Вес порошка вместе с оставшимся в прежнем виде свинцом действительно увеличивался по сравнению с первоначальным, до обжига. Но недаром ведь писал Бойль о шуме, с которым врывался в реторту воздух, как только обламывали ее запаянный конец. Это значило, что количество воздуха в реторте во время прокаливания уменьшилось. Куда же ушел воздух? Весы неумолимо и бесстрастно свидетельствовали — в красный порошок.
И в 1756 году в отчете адъюнкта Санкт-Петербургской императорской академии наук Михайлы Ломоносова появилась запись:
"Между разными химическими опытами, коих журнал на 13 листах, деланы опыты в заплавленных накрепко сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жару. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере".
Теплорода, а вместе с ним и флогистона — тонких материй огня — не стало. Остались только частицы свинца и частицы воздуха.
Но не следует думать, что сразу же после опытов Ломоносова от флогистона отказались все химики мира. Этого не случилось.
И не только потому, что отчеты Российской академии наук читали далеко не во всем мире.
Главное было в другом. Уже Шталь понимал, что опыт Бойля противоречит теории флогистона — ведь у Бойля вес земли был больше веса свинца, значит, что-то пришло, а не ушло! Но и Шталь, и другие ученые отмахивались от этого опыта, как и от некоторых других, противоречащих флогистонной теории. Отмахивались потому, что эта теория прекрасно объясняла сотни и тысячи прочих опытов и процессов.
А один из ярых сторонников теории Шталя сумел объяснить даже прибавку в весе, полученную Бойлем. Он объявил, что флогистон имеет… отрицательный вес! Таким образом, замечательный опыт Бойля, который мог бы послужить доказательством наших сегодняшних представлений о химических взаимодействиях веществ, дважды послужил доказательством существования несуществующего: первый раз — теплорода, второй раз — флогистона…
Так или иначе, но еще по крайней мере пол века флогистон безраздельно царил в химии.
Глава третья,
в которой Блэк, погнавшись за флогистоном, ловит углекислый газ, Кавендиш, погнавшись за водородом, ловит флогистон, а Пристли, изгнав флогистон из воздуха, ловит кислород
ОШИБКА ДЖОЗЕФА БЛЭКА
В то же примерно время, когда адъюнкт Михайло Ломоносов в Петербурге делал в накрепко заплавленных сосудах свои опыты, доказавшие, что в природе не существует никакого флогистона, профессор Джозеф Блэк в шотландском городе Глазго делал другие опыты, которые должны были доказать существование флогистона, и не только доказать, а и поймать его в чистом виде.
Вообще говоря, можно было предпринять попытку выделить флогистон из угля, или из серы, или даже из железа. Но у Блэка были серьезные причины попытаться выделить его из магнезии — белого порошка, похожего на соду.
Дело в том, что как раз в это время некая миссис Стефенс согласилась за 5000 фунтов стерлингов раскрыть секрет найденного ею лекарства от камней в почках. В напечатанном в "Лондонской газете" описании этого лекарства было сказано, что оно состоит из порошка, отвара и пилюль. И что порошок, в свою очередь, состоит из яичной скорлупы и улиток, прокаленных в течение восьми часов; а чтобы получить отвар, нужно варить зеленую ромашку, укроп, петрушку и репейник с мылом и медом; а пилюли надлежит делать из прокаленных улиток, обугленных семян сурепки, репейника, шиповника, овса и также из мыла и меда…
Знакомые Блэку врачи не очень поверили в такую пропись. Но вместе с тем лекарство миссис Стефенс было гораздо менее едким, чем рекомендуемые тогдашними медиками, и этим привлекало больных. Применявшиеся тогда в медицине средства против камней в почках получали из мягких щелочей — соды и поташа, которые варили с гашеной известью. А известь получали из едкой извести, которую изготовляли обжигом известняка.
Согласно флогистонной теории, известняк, как и земля, был простым веществом. При обжиге известняка флогистон переходил в него из огня, поэтому жженая известь и становилась едкой. А во время варки едкой извести с содой или поташем флогистон из извести переходил в мягкие щелочи и делал их тоже едкими.
