Лаборатория химических историй. От электрона до молекулярных машин

Путь английского естествоиспытателя Джозефа Пристли в науку был совсем иным. Вначале он был религиозным проповедником, затем профессором лингвистики – и лишь в возрасте 34 лет занялся наукой. К открытию кислорода его привело исследование жизни растений, которые могут существовать без "живого" воздуха – некой составной части воздуха обычного. Более того, оказалось, что растения выделяют "живой" воздух на свету, что позволяет жить мышам, помещенным под стеклянный колпак вместе с растением. Пытаясь получить "живой" воздух искусственно, он проделал множество опытов – и в итоге достиг цели нагреванием красного оксида ртути HgO, а вслед за этим – нагреванием сурика Pb₃O₄. Может быть, самый важный этап в истории открытия кислорода – это встреча Пристли с Лавуазье, которому ученый рассказал о своих опытах.

Англичанин Пристли горячо приветствовал Французскую революцию 1789 г., что вызвало ненависть религиозных фанатиков. Пристли с большим трудом удалось спастись от расправы и эмигрировать в Северную Америку. В последние годы жизни Пристли погрузился в написание научных трудов, из-за чего отказался от должности ректора в открывшемся Пенсильванском университете. Одним из его последних трудов было сочинение "Опыты и наблюдения над различными видами воздуха".

Лавуазье (1743–1794) вошел в химию как ученый, сочетавший в себе исключительное мастерство экспериментатора с талантом истинного теоретика, способного правильно объяснить полученные результаты и сделать масштабные выводы. Совместно с известным математиком и астрономом П. Лапласом он создает новый прибор – калориметр – и проводит первые в истории измерения тепловых эффектов реакций. В результате был установлен основной принцип: количество поглощенного и выделяемого тепла при прямой и обратной реакциях одинаковы. Эти работы стали основой новой научной дисциплины – термохимии. Изучая горение водорода, Лавуазье сумел правильно истолковать результаты и тем самым установить состав воды, который до того момента не был известен (почти в то же время состав воды установил британский ученый Г. Кавендиш. И это снова служит примером того, что открытие не могло не состояться).

Проводя сжигание различных органических соединений, Лавуазье определил, что образуются вода и углекислый газ. Так было установлено, что эти соединения состоят из углерода, водорода и кислорода. Притом ученый разработал основы анализа органических соединений, проводя их сжигание в определенном объеме кислорода и измеряя объем образующегося углекислого газа. Важным достижением Лавуазье было введение в практику химической работы коромысловых весов.

Совместно с Лапласом Лавуазье исследовал дыхание животных и установил, что это процесс "медленного горения" полученных с пищей соединений, за счет чего в организме всегда поддерживается постоянный запас тепла. Это, по существу, заложило основы биохимии.

Разработанная Лавуазье номенклатура химических соединений внесла ясность в химический язык, очистив его от сложных и запутанных терминов, часто лишенных всякого смысла и сохранявшихся со времен алхимии. Например, он предложил называть элементом вещество, которое не может быть разложено на более простые вещества в результате химической реакции. Такое определение справедливо и в наши дни. Радиохимия исследует процессы перестройки атомных ядер, но это не химические реакции. Кроме того, Лавуазье ввел деление элементов на металлы и неметаллы.

Лавуазье вывел химию на новый уровень, внес в нее метод четкого, критического анализа явлений, который ранее показал свою результативность в других областях точного знания: в механике, физике, астрономии.

Помимо химии, Лавуазье также занимался общественно-полезной деятельностью, участвовал в составлении минералогической карты Франции, создал рациональную систему мер и весов, разработал методы очистки селитры для производства пороха и некоторое время управлял этим производством.

А. Лавуазье не считают первооткрывателем кислорода. Он вплотную подошел к этому открытию, поскольку интенсивно изучал горение фосфора, серы, углерода, процессы окисления и восстановления металлов. В результате Лавуазье пришел к выводу, что воздух состоит из двух частей: одна пятая часть поддерживает горение, а четыре пятых являются инертными. В 1774 г. он получил кислород нагреванием оксида ртути, но не сделал сообщения о своем открытии, оставив лишь записи в лабораторном журнале. Примечательно, что оксид ртути HgO оказался очень удобным объектом при изучении реакций с кислородом: при нагревании металлической ртути до 300 ^оС в присутствии воздуха происходит образование оксида, который затем можно разложить при 500 ^оС на ртуть и кислород.

Встреча с Пристли, во время которой тот рассказал о своих опытах, помогла Лавуазье окончательно во всем разобраться. Не уменьшая заслуг Пристли, он писал: "…этот воздух, который г. Пристли открыл… даже, я думаю, раньше меня…"[14]