мягкие» (т. е. углекислые) щелочи. Эта работа принесла Блэку известность и авторитет. В 1756 г. он был назначен профессором химии в Глазговском университете, а 10 лет спустя, в 1766 г., перешел на ту же должность в Эдинбургский университет.

Здесь он работал более 30 лет (до 1797 г.), привлекая своими замечательными лекциями много слушателей и учеников. В последние годы жизни Блэк был тяжело болен (80).

Хотя исследования Блэка немногочисленны, они приобрели важное значение в истории химии и оказались как бы вводными в исследования химиков-пневматиков. Тема первого его исследования, начатого в 1752 г., была поставлена им в связи с поисками эффективных лекарственных средств для растворения камней в мочевом пузыре. В то время для этого применялись едкие щелочи. Желая «смягчить» действие подобных средств, Блэк прежде всего занялся изучением природы едкости щелочей. Как и его современники, он полагал, что едкость щелочей связана с наличием в их составе элемента-огня. Так, считалось, что известняк при сильном прокаливании превращается в едкую известь вследствие присоединения «огненной материи». Но изучая переход от мягкой щелочи (известняка) к едкой (извести), Блэк убедился в ошибочности таких представлений. Он нашел, что при прокаливании известняка к нему не только не присоединяется какая-либо материя, а наоборот, прокаливание сопровождается выделением из известняка значительного количества «воздуха». После тщательного изучения свойств этого «воздуха» Блэк назвал его «фиксируемым воздухом», так как оказалось, что этот «воздух» легко поглощается — «фиксируется» (связывается) едкими щелочами, например раствором едкой извести.

Поставив подобные же опыты с жженой магнезией, Блэк получил новое подтверждение своим выводам. Он обнаружил далее, что «фиксируемый воздух», т. е. углекислый газ, выделяется из известняка (СаСO₃) и белой магнезии (углекислого магния) при действии кислот, причем получаются соли. В своих исследованиях Блэк пользовался весами и точно определял потерю в весе «мягких» щелочей при их прокаливании. Так, он взял точно отвешенное количество белой магнезии и, прокалив ее, отметил потерю в весе. Затем он растворил полученную жженую магнезию в кислоте и осадил поташом из раствора белую магнезию. Отделив и высушив осадок, он получил точно такое же количество белой магнезии, которое было взято для опыта. На основании своих исследований Блэк пришел к заключению, что «мягкие щелочи» содержат «фиксируемый воздух», который играет роль кислоты в этих соединениях, представляющих собой, таким образом, соли.

Несмотря на ясность и доказательность выводов Блэка, в то время еще приверженца теории флогистона, его исследования многие ученые подвергли критике и даже нападкам. Против представлений Блэка о причине едкости щелочей выступил, в частности, немецкий химик И. Ф. Мейер, который, в противовес мнению Блэка, считал, что при прокаливании известняка и белой магнезии теряется не «фиксируемый воздух», а лишь вода и что переход от мягкой щелочи к едкой связан с поглощением из огня особой «жирной кислоты» (acidum pingue). Вслед за Мейером взгляды Блэка критиковали и другие химики, в частности французский химик Бомэ. Даже Лавуазье не хотел признавать справедливость выводов Блэка, склонялся к мнению его противников и лишь впоследствии изменил свои взгляды.

Нельзя не сказать и о другом важном исследовании Блэка, посвященном вопросу о скрытой, теплоте плавления и испарения. Блэк поставил следующий простой опыт: к определенному, взвешенному количеству льда, имеющего температуру 32° по Фаренгейту, он добавил равное количество воды с температурой 172° Ф. Казалось бы, при этом смесь должна была принять среднюю температуру 102 Ф. как это наблюдается при смешивании равных количеств воды с разными температурами. В действительности же Блэк обнаружил, что смесь сохранила температуру 32° Ф, но зато весь лед растаял. На основании ряда подобных опытов Блэк пришел к правильному выводу, что таяние льда связано с поглощением большого количества теплоты, которая берется из запасов тепла смеси. Эту теплоту Блэк назвал «скрытой теплотой» плавления.

Свои выводы о скрытой теплоте Блэк приложил и к другим явлениям, связанным с выделением и поглощением тепла, в частности к растворению солей, испарению жидкостей и т. д. Блэк объяснил с этой же точки зрения и действие охлаждающих смесей. Такие смеси, согласно Блэку, затрачивают особенно большое количество тепла на переход в жидкое состояние и берут это тепло из собственных запасов, вследствие чего сильно охлаждаются.

Исследования Блэка, таким образом, представляют собой выдающееся явление в истории науки и отражают его новаторский подход к решению важных научных вопросов, характерный для химии и физики конца XVIII в. Флогистик Блэк, после падения теории флогистона, примкнул к сторонникам учения Лавуазье.

Пневматические исследования Блэка продолжили и значительно расширили его современники — химики-пневматики, и особенно его соотечественники Кавендиш и Пристлей, а также швед Шееле.

Деятельность этих ученых, продолженная затем Лавуазье, теоретически обобщившего результаты всех их открытий в области пневматической химии, непосредственно привела к химической революции в конце XVIII в.