Во время одного из таких переходов Блэк и рассчитывал выделить флогистон. Но поскольку щелочи, изготовленные из поташа и соды, были слишком едкими, а врачи просили Блэка найти что-нибудь помягче, он решил заняться щелочью, изготовленной из магнезии.
Обыкновенные мягкие щелочи — сода и поташ — отличались тем, что при добавлении к ним купоросного масла пли соляного спирта (серной или соляной кислоты) начиналось бурное вскипание. Блэк бросил щепотку мягкой магнезии в стакан с кислотой и увидел, что порошок быстро растворяется с бурным выделением воздуха. Значит, в порошке флогистона не было — именно так, с бурным выделением воздуха, растворялись в кислотах все мягкие, дефлогистированные щелочи.
Теперь надо было ввести в мягкую магнезию флогистон. Блэк отвесил порцию порошка, ссыпал в тигель, поставил его на сильный огонь.
Когда обжиг закончился и жженая магнезия остыла, Блэк аккуратно, стараясь не потерять ни пылинки, взвесил ее. Порция уменьшилась на восемь гран. Куда они делись?
Он раздумывал несколько дней. А потом ссыпал жженую магнезию в кислоту (никакого вскипания при этом, естественно, не произошло) и принялся добавлять туда соды до тех пор, пока белые хлопья мягкой магнезии не перестали выпадать. Затем отфильтровал их и высушил. Теперь весы должны были показать — правильна ли догадка?
Пинцетом, одну за другой, положил он на чашечку маленькие разновески. Так он и думал: мягкой магнезии ровно на восемь гран больше. Вот она, пропажа!
Откуда пришли эти восемь гран? Ясно откуда — из соды. Восемь гран из соды — это воздух, который ушел из мягкой магнезии, когда она кипела в кислоте, воздух, о котором говорил еще знаменитый алхимик Ян Баптист ван Гельмонт. Он получал его при обжиге мела и при брожении вина. Он назвал его газом — то ли по названию прозрачной шелковой ткани из арабского города Газы, то ли от греческого слова "хаос". Второе вероятнее, так как ван Гельмонт писал, что газы — это вещества, "которые не могут быть ни сохранены в сосудах, ни превращены в видимое тело".
Блэк дал газу свое название — "фиксируемый воздух", то есть воздух, который могут удерживать щелочи.
После опытов Блэка с белой магнезией стало ясно: мягкие щелочи отнюдь не элементарны. Они сложнее, чем едкие щелочи, поскольку состоят из едких щелочей плюс фиксированный воздух. А флогистон тут ни при чем. При обжиге известняка или магнезии в них ничто не входит из огня, наоборот — огонь изгоняет фиксируемый воздух, смягчающий известь и магнезию.
Таким образом, в то же примерно время, когда Ломоносов доказал, что обжиг металлов есть соединение металлов с частицами воздуха, Блэк доказал, что обжиг мягких щелочей — ото их разложение на едкие щелочи и фиксированный воздух. И Ломоносов, и Блэк с помощью весов прекрасно объяснили эти реакции, не прибегая к тонким материям.
Из их опытов следовало: под маской флогистона скрывались газы.
Нет ничего неестественного в том, что из четырех первичных элементов Эмпедокла сперва более подробно были изучены земля и вода, или, иными словами, — твердые тела и жидкости. И еда, и одежда, и жилье, и орудия труда, и оружие — все это камень, дерево, металл, все это твердь, с этим сталкиваешься на каждом шагу. Достаточно знакомы человеку жидкости — он пьет, умывается, стирает, плавает, — и он стал пристально изучать свойства воды, кислот, щелочей, спиртов и других льющихся веществ.
Немудрено, что тела газообразные, которые в жизни человека были менее заметны, обратили на себя внимание гораздо позже, чем твердые и жидкие. Но теперь настало их время.
Вместо тонкой материи — флогистона в опытах Ломоносова и Блэка главными действующими лицами оказались атмосферный воздух и фиксируемый воздух, позже названный углекислым газом.
