Затем Пристли решил собрать над ртутью воздух из нашатырного спирта. И собрал! (Мы называем этот газ аммиаком.)
После этого он попробовал впустить в один сосуд воздух из нашатырного спирта и воздух из поваренной соли. И вместо бесцветных воздухов получил белое облако, вскоре осевшее порошком (мы называем его хлористым аммонием).
Все это было так интересно, что ушедшего с головой в лабораторные опыты священника не смог соблазнить даже знаменитый капитан Джемс Кук, пригласивший Пристли принять участие в кругосветном плавании.
Вместо того чтобы плыть с Куком в южные моря, Пристли купил зажигательное стекло чуть ли не в полметра диаметром и стал накалять с его помощью самые разные твердые вещества. Он клал их под стеклянный колокол с отводной трубкой, которая шла в бутыль, где над ртутью могли собираться выходящие из накаляемых тел газы.
Кому до опытов Блэка с белой магнезией такое могло прийти в голову?
А теперь это проделал даже не слишком искушенный в химии любитель.
Удача не покидала Джозефа Пристли, Первого августа 1774 года он решил выделить воздух из красного порошка, описанного еще в трактатах Джабир ибн-Хайяна. Алхимики называли его "Меркуриум пер се" — жженой ртутью. Порошок этот получали, прокалив на воздухе ртуть, он был ртутной землей, ртутной известью.
Пристли насыпал щепоть ртутной извести в тигелек, накрыл колоколом и, подождав, когда солнце выглянет из-за тучи, навел на тигель свое зажигательное стекло. Внимательно, боясь упустить малейшую подробность, он наблюдал за тиглем. И вдруг там что-то заблестело.
Пристли немного отодвинул линзу, чтобы разглядеть получше, что это, и увидел посреди уменьшившейся кучки порошка большую светлую каплю ртути.
Он снова направил туда линзу и перевел взгляд на бутыль — ртуть заполняла ее ужо не целиком, как перед опытом, а немного отступив от торчащего вверх дна: в бутыли был воздух из ртутной извести)
Через полчаса в тигельке блестела ртутная лужица, а две бутыли были полны каким-то воздухом. Что это за воздух? Тот, что окружает нас всегда? Или горючий воздух Кавепдиша? Или воздух, который он сам получил из поваренной соли и серной кислоты? Или тот, другой, из нашатырного спирта? Как это узнать?
Ну, прежде всего, если это обыкновенный атмосферный воздух, то он должен растворять флогистон, то есть поддерживать горение…
Пристли зажег свечу и осторожно сунул ее в бутыль. Огонь не только не погас — напротив, пламя свечи стало намного ярче, чем обычно.
Пристли подбежал к камину, выхватил щипцами маленький, слабо тлеющий уголек и сунул его в другую бутыль — уголек запылал, разбрасывая огненные искры, — словно это был не уголь, а пропитанная селитрой бумага.
Что бы еще попробовать?
Взгляд Пристли упал на тонкую железную проволоку, из обрезков которой он собирался получить горючий воздух. Он схватил щипцами эту проволоку, накалил в камине докрасна и сунул ее раскаленный кончик в ту самую бутыль, где горел уголь.
И не поверил своим глазам — железо горело! Новый воздух растворял флогистон намного энергичнее, чем атмосферный!
Должно быть, потому, подумал Пристли, что сам он начисто лишен флогистона, как бы дефлогистирован. Это дефлогистированный воздух!
Название, данное Джозефом Пристли новому воздуху, не вызвало никаких возражении у его ученых друзей из Королевского общества. Они были вполне солидарны с ним — да, конечно, это именно дефлогистированный воздух. Тем более, если принять во внимание недавние опыты ученика Блэка — Даниэла Резерфорда, который открыл флогистированный воздух.
Резерфорд брал обычный атмосферный воздух, пропускал его через известковую воду, чтобы очистить от фиксируемого воздуха, а затем через раскаленные угли, чтобы насытить флогистоном. Такой флогистированный воздух не мог уже поддерживать горения и дыхания (за что впоследствии и получил название "азот" — по-гречески "безжизненный").