Видный английский химик и физик Генри Кавендиш (1731–1810) (81) родился в богатой аристократической семье. После нескольких лет обучения в школе он в 1749 г. поступил в Кэмбриджский университет, где изучал естественные науки.

Однако через четыре года он оставил университет, не получив никакой ученой степени. По-видимому, в 1753 г. он поселился в Лондоне в доме своего отца. О 10 годах его дальнейшей жизни не сохранилось никаких сведений. Вероятно, они были посвящены в значительной степени занятиям физикой и математикой. В это же время Кавендиш устроил в конюшне лабораторию и в течение всей дальнейшей жизни вел в ней исследования. В 1760 г. он был избран членом Лондонского Королевского общества.

Кавендиш был человеком особого склада, с большими странностями. Он был нелюдимым, мало говорил и смущался, когда к нему обращались незнакомые люди. Несмотря на то, что был весьма богат, он ходил в старомодной одежде и скромно питался. Г.Дэви писал о нем: «Голос его похож был на какой-то писк, обращение его было нервное. Он пугался чужих людей, и когда смущался, то ему трудно было говорить. Он одевался, как наши деды, был очень богат, но не пользовался своим богатством» (82).

В 1783 г. после смерти своего отца и тетки Кавендиш получил огромное наследство и, как выразился его биограф, физик Био в некрологе, «был самым богатым из ученых и, вероятно, самым ученым среди богачей» (83).

Всю свою жизнь Кавендиш посвятил научным занятиям и, особенно, экспериментальным исследованиям. Каждый день, включая и воскресенья, он проводил за работой. Только изредка он выезжал из Лондона в короткие путешествия, но не с целью отдохнуть, а для геологических обследований различных районов Англии и ознакомления с промышленными предприятиями. На лето Кавендиш переезжал в свою виллу, где также была устроена лаборатория и астрономическая обсерватория. Здесь он принимал иногда редких гостей.

Кавендиш как экспериментатор отличался высокой тщательностью работы. Он аккуратно заносил в лабораторный журнал-дневник свои наблюдения и результаты опытов, но публиковал свои работы неохотно. Лишь в 1766 г. он решил опубликовать некоторые свои исследования в журнале Королевского общества «Philosophical Transactions». Многие его статьи лежали в законченном виде более 10 лет, прежде чем он решал послать их в печать. Отдельные же его труды при его жизни так и не увидели света.

Как физик Кавендиш получил известность своими исследованиями по электрическому разряду, предпринятыми для выяснения причин «электрического удара» некоторых животных (электрический скат). Он изучал также явления, связанные с выделением и поглощением теплоты, и в частности скрытые теплоты плавления и испарения. Будучи сторонником молекулярно-кинетической теории теплоты (в отличие от Блэка — сторонника теории теплорода), он осуждал употреблявшееся Блэком выражение «выделение или поглощение скрытой теплоты», которое предполагает, что теплота представляет собой какое-то вещество, и сам употреблял вместо этого выражение «теплота возникает». Большое значение получили также определения Кавендишем постоянной земного тяготения при помощи крутильных весов.

Особенно важны исследования Кавендиша в области пневматической химии. Первая работа Кавендиша по химии, посвященная свойствам металлического мышьяка и его окислов, не была им опубликована и стала известна лишь после его смерти. Кавендиш — ревностный последователь теории флогистона (до конца своих дней), объяснял различие в свойствах окислов тем, что высший окисел — As2О5 — содержит меньше флогистона, чем As2О3, а последний содержит меньше флогистона по сравнению с металлическим мышьяком (корольком мышьяка).

Из других ранних исследований Кавендиша назовем работу, в которой он показал, что известь и магнезия хорошо растворяются в воде при насыщении последней углекислотой.

В 1788 г. Кавендиш выступил с интересной работой, которая особенно характеризует его роль в развитии методов количественного химического анализа. Эта работа посвящена определению крепости серной кислоты. Кавендиш так описывает свой метод: «Мой метод состоял в том, что я находил количество plumbum vitriolatum (сернокислого свинца), осажденное свинцовым сахаром, и отсюда вычислял крепость серной кислоты, исходя из предположения, что то количество серной кислоты, которое образует 100 частей сернокислого свинца, способно растворить 33 части мрамора; ибо я нашел опытным путем, что это количество серной кислоты насыщает столько же фиксируемой щелочи, сколько такое же количество азотной кислоты, которое растворяет 33 части мрамора» (84).

Здесь мы видим в зародыше учение об эквивалентности кислот, развитое позднее Рихтером, и намек на закон кратных отношений Дальтона.

Первая из работ, опубликованных Кавендишем, была посвящена пневматической химии. Она озаглавлена «Опыты с искусственным воздухом» (1766 г.). Исследование это, по-видимому, находится в связи с опубликованными Блэком в 1755 г. мемуарами «О белой магнезии, едкой извести и других щелочных веществах», где описывается «фиксируемый воздух». Кавендиш получил и исследовал различные виды «искусственного воздуха», представляющего, по его словам, «всякий род воздуха, который содержится в веществах в неупругом (связанном. — Н. Ф.) состоянии и может быть искусственно из них выделен» (85).