И вся вторая половина XVIII века прошла в химии под знаком воздуха, или, вернее, воздухов — этих вездесущих, невидимых, но зато весомых, а следовательно, вполне реальных веществ.
ОШИБКА ГЕНРИ КАВЕНДИША
Джозеф Блэк, погнавшись за флогистоном, поймал углекислый газ. Другой англичанин, Генри Кавендиш, погнавшись за водородом, поймал флогистон. Вот как это произошло.
Собственно, ни о каком водороде — газе, который, соединяясь с кислородом, образует воду, — никто еще не подозревал, как не подозревали и о кислороде. Вода считалась простым, неразложимым телом, пожалуй, единственным, насчет которого все соглашались, что это настоящий элемент.
Но давным-давно, с тех примерно времен, когда научились получать из железного колчедана и из селитры купоросное масло (оно же — селитряный спирт, оно же — серная кислота), обнаружилось следующее. Если бросить и сосуд с этой едкой жидкостью железный гвоздь, то гвоздь растворится, а жидкость начнет как бы кипеть — в ней появятся пузырьки воздуха. Так же давным-давно обнаружилось, что воздух из купоросного масла особенный: при соприкосновении о огнем он горит, а иногда даже взрывается.
Факт этот был известен еще алхимикам, но они не сочли его интересным. Вот и на болотах из торфяной жижи всплывают пузырьки, которые можно поджигать. А на Востоке, сообщают путешественники, в некоторых местах горючие испарения струятся прямо из-под земли. Алхимикам было не до них, алхимиков одолевали другие заботы.
Роберт Бойль первым придумал, как собрать этот странный воздух. Он взял бутыль с водой. И, говоря словами самого Бойля, "увидел поднимающиеся воздушные пузырьки, которые, соединяясь, понижали уровень воды, занимая ее место. Скоро вся вода была вытеснена из верхнего сосуда и заменена телом, которое имело вид воздуха".
В дальнейших занятиях с этим телом, "имевшим вид воздуха", Роберт Бойль, однако, большого смысла не увидел.
Его увидел через сто лет другой англичанин — Генри Кавендиш.
Генри Кавендиш был лордом, но государственные дела его не интересовали — он жил затворником. Не было у него ни жены, ни детей. Полностью отсутствовало и ученое тщеславие — о замечательных своих открытиях он иногда вообще никому не говорил, о них узнали только из записей в лабораторном дневнике уже после смерти Кавендиша.
Кавендиш занялся горючим воздухом, пузырьки которого выделяются, если соединить железо с купоросным маслом, вскоре после того, как Джозеф Блэк опубликовал статью "Эксперименты над белой магнезией, едкой известью и некоторыми другими щелочами". Из этой статьи ученому миру стало известно о том, что щелочи становятся едкими вовсе не от того, что в них проникают частицы флогистона, а от того, что их покидают частицы фиксируемого воздуха.
Кавендиш начал с того, что вместо железа брал другие металлы: цинк или олово. Газ исправно выделялся. Тогда он заменил селитряный спирт соляным — то есть, по-нашему, соляной кислотой. Газ и тут выделялся.
С равным основанием можно было предположить, что воздух выделяется из металлов и что воздух выделяется из кислот. Кавендиш остановился на первом предположении: ведь жидкость на вид оставалась неизменной, а кусочек металла исчезал. Очевидно, решил Кавендиш, кислота разлагает металл на растворимую часть — землю — и на этот воздух. Но ведь известно, что металл состоит из земли и флогистона! Так может, этот воздух и есть дотоле неуловимый флогистон?
Прежде всего Кавендиш решил убедиться в том, что горючий воздух не имеет ничего общего с обычным атмосферным воздухом. Мало ли, что он горит, а воздух не горит. Надо еще доказать, что он не имеет тех свойств, которые воздух имеет, то есть не может растворять в себе флогистон. Помните? Считалось, что воздух поддерживает горение потому, что он способен растворять вытекающий из горящего вещества флогистон.