А воздух Пристли, который поддерживал горение в несколько раз лучше обычного воздуха, естественно, следовало обозначить как дефлогистированный. Ведь в нем и в самом деле вовсе не должно было содержаться флогистона или если он там и был, то в гораздо меньшем количестве, чем в атмосферном воздухе.
Нелепая, на наш взгляд, логика! Но что поделать — флогистонная гипотеза казалась исключительно логичной…
Пристли был уверен, что раз его дефлогистированный воздух очень хорош для горения, то он не может быть нехорош для дыхания. Опыты подтвердили это. Мышь, помещенная в закрытый сосуд с дефлогистированным воздухом, не теряла сознания вдвое дольше, чем мышь, сидевшая в таком же сосуде с обычным воздухом.
Пристли и сам пробовал вдыхать дефлогистированный воздух и нашел, что он вполне приятен.
Откуда в ртутной извести дефлогистированный воздух? На этот счет больших сомнений у Пристли не возникало: ведь жженую ртуть получали из обычной ртути, прокалив ее на воздухе, то есть изгнав флогистон. Очевидно, ртуть, кроме флогистона, содержала еще и этот воздух, который при прокаливании ртути тоже терял свой флогистон.
Оставалось посмотреть, как поведут себя земли других металлов. Пристли повторил знаменитым опыт Роберта Бойля, уже повторенный однажды Ломоносовым. Он взял свинец и сильно нагрел его. Свинец начал краснеть и постепенно превратился в красный порошок. Тогда Пристли сделал то, чего не сделал ни Бойль, ни Ломоносов: он положил красный порошок под колокол, нагрел своей линзой и снова превратил в свинец, изгнав из порошка находившийся в нем воздух.
Воздух из свинцовой земли оказался точно таким же, как воздух из жженой ртути.
Из любой металлической извести можно было получить дефлогистированный воздух — это было потрясающее открытие!
Пристли не знал, что еще за два года до него тот же самый дефлогистированный воздух в той же самой жженой ртути обнаружил шведский аптекарь Карл Вильгельм Шееле — вероятно, один из самых лучших экспериментаторов XVIII века. Это стало известно позже, когда оказалось, что дефлогистированный воздух — то самое вещество, без которого паука не могла двигаться дальше, и честь его открытия стали оспаривать разные исследователи. Впрочем, никто из них, открыв дефлогистированный воздух (Шееле называл его огненным воздухом), так и не понял, с чем они имеют дело.
В 1785 году Джозеф Пристли, будучи во Франции, познакомился с самыми выдающимися французскими химиками. В лаборатории одного из них в честь гостя был дан обед. У гостя не было никаких причин скрывать свои успехи, и он с гордостью рассказал о них.
Только один из присутствующих понял, что означает открытие Пристли. Это был хозяин лаборатории — Антуан Лоран Лавуазье.
Глава четвертая,
в которой Лавуазье доказывает сложность земли, воды и воздуха и составляет первый список химических элементов
ПОЧЕМУ ПОХУДЕЛ ПЕЛИКАН
В отличие от Джозефа Пристли, который был небогат, прослушал лишь несколько лекций по химии, а первые самостоятельные эксперименты провел, когда ему минуло тридцать четыре года, Антуан Лоран Лавуазье был одним из самых богатых людей Франции, учился у самых лучших профессоров и уже в двадцать три года был избран в Академию наук. Может быть, именно это позволило ему увидеть в опытах английского естествоиспытателя то, чего тот не увидел.
А может быть, это произошло потому, что Лавуазье жил и работал во Франции, которая тогда находилась накануне революции. И на его взглядах сказался тот колоссальный подъем духа, то стремление покончить со всем отжившим и ветхим, та смелость, какой одушевлен был французский народ.
Впрочем, если эпоха и оказывала влияние на образ мыслей молодого исследователя, то сам он об этом вряд ли догадывался. Он деятельно приумножал доставшееся ему по наследству богатство, а все остальное время занимался наукой. Более всего — физикой и химией.
Сначала он заинтересовался водой. И не мудрено: это было единственное вещество, которое никто не мог разложить на составные части и которое, вместе с тем, могло превращаться в землю. Во всяком случае, таково было мнение великих авторитетов, и в их числе Роберта Бойля, проделавшего опыты с тыквой.