В качестве одного из видов «искусственного воздуха» Кавендиш исследовал прежде всего «горючий воздух», т. е. водород. Кавендиш не был первым, кто получил этот газ. Как мы видели, «горючий, или воспламеняемый, воздух» упоминается во многих химических сочинениях XVI–XVIII вв. задолго до Кавендиша, например у Лемери и Ломоносова. Однако именно Кавендишу принадлежит заслуга описания водорода как индивидуального вещества со своеобразными свойствами. Он получал водород действием разбавленных кислот — серной и соляной — на железо, цинк и олово и установил, что во всех случаях образуется один и тот же газ.

Будучи убежденным флогистиком, Кавендиш считал, что водород выделяется при действии кислоты на металлы не в результате разложения кислоты, а в результате «разложения» под действием кислоты металлов, считавшихся флогистиками сложными телами. Этой же точки зрения придерживался в середине XVIII в. и Ломоносов. По мнению Кавендиша, различные металлы содержат различные количества «воспламеняемого воздуха».

На основании этого Кавендиш решил, что «горючий воздух» и представляет собой тот самый флогистон, который улетучивается из металлов при их кальцинации. К тому же обнаруженная им необычайная легкость этого газа, казалось, блестяще подтверждала учение флогистиков об «отрицательном весе» флогистона.

Однако, исследуя свойства «горючего воздуха», Кавендиш убедился, что он имеет вес. Для определения его плотности Кавендиш взвешивал колбу с серной кислотой и цинком до реакции и затем после полного выделения водорода и отмечал убыль в весе за счет освободившегося водорода, объем которого он точно определял. Он получил для плотности водорода относительно воздуха значение, равное 0,09 (современное значение 0,0695).

Этот результат заставил Кавендиша отказаться от предположения, что «горючий воздух» представляет собой чистый флогистон. Однако он тут же принял, что водород — это соединение флогистона с водой, т. е. гидрат флогистона. Эта точка зрения также вполне соответствовала взглядам флогистиков, утверждавших, что свободный флогистон существовать не может и при выделении, например, из металлов в процессе их кальцинации он обязательно вступает в прочное соединение с воздухом или другими веществами.

Другим видом «искусственного воздуха», исследованного Кавендишем, был «фиксируемый воздух» Блэка. Кавендиш получал его, так же как и Блэк, действием кислот на известняк, белую магнезию, мрамор и т. п. Он нашел, что плотность фиксируемого воздуха» по отношению к обычному воздуху равна 1,57. Кавендиш исследовал также «искусственный воздух», образующийся в результате брожения, а также гниения органических веществ.

Спустя 17 лет после своего первого сообщения о различных видах «искусственного воздуха», Кавендиш в 1783 г. опубликовал мемуар под заглавием «Известие о новом эвдиометре». В этом исследовании описывается прибор для анализа воздуха[28], основанный на окислении окиси азота. За время между выходом первой и второй работ Кавендиша (с 1766 по 1783) в области пневматической химии были сделаны крупнейшие открытия. Сам Кавендиш получил в 1772 г. (согласно сообщению в одном из писем Пристлея) так называемый мефитический воздух, или, как его обычно называли флогистики, «флогистированный воздух», в дальнейшем названный «азотом». Способ получения «мефитического воздуха» состоял в том, что обычный воздух многократно пропускался над раскаленным углем и образующийся при этом углекислый газ (фиксируемый воздух) поглощался щелочью. Но Кавендиш не опубликовал своевременно результатов этого исследования, и поэтому честь открытия азота обычно приписывается Даниэлю Рутерфорду (1749–1819)[29], который в том же 1772 г. описал азот в своей диссертации «О так называемом фиксируемом и мефитическом воздухе», представленной для поручения ученой степени доктора медицины и выполненной под руководством Дж. Блэка.

Кавендишу, однако, принадлежит подробное количественное исследование свойств азота, а так же открытого в это же время Шееле и Пристлеем «огненного воздуха», т. е. кислорода. Для получения чистого азота Кавендшн также воспользовался свойствами «селитряного газа» (окиси азота), который, соединяясь с «дефлогистированной» частью воздуха (кислородом), образует красную двуокись азота, легко поглощаемую водой и растворами щелочей при встряхивании.

При помощи специально сконструированного эвдиометра Кавендиш провел большое число анализов воздуха. Он опроверг господствовавшее в то время представление, что «добротность» воздуха в различных местах различна. В течение 60 дней он брал пробы воздуха при разных условиях погоды и в различных местах и, проведя около 400 определений, установил, что состав воздуха всюду одинаков. Кавендиш нашел, что среднее содержание «дефлогистированного воздуха» в обычном воздухе составляет 20,84 % по объему.