Кавендиш ввел в бутыль с горючим воздухом зажженную свечу — свеча погасла.
Кавендиш посадил в банку с горючим воздухом мышь — мышь задохнулась.
Нет, горючий воздух и атмосферный воздух — разные вещи!
Теперь хорошо было бы найти удельный вес горючего воздуха. Это было очень непросто — проделать столь тонкое измерение столь тонкой материи. Но Кавендиш нашел решение.
Он бросил в кислоту унцию цинка и определил объем выделившегося горючего воздуха. Затем взвесил колбу с кислотой, бросил туда унцию цинка, подождал, пока цинк растворится, а газ улетучится, и снова взвесил колбу с растворившимся цинком.
Теперь она весила чуть-чуть меньше.
Кавендиш два, три, четыре раза повторял опыт. Убыль в весе оставалась прежней.
Тогда он разделил эту убыль на объем, который занимал горючий воздух при растворении унции цинка. Получалась ничтожно малая величина — в переводе на наши меры литр горючего воздуха весил примерно пять сотых грамма. И это в то время, когда литр обыкновенного атмосферного воздуха весит почти грамм! А фиксируемого воздуха Блэка — два грамма!
Такого легчайшего, почти невесомого вещества до той поры никто не знал. И Кавендиш окончательно уверился: это тончайшее вещество и есть флогистон!
Все же, будучи человеком исключительно точным, он дал горючему воздуху такое название: "воспламеняемый воздух из металлов".
ОШИБКА ДЖОЗЕФА ПРИСТЛИ
Знаете ли вы, кто первым сделал газированную воду?
Джозеф Пристли. Был он священником. А по совместительству — учителем. До тридцати четырех лет не занимался никакими опытами. И вообще о химии имел довольно смутное представление — будучи уже взрослым человеком, прослушал две-три популярные лекции.
Итак, он читал проповеди, учил детей английскому, французскому и итальянскому языкам и не подозревал о предстоящей ему мировой славе и бронзовом памятнике, который соорудят ему сограждане в его родном городе Лидсе.
Все изменила одна встреча. В 1767 году, приехав на несколько дней в Лондон, Джозеф Пристли случайно познакомился с одним из самых выдающихся ученых того времени — американцем Бенджаменом Франклином. Тем самым Франклином, который изобрел громоотвод.
С этого момента священник не мог думать ни о чем ином, кроме исследований. И так как в то время все английские естествоиспытатели изучали разные "воздухи", занялся тем же и Пристли.
Начал он с фиксируемого воздуха Блэка. И первым его успехом было получение газированной воды: во время одного из опытов он пропустил углекислый газ сквозь воду и решил попробовать, не изменился ли ее вкус. Газированная вода понравилась ему чрезвычайно, и Пристли стал угощать ею всех своих знакомых. Слух о новом напитке достиг Лондона. Королевское общество собрало самых известных врачей. Пристли на глазах у них приготовил газированную воду, врачи попробовали ее и пришли в такой восторг, что вскоре Пристли был награжден золотой медалью Королевского общества, а газированную воду рекомендовали Британскому адмиралтейству для употребления на кораблях в качестве лекарства от морской болезни.
Первая удача весьма воодушевила тридцатипятилетнего новобранца науки, и он занялся новыми опытами, причем во всех случаях старался получить какой-нибудь новый воздух.
Вскоре Пристли пришел к мысли, что способ, продуманный Бойлем для собирания газов, всем хорош, кроме одного: в воде, налитой в бутыль, воздух может раствориться. Надо было придумать что-нибудь получше. И Пристли придумал: он стал наполнять бутыль не водой, а ртутью, и над ртутью собирать газы.
Ему на редкость везло. Уже первый опыт с ртутью принес новый успех. Пристли стал нагревать поваренную соль с серной кислотой, и в бутыли над ртутью собрался воздух с острым едким запахом. Раньше никогда не могли его выделить, потому что он очень жадно соединялся с водой (мы называем этот газ хлористым водородом).