Впрочем, еще за сто лет до Бойля примерно такой же эксперимент провел голландский алхимик Гельмонт. Тот самый, что первый выделил из мела связанный с ним воздух и придумал для него название — газ. Только Гельмонт взял не тыкву, а иву. Он посадил ивовый прут в двести фунтов высушенной земли и ровно пять лет поливал его дистиллированной водой. А потом взвесил деревце и высушенную землю: ива весила 164 фунта, а земля те же двести. Откуда появились эти 164 фунта? Ясное дело — из воды.
Правда, некоторые ученые считали, что Гельмонт и Бойль ошибались. Голландец Герман Бургаве, например, заявил, что в воду попадает пыль из воздуха. Но француз Этьен Жоффруа и немец Андреас Маргграф провели исследования в закрытых сосудах и доказали, что и там из воды выпадает осадок.
Лавуазье сразу же усмотрел в опытах Гельмонта и Бойля очевидный пробел: они оба не принимали во внимание воздух. Тот самый воздух, который прекраснейшим образом мог связываться с различными веществами, как об этом свидетельствовали многочисленные опыты разных исследователей, а наиболее убедительные — Джозефа Блэка.
О том, что фиксируемый воздух Блэка это совсем не то, что атмосферный воздух, Лавуазье, как и другие ученые люди того времени, ясного представления не имел. Ведь некоторые опыты свидетельствовали, что это одно и то же. Например, тот же Блэк показал, что если подуть через трубку в известковую воду — вода замутится и станет известковым молоком. Но именно такой эффект дает и фиксируемый воздух!
Теперь-то нам известно, что человек вдыхает одно, а выдыхает другое, но кто ж тогда знал то, что знаем мы?..
В отличие от Пристли, который формулировал свои вопросы к природе примерно так: "А что будет, если я попробую выделить воздух из нашатырного спирта?" или: "А что будет, если я суну свечу в воздух из ртутной извести?", Лавуазье всегда ставил природу в такое положение, когда она должна была ответить одно из двух: либо "да", либо "нет". Это великое искусство — уметь задавать природе такие четкие вопросы!
Готовясь к спору с Бойлем и Гольмонтом, Лавуазье решил задать природе такой вопрос: "Увеличится ли общий вес пеликана и налитой в него воды после длительной перегонки?"
Пеликаном называли реторту с длинным носиком, который был погружен в носик другой реторты, как клюв пеликана-детеныша в клюв пеликана-мамы.
Когда в одну реторту наливали воду и начинали ее кипятить, пар поднимался во вторую реторту, охлаждаемую снаружи холодной водой; там он снова превращался в жидкость и стекал в первую реторту, в которой жидкость подогревалась и снова превращалась в пар. После неоднократных перегонок на дне реторт накапливался землистый осадок.
Так вот, если бы на вопрос Лавуазье природа ответила "да", то это означало бы, что извне, из огня, внутрь пеликана проникла огненная или еще какая-то материя, которая этот осадок и образовала.
Если бы природа ответила "нет", то это означало бы, что осадок образовался либо из воды, либо из стекла.
И тут Лавуазье приготовил природе дополнительный вопрос; "Уменьшился ли вес самого пеликана?"
Уже по этим вопросам видно, что Лавуазье полностью признавал слова Лукреция о том, что "из ничего даже волей богов ничего не творится".
Понимая, что голос природы может быть едва слышным, Лавуазье позаботился о том, чтобы услышать его, как бы тих он ни оказался. Исследователь заказал специальные, особо чувствительные весы, и не кому-нибудь, а пробиреру королевского монетного двора господину Шевену — великому мастеру точных приборов. Точность этих весов была такая, что при нагрузке в пять-шесть фунтов ошибка измерения не превышала одного грана. В переводе на наши меры на этих весах можно было взвесить три килограмма и ошибиться не более чем на несколько десятых грамма.