В 1784–1785 гг. Кавендиш выполнил и опубликовал еще одно исследование под заглавием «Эксперименты с воздухом». Эта работа имела целью найти причину уменьшения объема воздуха при всякого рода его «флогистировании» и установить, что происходит с исчезающим при этом воздухом. После нескольких неудачных попыток решить этот вопрос Кавендиш, желая удалить из воздуха его «дефлогистированную часть» (кислород), смешал воздух с водородом и при помощи электрической искры взорвал смесь. К его удивлению, в результате взрыва получилась вода. Он повторил опыт в сосуде большего объема (8 фунтов длины и диаметром 3/4 дюйма) и получил в результате 8,7 г воды, «которая не имела ни вкуса, ни запаха и при испарении досуха не оставляла ни малейшего следа». При этом оказалось, что более 4/5 взятого воздуха оставались в трубке. В результате опытов Кавендиш пришел к выводу, что при «флогистировании» воздуха (т. е. при отнятии у него кислорода) из него выделяется влага.

В этом же сообщении Кавендиша описаны опыты взрыва смеси воздуха и водорода при недостаточном количестве водорода. Оказалось, что при этом отчасти образуются окислы азота, которые при растворении в воде дают азотную и азотистую кислоты. Кавендиш пытался установить источник появления кислоты, но безуспешно.

Используя простой прибор, Кавендиш исследовал действие электрического разряда на воздух. Изогнутая под острым углом стеклянная трубка, заполненная воздухом, была погружена концами в два сосуда с ртутью. Над ртутью в обоих коленах трубки было налито немного раствора едкого кали. Ртуть одного из сосудов соединялась при помощи проводника с кондуктором электростатической машины, ртуть второго сосуда — с землей. Для опытов бралась искусственная смесь из пяти частей «дефлогистированного воздуха» (кислорода) и трех частей обычного воздуха, через которую пропускались электрические искры. При этом объем воздуха в трубке постепенно уменьшался (в результате образования окиси, а затем двуокиси азота, растворявшейся в щелочи), пока не остался небольшой пузырек, не поддававшийся далее действию электрических разрядов. В щелочном растворе над ртутью Кавендиш обнаружил селитру. Таким образом, он впервые осуществил синтез азотной кислоты из воздуха.

В восьмидесятых годах Кавендиш, конечно, хорошо знал о новых представлениях, развитых Лавуазье, о роли кислорода в химических и жизненных процессах и даже иногда пытался с новых точек зрения толковать результаты своих пневматических опытов. Однако как убежденный флогистик в заключение своего мемуара «Опыты с воздухом» он писал: «Из сказанного как будто следует, что явления природы могут найти объяснение и без помощи флогистона; действительно, дело сводится к одному и тому же, говорят ли, что телу сообщается дефлогистированный воздух или что из него удаляется флогистон с заменой его водой. Так как нет, вероятно, вещества, совершенно свободного от воды, и так как я не знаю средства, как переносить флогистон с одного тела на другое, без того, чтобы оставалось сомнение, не была ли перенесена и вода, то чрезвычайно трудно при помощи опыта решить, какое из двух мнений самое истинное. Но так как общепринятый принцип флогистона так же хорошо объясняет явления, как и теория Лавуазье, то я придерживался первого» (86).

Кавендиш и в дальнейшем проводил опыты с воздухом, желая установить, весь ли азот, содержащийся в воздухе, может быть превращен в азотную кислоту. В результате этих опытов он пришел к выводу: «Если в нашей атмосфере содержится часть флогистированного воздуха, которая отличается от всего остального и не может быть превращена в азотную кислоту, то мы с уверенностью можем сказать, что она не больше 1/125 части его» (87).

Этот вывод оказался достаточно точным и спустя 100 лет был подтвержден при открытии аргона в воздухе. Таким образом, Кавендиш был выдающимся химиком-пневматиком, обогатившим химию и физику рядом крупнейших открытий (88).

Современником Кавендиша был другой выдающийся английский естествоиспытатель и философ — Джозеф Пристлей (1733–1804) (89). Он был сыном ткача, рано потерял мать и воспитывался у тетки. Еще в детстве обнаружились его выдающиеся способности, особенно к иностранным языкам. Религиозная склонность привела его в духовную академию в Девентри, где он, в течение 1752–1755 гг. изучал теологию. Впрочем, наряду с лекциями по теологии и философии, он с большим интересом слушал курсы по естественным наукам. Затем он увлекся филологией и изучил немецкий, французский, итальянский, латинский, греческий, арабский, сирийский, халдейский и древнееврейский языки.

По окончании академии в течение нескольких лет Пристлей был священником в диссидентских общинах и занимался преподаванием, в частности, иностранных языков. Будучи преподавателем в академии в Уоррингтоне (между Ливерпулем и Манчестером) и имея досуг, он начал заниматься научной работой. Он писал трактаты по теологии и философии и написал также популярную работу по истории электричества, за которую в 1766 г. был избран членом Королевского общества в Лондоне. В это же время он начал исследования в области пневматической химии.

В 1773 г. Пристлей был приглашен на должность литературного секретаря к богатому аристократу лорду Шельборну. В качестве секретаря Шельборна он совершил путешествие в Париж, где познакомился с Лавуазье и другими видными учеными Франции.

