Научные сказки периодической таблицы. Занимательная история химических элементов от мышьяка до цинка - Хью Олдерси-Уильямс

Мало-помалу ученые-естествоиспытатели, которые пришли на смену алхимикам, начали понимать, что от качества воды зависит здоровье населения. Это понимание состояло не только в принятии очевидного факта, что грязь в воде может стать причиной заболевания, но и в осознании того, что добавление в воду определенных веществ может сделать ее поистине целебной. Из названного подхода позднее выкристаллизовалось научное представление о кислотах и солях, а со временем воду удалось разложить на ее газообразные составляющие: водород и кислород.

* * *

В 1767 г. 34-летний нонконформистский проповедник Джозеф Пристли после длительного визита в Лондон вернулся в родной город Лидс, где решил окончательно поселиться. Он выбрал дом, располагавшийся рядом с пивоварней. Пристли – человек обширных познаний и глубокого аналитического ума, автор биографий и сочинений по естественным наукам – публиковал памфлеты, в которых критиковал британскую политику в отношении американских колоний, а в проповедях не боялся раскрывать свои не совсем традиционные религиозные взгляды. Как бы то ни было, после встречи в Лондоне с Бенджамином Франклином Пристли решил, что его истинное призвание – в экспериментальной науке. И вполне естественно, что после переезда в Лидс он почти сразу же обратил внимание на постоянное бурление незадолго до того открытой углекислоты («неподвижного газа») от пивной массы за соседней дверью.

Пристли начал систематические исследования характеристик этого газа, сразу же отметив, что он гасит пламя и вызывает удушье у живых существ, но оказывает благоприятное воздействие на растения. Пристли сделал вывод, что газ имеет терапевтический эффект при таких заболеваниях, как цинга, и начал искать удобные методы его использования. Переливая воду из стакана в стакан над бочонком с мешанкой из ячменя, взятой из пивоварни, он обнаружил, что часть углекислого газа растворяется в воде, и понял, что нашел искомое. Пристли разработал общие принципы приготовления шипучих напитков – для тех, у кого по соседству не было пивоварни, – и в 1772 г. опубликовал работу под названием «Рекомендации по насыщению воды углекислым газом», основанные на реакции соляной кислоты с мелом и пропускании высвобожденного газа через обычную питьевую воду. Он предположил, что полученный в результате шипучий напиток может использоваться как в лечебных, так и в военных целях.

Француз Габриель Венель незадолго до того соединил практически те же ингредиенты, но полагал, что люди станут пить такую неаппетитную смесь неочищенной. Пристли же сумел приготовить первый образец газированной воды, которую вполне можно было пить без каких-либо неприятных ощущений. Однако воспользоваться плодами своего открытия он не смог, зато Якоб Швепп, эмигрант из Швейцарии, в 1792 г. развернул в Лондоне бизнес по производству содовой, которая до сих пор носит его имя.

* * *

Во Франции тем временем активно разворачивались работы в рамках национального проекта по сбору информации для минералогического атласа французских целебных вод. Венель в 1755 г. внес свою лепту, сообщив данные о химическом анализе воды Зельтерса, или Зельца, расположенного на французском берегу Рейна – исконного источника сельтерской воды. Большую роль в реализации упомянутого проекта сыграл и молодой Антуан Лавуазье, которому суждено было стать величайшим французским химиком. Почерпнутый им в ходе этой работы опыт лег в основу его дальнейших открытий. Выяснилось, что все так называемые «воды» на самом деле – обычная вода в сочетании с различными солями, что названные соли, в свою очередь, представляют собой различные соединения металлов и кислот и что упомянутые кислоты, как правило, получают свои коррозирующие свойства от присутствия в них на тот момент еще не известного элемента кислорода.

Лавуазье, подобно английским конкурентам – Пристли и позднее Гемфри Дэви, – получил гуманитарное образование, однако вскоре понял, что его истинное призвание – естественные науки. Поначалу тем не менее он пошел по стопам отца, стал изучать юриспруденцию и приобрел королевскую концессию на сбор налогов. К его довольно выгодным обязанностям относилось предупреждение контрабанды спиртных напитков и табака и сбор печально известного gabelle, налога на соль, который станет одной из причин Французской революции. Тем временем его научные изыскания были направлены на определение наличия минеральных солей в естественных водных источниках. Эта работа дала возможность Лавуазье довести до совершенства аналитические методы, благодаря которым он заслужил репутацию того, кто вывел химию из алхимической тьмы. Часть средств, полученных от сбора налогов, ученый вложил в создание самых лучших для своего времени химических инструментов. Добившись высочайшей точности в измерении плотности воды, он смог давать оценку содержанию в ней солей. Однако Лавуазье не нравилось проводить дни под солнцем и дождем, а ночи на грязных постоялых дворах. Он предпочитал уют собственной лаборатории и очень много трудился, чтобы на это заработать.

Пока Пристли проводил эксперименты с углекислым газом, Лавуазье, который устроился в Париже и незадолго до того был избран во Французскую Академию наук, обратил весь свой опыт на изучение реакции горения. Он обнаружил, что алмаз, сера и фосфор при горении на воздухе прибавляют в весе, если в расчет принимать и выделяемые при этом газы. То же самое происходило и в случае с металлической коррозией, только медленнее. В 1773 г. Лавуазье выступил с важным докладом в Академии, в котором впервые отметил, что переход меди и железа соответственно в ярь-медянку и ржавчину сопровождаются прибавлением в весе. Он объяснял наблюдавшийся феномен тем, что, по его мнению, вещества впитывают что-то из воздуха.

В октябре следующего года Лавуазье и коллеги-академики давали обед в честь приехавшего в Париж Джозефа Пристли, на этом обеде они узнали о его последнем эксперименте. Пристли нагревал окись ртути (известную в то время под названием «красная зола» ртути), при этом из нее выделилась «новая разновидность воздуха», оставив после себя лишь чистую жидкую ртуть. За месяц до того Лавуазье получил письмо от Карла Шееле из Швеции; немногим ранее тот провел такой же эксперимент. Шееле был исключительно скромным человеком, никогда не стремившимся к академическому признанию. За все время он посетил лишь одно заседание Шведской Королевской Академии наук. От него не осталось аутентичных портретов, поэтому даже его статуя в стокгольмском парке – всего лишь фантазия в античном стиле, а вовсе не реальный скульптурный портрет ученого. Однако хуже всего то, что он совсем не спешил публиковать результаты своих научных исследований. Пристли же тем временем пребывал в полном теоретическом замешательстве по поводу сделанного им открытия. Это предоставило Лавуазье полную свободу действий. Он повторил эксперименты обоих ученых, затем проделал еще несколько своих собственных и в конце концов в 1777 г. назвал полученный газ кислородом, то есть порождающим кислоту.

Пристли в основном интересовали газы, входящие в состав воздуха, в то время как основной интерес для Лавуазье представляли воды. Шееле же, подобно большинству шведских химиков, интересовался земными минералами. Вряд ли удивительно то, что троим ученым было трудно найти взаимопонимание, так как все они вышли на один из важнейших химических элементов, исходя из трех основных состояний материи: газообразного, жидкого и твердого. Как бы то ни было, из возникшей путаницы со временем выкристаллизуется осознание первостепенной важности открытого элемента для большинства процессов во вселенной. Было бы справедливо признать заслугу открытия кислорода за Шееле и Пристли, но именно Лавуазье установил место открытого элемента в системе природы, доказав его основополагающую роль для воды, кислот и солей.