…Молодой исследователь взвесил пеликан до и после наполнения водой, записал цифры в лабораторный журнал, закупорил реторту, обмазал пробку жирной замазкой, чтобы ни вода, ни воздух не могли пройти, поместил пеликан в железную банку с песком — песчаную баню — и принялся подогревать ее лампой с шестью фитилями.
Шесть фитилей работали вовсю — то и дело приходилось подливать в лампу оливковое масло. А через каждые двенадцать часов снимать с фитилей накопившийся нагар.
День и ночь булькала вода в пеликане. Булькала, превращалась в пар, оседала мелкими капельками, стекала в приемник, и снова булькала, и снова превращалась в пар, оставляя на дне реторт серый осадок.
На сто первые сутки Лавуазье накрыл фитили железными колпачками, остудил пеликан, тщательно удалил замазку и взвесил прибор. Вес оказался равным 5 фунтам 9 унциям 4 драхмам 49 и трем четвертям грана.
Он осторожно поставил пеликан на стол и раскрыл журнал с первоначальной записью. До нагрева, сто один день назад, наполненный водою пеликан весил 5 фунтов 9 унций 4 драхмы 50 гран.
Ошибку в четверть грана нельзя было принимать в расчет — она была в четыре раза меньше предела точности весов.
Итак, ничто извне в пеликан не проникло ни из огня, ни из окружающего воздуха.
Лавуазье опорожнил прибор и, тщательно просушив, взвесил его. Сто один день назад пеликан весил 1 фунт 10 унций 7 драхм полграна.
Теперь он похудел более чем на 17 гран.
Значит, никакая перегонка не смогла превратить воду в землю, просто вода понемногу растворила стенки реторт, и часть растворенного стекла выпала в виде осадка из раствора!
Так-то это так, по надо взвесить осадок: вдруг вес его окажется больше, чем потеря в весе стекла?
Лавуазье отфильтровал осадок из перелитой в бутыль воды и поместил его на весы. Всего пять гран! Куда же делись остальные двенадцать (семнадцать минус пять)?
Он не верил в чудеса, он верил в закон сохранения материи. Убывшая из стекла и не выпавшая в осадок материя может быть только в воде. Выпарить, быстрей выпарить!
Через час на дне пустой бутыли остался мелкий порошок. На весы его! Так. Пятнадцать гран вместо двенадцати? Не страшно — ведь еще до того, как попасть в пеликан, эта вода находилась в других сосудах и могла растворять их. Во всяком случае, пропажа нашлась. Как это сказано у Лукреция?..
Не пропадает бесследно ничто, но в своем разложеньи
Все возвращаются вещи на лоно материи снова…
Он бережно накрыл стеклянным колпаком драгоценные весы.
Жоффруа и Маргграф ошиблись. Земля в их герметически закрытых сосудах появлялась не из воды, а из стекла. Ошибся и великий Бойль. Вода не превращается в землю. Даже если земля имеет вид тыквы!
Да, вода тут ни при чем. А почва оставалась в прежнем весе… Откуда же тыква? Откуда дерево Гельмонта?
Но если что-то в одном месте умножилось, то чего-то не могло не убыть в другом. И если ото другое не земля, и если это другое не вода, значит это… воздух!
Лавуазье подсел к столу, подвинул поближе небольшую книгу в кожаном переплете. Это дневник, сюда он заносил свои мысли и планы.
"Фиксируемый воздух обнаруживает свойства, весьма отличные от обычного воздуха, — написал он. — Тот воздух убивает животных, которые его вдыхают, а этот совершенно необходим для жизни. Тот легко соединяется со всеми телами, а этот — с трудом или совсем не соединяется… Я дам историю всего того, что было сделано в отношении воздуха, который извлекается из тел и который с ними связывается. Важность предмета заставила меня начать сызнова всю эту работу, которой, на мой взгляд, предстоит вызвать революцию в физике и химии…"
Во Франции последней трети XVIII века слово "революция" было у всех на устах. И Лавуазье знал, о чем говорил. Если до тех пор загадки превращения веществ не были раскрыты с помощью мер и весов, то это означало одно из двух: либо что-то может быть создано из ничего, либо надо научиться мерить и взвешивать великое множество флюидов, скрывающихся под маской воздуха.