В этот период Пристлей интенсивно работал, выступая с философскими сочинениями (о материи и духе, о свободе воли и т. д.), высказывая материалистические идеи и в резкой форме выступая против догматов господствующей англиканской церкви. В связи с этим ему пришлось уйти от лорда Шельборна, так как его взгляды оказались несовместимыми со взглядами хозяина.

Переехав в Лондон, Пристлей возобновил свои занятия по пневматической химии. Он часто встречался с В. Франклином (1706–1790), который хорошо к нему относился и шутливо называл его за выступления против англиканской церкви «честным еретиком».

В 1780 г. Пристлей переселился в Бирмингам, был здесь священником в одной из общин и одновременно занимался научной работой. Он активно работал также в «Лунном обществе» любителей науки и продолжал свои химические исследования. Кроме того, он много писал на различные политические темы.

Пристлей с восторгом встретил французскую буржуазную революцию, страстно выступал в ее защиту и состоял даже членом общества «Друзей революции». В 1791 г. в июле, в годовщину падения Бастилии, когда Пристлей вместе с друзьями принял участие в праздновании этого события, толпа реакционеров, по наущению духовенства и местных властей, подвергла полному разгрому его дом, уничтожив лабораторию и библиотеку. Сам Пристлей едва спасся бегством в Лондон. Но и здесь он не мог чувствовать себя в безопасности и вскоре покинул Англию и переселился в Америку (в Нортумберлянд), где построил новую лабораторию и восстановил библиотеку. Последние годы жизни он продолжал усердно работать, в частности он опубликовал в 1800 г. книгу в защиту теории флогистона. Умер Пристлей в феврале 1804 г.

Научная деятельность Пристлея была исключительно напряженной и разносторонней. Не будем говорить о его философских, теологических и политических трудах (90). Отметим лишь, что в своих сочинениях он высказывал передовые и материалистические взгляды.

Пристлей не получил систематического естественнонаучного образования и работал в области пневматической химии и во многих разнообразных областях науки как любитель. Тем не менее Пристлей сделал ряд крупных открытий в области химии. Пристлей внес важное усовершенствование в аппаратуру для собирания газов. Он заменил в приемнике «пневматической ванны» Гейлса воду ртутью. Это дало возможность собирать и изучать те газы, которые ранее оказывались «неуловимыми», вследствие большой растворимости в воде (хлористый [водород, сернистый газ, аммиак). В 1767 г. Пристлей, так же как и Кавендиш, изучал действие электрических разрядов на различные газы, на обычный воздух, «фиксируемый воздух» и на только что открытый Кавендишем «горючий воздух» (водород). В этот же период Пристлей получил искусственную газированную воду, насыщенную углекислым газом. В 1772 г. он занялся исследованием «селитряного газа» (окиси азота), получаемого действием разбавленной азотной кислоты на железо. Так же как и Кавендиш, он изучал «добротность» воздуха, взятого из различных мест. Смешивая окись азота с определенными количествами обычного воздуха, Пристлей обнаружил, что объем взятого воздуха уменьшается на 1/6 часть, и оставшийся воздух оказывается неспособным поддерживать горение и непригоден для дыхания. Он пришел к выводу, что этот оставшийся воздух полностью насыщен флогистоном.

Продолжая опыты Гейлса и Майова, Пристлей также обнаружил уменьшение объема воздуха, если в нем сжигать горючие тела или прокаливать металлы и если образовавшийся при этом «фиксируемый воздух» удалять при помощи известковой воды. При этих опытах Пристлей сделал весьма крупное открытие. Он обнаружил, что «фиксируемый воздух» (углекислый газ) в присутствии зеленых растений вновь приобретает свойства обычного воздуха, т. е. становится пригодным для дыхания животных (1771 г.). Через некоторое время Пристлей, действуя «селитряным воздухом» на влажные железные опилки, получил «дефлогистированный селитряный газ» (закись азота), который поддерживал горение, но оказался непригодным для дыхания.

1 августа 1774 г. Пристлей сделал свое величайшее открытие. Нагревая красную окись ртути в замкнутом пространстве при помощи большой зажигательной линзы, он получил газ, который оказался не растворимым в воде и в котором свеча горела более ярко, чем в обычном воздухе, а тлеющая лучинка ярко вспыхивала. Этот же газ он получил из красного преципитата (окись ртути), полученного нагреванием азотнокислой ртути, а также из свинцового сурика. Смешивая новый газ с воздухом, Пристлей не обнаружил никакого окрашивания, как это наблюдалось при смешивании «селитряного газа» с воздухом. Однако если «селитряный воздух» смешивался с новым газом, то тотчас же происходило красно-бурое окрашивание, причем обнаруживалось более сильное уменьшение объема, по сравнению с уменьшением, происходившим при смешивании «селитряного газа» с обычным воздухом. Открытый новый вид воздуха (кислород) был назван Пристлеем «дефлогистированным воздухом».

Одновременно с Пристлеем кислород открыл и Шееле и назвал его «огненным воздухом», или «жизненным воздухом». В следующем, 1775 г. Лавуазье выступил в Парижской академии наук с докладом «О природе начала, который соединяется с металлами при их прокаливании и увеличивает их вес», в котором также описал открытый им кислород. Таким образом, открытие кислорода было сделано почти одновременно тремя исследователями в разных странах. Вот почему вопрос о приоритете открытия кислорода в течение более 150 лет очень живо обсуждался в историко-химической литературе.

В своем учебнике химии, вышедшем в свет в 1789 г., Лавуазье утверждал, что он открыл кислород «почти в то же самое время, как это сделали гг. Пристлей и Шееле» (91). Пристлей впервые познакомился с книгой Лавуазье (в английском издании) в Америке в 1800 г. и писал по поводу открытия кислорода: «Теперь, когда я работаю над темой о правах на открытия, я не хотел бы, как говорят испанцы, сохранять такого рода чернила в моей чернильнице, в надежде, что я в последний раз докучаю общественности. Г-н Лавуазье говорит («Элементы химии», английск. изд., стр. 36): «Этот вид воздуха («дефлогистрованного») был почти в одно и то же время открыт г. Пристлеем и г. Шееле и мной самим». В действительности же было следующее. Спустя короткое время после того, как я сделал открытие, я был в Париже в 1774 г. Я рассказал об этом открытии за обедом у г. Лавуазье, в присутствии большинства естествоиспытателей города. Я сказал, что это вид воздуха, в котором свеча горела лучше, чем в обычном воздухе, но что я еще не дал новому газу никакого названия. При этом все общество, а также г-н и г-жа Лавуазье выразили большое удивление. Я сказал им, что получил его (т. е. вид воздуха) из praecipitate per se и также из меннинга (red lead — красного свинца, т. е. сурика). Так как я недостаточно хорошо говорил по-французски и не особенно доверялся химическим выражениям, я сказал «plomb rouge» (красный свинец), что не было понято, пока г-н Макёр не сказал: «Я полагаю, из сурика» (Рb3O4). Открытие г-на Шееле было действительно сделано независимо от моего, но я полагаю, что оно было сделано не очень рано» (92).

Следует, однако, сказать, что представления Пристлея о кислороде в 1775 г. были весьма туманными. В то время как Лавуазье выступал с сообщением о кислороде в Парижской академии наук, Пристлей полагал, что для горения и дыхания лучше всего подходит естественный воздух и что наблюдавшееся им интенсивное горение свечи и лучинки во вновь открытом газе было лишь чисто случайным явлением. Только в дальнейшем он пришел к заключению, что кислород по отношению к горению и дыханию в 4 или 5 раз лучше обычного воздуха и потому назвал его «дефлогистированным воздухом». В то же время он исправил свою прежнюю ошибку, указав, что газ, ранее полученный им при прокаливании селитры, не представляет собой «дефлогистированного селитряного воздуха» (закись азота), а является просто «дефлогистированным воздухом» (кислородом).

Прочно стоя на платформе флогистической теории, Пристлей не смог понять подлинного значения своего открытия. Он развил весьма странные гипотезы, чтобы как-то оправдать флогистические представления, не способные объяснить новое открытие. Так, он считал, что обычный воздух состоит из селитряной (азотной) кислоты и земли и при этом содержит так много флогистона, что становится газообразным и упругим. Он полагал также, что чистый «дефлогистированный воздух» (кислород) переходит в «среднее» состояние обычного воздуха, если смешивается с «флогистированным воздухом» (азотом). Таким образом, по мнению Пристлея, кислород представляет собой смесь азотной кислоты, земли и флогистона. В такой смеси азотная кислота под действием земли утратила свою природу и лишилась своих кислых и едких свойств. Флогистики считали селитряную (азотную) кислоту соединением всеобщей (серной) кислоты с флогистоном (93).

Элементом же флогистики, естественно, считали и флогистон. Таким образом, Пристлей считал кислород сложным телом. Только значительно позднее, в 1786 г., он признал свой «дефлогистированный воздух» одним из газообразных элементов.

Однако, независимо от такого рода странных взглядов и объяснений, следует признать, что Пристлею принадлежат выдающиеся заслуги перед химией. Помимо открытия кислорода, он при помощи своей пневматической ртутной ванны получил в том же 1774 г. несколько других, до тех пор не известных газов. Действием купоросного масла на поваренную соль он получил «солянокислый воздух» (хлористый водород), а нагреванием нашатыря с известью — «щелочной» газ (аммиак). Он показал, что эти новые газообразные тела при смешивании с воздухом не испытывают никаких превращений. Пристлею удалось также собрать над ртутью фтористый кремний. Позднее он открыл сернистый газ (1775 г.), а будучи уже в Америке, окись углерода (1799 г.).

Пристлей до самой смерти оставался флогистиком-догматиком. Поэтому он не только не смог рационально объяснить, но даже и понять свои собственные открытия. В этом заключалась большая трагедия талантливого исследователя.

В годы, когда Кавендиш и Пристлей развили свои исследования в Англии, в Швеции с большим успехом работал химик-аналитик и химик-пневматик Карл Вильгельм Шееле (1742–1786) (94).

Шееле родился в семье торговца в г. Штральзунде, в то время находившемся под властью Швеции. По национальности Шееле был немцем. В шестилетнем возрасте он поступил в частную школу и учился в ней около девяти лет. В 1757 г. он покинул школу и родительский дом и в г. Гетеборге поступил учеником в аптеку М. А. Бауха, также выходца из Германии. Здесь под руководством Бауха он в течение восьми лет основательно изучил фармацию и химию, пользуясь не только библиотекой аптеки, но и практически работая в лаборатории.

В 1765 г., когда Баух продал свою аптеку, Шееле перешел в аптеку в Мальме, также в качестве аптекарского ученика. Однако в это время он превосходил своими знаниями химии и фармации даже опытных аптекарей. В Мальме Шееле познакомился с А. И. Ретциусом — видным шведским ученым того времени. Ретциус поощрял молодого Шееле в лабораторных занятиях и научил его вести лабораторный журнал. В Мальме Шееле открыл винную кислоту.

В апреле 1768 г. Шееле переехал в Стокгольм и здесь также работал в аптеке. Несмотря на менее благоприятные условия работы он продолжал свое самообразование и успел выполнить два химико-фармацевтических исследования. В 1770 г. он переехал в Упсалу — известный университетский город — и поступил в аптеку своего земляка X. Л. Локка. Локк предоставил Шееле полную свободу экспериментирования в лаборатории при аптеке и даже сам принял участие в опытах Шееле. В Упсале Шееле познакомился со знаменитым ботаником К. Линнеем и химиком Т. Бергманом. Знакомство с последним произошло при следующих обстоятельствах. Бергман приобрел в аптеке Локка селитру для своей лаборатории и забраковал ее на том основании, что после прокаливания она при действии уксусной кислоты выделяла бурые пары (95). Ни Локк, ни работавший в его аптеке студент И. Г. Ган, ставший впоследствии профессором Стокгольмского университета, не могли объяснить причин этого явления. Объяснил их лаборант аптеки Шееле, знавший, что при прокаливании селитра частично превращается в азотистокислую соль. Бергман захотел познакомиться с Шееле и посмотреть его лабораторию. В разговоре с Шееле он убедился, что имеет дело с хорошо образованным химиком. С тех пор они поддерживали тесное научное содружество. Шееле сообщал Бергману о своих новых исследованиях, Бергман же давал теоретические объяснения новым фактам, расширяя тем самым научный кругозор самоучки Шееле. Дружеская связь между обоими учеными продолжалась до смерти Бергмана (1784 г.) и оплодотворила научную деятельность обоих.

В 1775 г. Шееле в 32-летнем возрасте был избран членом Стокгольмской академии наук. Он получил в это время несколько предложений занять профессорские кафедры в Германии и других странах, но предпочел остаться в Швеции. В конце 1775 г. он сдал в печать свою книгу «Химический трактат о воздухе и огне» (96), в которой описывались его исследования в области пневматической химии с 1768 г. Однако по небрежности издателя книга вышла в свет только в августе 1777 г., когда уже были полностью опубликованы исследования Пристлея и Лавуазье о кислороде и его свойствах. Шееле естественно опасался, что описанные им в этой книге открытия могут быть расценены ученым миром как плагиат. К счастью этого не произошло, хотя приоритет обнародования ряда важных открытий и был потерян. Между тем, как было установлено на основании лабораторного журнала Шееле и его писем, он уже в 1772 г. получил «огненный воздух» различными путями. Ученый мир весьма доброжелательно встретил появление книги Шееле.

Осенью 1777 г. Шееле купил аптеку в Чёпинге и уже в полной независимости принялся за дальнейшие исследования, которые, как он выражался, «заставляли сердце смеяться». Но уже в конце того же года он заболел. Несмотря на болезнь Шееле продолжал напряженно работать до самой смерти (1786 г.). Умер он в возрасте всего лишь 44 лет.

Научные исследования Шееле охватывают многие области химии того времени. Здесь, мы, прежде всего, коснемся его открытий в области органической химии, основателем которой Шееле может считаться с полным правом.

Как уже говорилось, в 1769 г. Шееле открыл винную кислоту — одну из первых органических кислот [30]. Незадолго до Шееле Маргграф получил кальциевую соль винной кислоты из винного камня. Шееле разложил эту соль серной кислотой и выделил виннокаменную кислоту.

Далее, Шееле предположил, что многие растительные соки содержат различные кислоты в связанном состоянии. Обрабатывая эти соки известью и разлагая кальциевые соли органических кислот минеральными кислотами, он получил следующие кислоты: лимонную (1784 г.), яблочную (1785 г.), галловую (1786 г.). Действием азотной кислоты на сахар он еще в 1776 г. получил кислоту, которая была исследована Бергманом и названа им «сахарной» кислотой. Впоследствии (1784 г.) Шееле установил, что эта кислота и полученная И. Виглебом (1732–1800) из кислицы и щавеля «щавелевая кислота» — одно и то же вещество и что кислая калийная соль этой кислоты содержится во многих растениях.

Действуя на оливковое масло окисью свинца, Шееле получил (1783 г.) своеобразную вязкую жидкость сладкого вкуса. Эту жидкость он назвал «сладким маслом», а впоследствии она получила название «глицерин». Вначале Шееле думал, что глицерин можно превратить в сахар, но действием азотной кислоты на нее получил лишь щавелевую кислоту.

В 1782 г. Шееле опубликовал статью «Исследования и заметки об эфире». В ней описываются различные способы получения серного эфира и дается его определение: «Под эфиром в химии понимают очень летучее, проникающее, бесцветное с ароматическим запахом масло, не растворимое в воде».

Следует сказать, что еще в 1770 г. Шееле описал сложные азотнокислый и солянокислый этиловые эфиры, несколько позднее — уксусный и бензойный эфиры (1781–1782), а также и другие сложные эфиры. Выполняя все эти исследования, Шееле не чуждался и чисто практических вопросов. Так он указал на способ длительного хранения уксуса (1782 г.).

Одной из крупных работ Шееле было исследование об «окрашивающей материи берлинской лазури» (1782 г.). Еще раньше вместе с Ретциусом Шееле установил, что для образования берлинской лазури необходимо железо. Теперь он пришел к выводу, что окрашивающее вещество берлинской лазури состоит из некоторого рода кислоты и что это окрашивающее вещество дает с растительной щелочью (поташом) кристаллическую соль. В том же году Шееле, действуя на кровяную щелочь (желтую кровяную соль) серной кислотой, получил «летучую кислоту берлинской лазури», которую позднее кратко назвал «синильной кислотой». Из способа получения этой кислоты он пришел к заключению, что она составлена из летучей щелочной соли (аммиака), «воздушной кислоты» (углекислого газа) и флогистона (водорода).

Еще ранее Шееле объяснил природу «ледяного масла», или «философской соли» Василия Валентина. Это масло оказалось серным ангидридом. В 1777 г. Шееле получил и исследовал также сероводород и другие сернистые соединения.

Шееле первым указал, что железо, медь и ртуть могут быть окислены в различной степени. Он доказал также, что между молибденовым блеском и графитом, которые принимались за один и тот же минерал, имеется глубокое различие. Исследование Шееле, посвященное составу так называемого тунгстена (СаWO₄), привело его к заключению, что это соединение извести с особой кислотой. В честь Шееле минерал тунгстен был назван «шеелитом». Из других многочисленных исследований Шееле укажем на его работу с флюоритом (фторид кальция), из которого действием серной кислоты он получил (1768 г.) газ, хорошо растворимый в воде. Исследуя полученный раствор (фтористого водорода), он обнаружил в нем кремневую кислоту. В дальнейшем он установил, что кремневая кислота попала в раствор из стекла реторты и, таким образом, чистый фтористый водород не содержит кремневой кислоты (1786 г.).

Замечательное исследование было выполнено Шееле с двуокисью марганца (черная магнезия). Действием соляной кислоты на это вещество Шееле получил желто-зеленый газ, который он определил как «дефлогистированную соляную кислоту». Позднее (1810 г.) этот газ, по предложению Дэви, стали называть хлором.

«Черная магнезия» была подвергнута Шееле специальному исследованию. В то время это вещество смешивали не только с магниевыми соединениями, но и с другими веществами, например магнитным железняком, и подозревали в нем присутствие железа. Шееле установил, что в «черной магнезии» содержится особое, неизвестное металлическое тело. Бергман предложил назвать это тело «магнезиум», как полученное из «черной магнезии». Впоследствии Дэви (1808 г.) предложил назвать этот металл «марганцем».

Упомянем также о работах Шееле по исследованию фосфора. Еще в 1768 г. он заинтересовался «фосфором Балдуина».

В дальнейшем, исследуя золу, полученную при сжигании оленьего рога (фармацевтический препарат того времени), Шееле установил, что в ней содержится обычная известковая земля и некоторая неизвестная субстанция. Эта «неизвестная субстанция» была изучена Шееле, совместно с И. Г. Ганом, причем было установлено, что это фосфорная кислота. В результате этого открытия в 1774 г. Шееле в сотрудничестве с Ганом и другими разработал способ получения фосфора из золы рога животных, а также из костей. Новый способ вытеснил старый способ получения фосфора из мочи. Не будем останавливаться на других многочисленных химических исследованиях Шееле и вернемся лишь к его книге «Химический трактат о воздухе и огне» (1777 г.), получившей особенно важное историко-химическое значение. Эта книга в значительной степени посвящена проблемам пневматической химии. В ней прежде всего описывается опыт, поставленный Шееле для решения вопроса о возможности «превращения воды в землю» при длительном кипячении. Как будет видно, тот же опыт поставил почти одновременно с Шееле и Лавуазье. Оба исследователя, независимо друг от друга, пришли к заключению, что осадок, получившийся в воде при длительном кипячении, образовался в результате разъедания водой стекла сосуда, в котором велся опыт. В отличие от Лавуазье, сделавшего этот вывод на основании взвешивания стеклянной колбы до и после опыта, а также взвешивания получившегося осадка, Шееле химически и очень тщательно исследовал осадок и нашел, что он состоит из кремневой земли с примесью небольшого количества извести.