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

Одиннадцатью годами ранее, в 1766 г. Генри Кавендиш, человек, по богатству и эксцентричности сходный с Гетти, открыл водород, или «горючий воздух», проводя реакции металлов с кислотой в своей личной лаборатории в Лондоне. В дальнейшем он часто развлекался, устраивая взрывы: он смешивал водород с воздухом и поджигал смесь. В ходе подобных взрывов конденсировалась обычная вода. Таким образом Кавендиш доказал, что вода не является элементом, так как ее можно создать из других более фундаментальных ингредиентов: водорода и чего-то, что содержится в воздухе.

Летом 1783 г. Лавуазье смог повторить эксперимент Кавендиша в гораздо большем масштабе, воспользовавшись чистым водородом и тем, что теперь ему было известно под названием «кислород». Аппарат, который он использовал для проведения эксперимента, в настоящее время хранится в Музее искусств и ремесел в Париже. Даже в наше время невозможно не восхищаться тонкой работой и точностью методов Лавуазье. Два громадных резервуара с газами были вначале взвешены, затем газы перемешались в огромной стеклянной колбе. К колбе были подведены провода, которые обеспечили искру, поджегшую водород. В осадок выпало несколько граммов воды, что послужило решающим доказательством того, что вода состоит только из этих двух газов. Летом того же года братья Монгольфье поднялись в воздух на шаре, наполненном горячим воздухом. Лавуазье сразу же сообразил, что если можно будет получать сверхлегкий газообразный водород достаточно экономичными способами и в больших количествах из воды, то на него возникнет потребность, вызванная развитием воздухоплавания.

Я помню, как проводил такую же демонстрацию у себя в школе на химическом вечере, мною же и организованном. Вечеру присвоили название «Экспло-76». Реакция водорода с кислородом не была самым ярким и самым пахучим номером в программе, зато, когда я поднес к шару, содержащему оба газа, зажженную свечку на конце длинной палки, она, несомненно, стала самым громким. Именно сила взрыва и была мерой точности пропорции, в которой находились в шаре газы: два к одному. Мгновение спустя на том месте, где находился шар, в беззвучной пустоте повис легкий туман.

Мероприятия, начатые моим «Экспло-76», продолжались потом еще лет 20 после того, как я окончил школу. Они стали до такой степени грандиозными (я слышал рассказы о демонстрациях, которые проводили в старом заброшенном школьном бассейне), что привлекли внимание служб спасения.

* * *

Тщетно я пытался описать знаменитый поворотный пункт в истории химии без упоминаний о жутком слове «флогистон», идее, до такой степени модной в XVIII столетии и притом до такой степени ложной и запутанной, что она до сих пор способна отпугивать дилетантов. Флогистон, по мнению Пристли и многих других его современников, это «принцип огня». «Флогистированный» воздух – это такой воздух, в котором имело место горение, а дефлогистированный воздух, наоборот, – воздух с потенциалом для горения. Путаница возникает из-за того, что предполагаемое отсутствие (флогистона) на самом деле оказывается присутствием (химического элемента кислорода).

Теория флогистона очень хорошо объясняла наблюдения химиков, но не давала реального понимания процесса. Чтобы представить тогдашнюю путаницу, можно вообразить маску, сделанную с человеческого лица. Если ее ярко осветить сбоку, то мы увидим очертания носа и глазных впадин. Но только изменив перспективу, а еще лучше просто протянув руку и коснувшись маски, мы сможем обнаружить, что свет падает не справа, как мы предполагали, а слева, и мы на самом деле видим лицо не спереди, а сзади. Флогистон был именно таким обратным изображением, точным со всех точек зрения и в то же время по сути ложным. Потребовалось полностью изменить перспективу, чтобы увидеть истинное положение вещей, что и сделал Лавуазье.

Несмотря на то что он вводил всех в заблуждение, флогистон тем не менее цепко держался за свое место в теоретической науке. Даже Лавуазье, скептически относившийся к концепту флогистона и до своих экспериментов с кислородом, по крайней мере до 1784 г., пользовался такими терминами, как air dephlogistiqué[23], air empiréal[24], air vital[25] наряду с новым термином «кислород». Комичным пророчеством нашей нынешней одержимости антиоксидантными кремами выглядит упоминание о pommade antiphlogistique[26] в романе «Мадам Бовари» Г. Флобера, события которого развиваются спустя более полувека после того, как флогистон вышел из научного употребления.

Исследования Лавуазье поместили кислород – а вовсе не огонь – в центр процессов горения и, фактически, в центр всей химии. В 1789 г., накануне Французской революции, он опубликовал «Элементарный трактат по химии» и включил в него полный список «простых субстанций, принадлежащих всем царствам природы, которые могут рассматриваться в качестве элементов тел». Они были разделены на четыре категории. Первая включала газы, водород, кислород, а также свет и «теплоту». Во вторую входили шесть неметаллических субстанций, служивших источниками кислот: углерод, сера, фосфор и неизвестные основы для соляной, фтористой и борной кислот. Третья категория состояла из 17 окисляемых металлов, от сурьмы до цинка, а четвертая добавляла еще пять «солеобразующих простых земных субстанций», включая известь и магнезию; Лавуазье совершенно справедливо предугадал, что они содержат новые, пока еще не известные элементы-металлы.

Учебник Лавуазье хорошо продавался и начал химическую революцию. Но вот настал черед для революции политической. Лавуазье не скрывал симпатий к «старому режиму», хотя и отверг предложение Людовика XVI, сделанное в последний момент в 1791 г., стать министром финансов, заявив, что его согласие поставило бы под угрозу то «идеальное равновесие», которое он пытался привнести в экономику, политику и химию. На противоположной стороне Ла-Манша, однако, Пристли устроил празднество в честь годовщины взятия Бастилии, и в тот же день толпа роялистов разрушила его дом. На долю Лавуазье выпала еще более страшная судьба – погибнуть от рук якобинцев. Пятого мая 1794 г. он взошел на гильотину как ненавидимый многими сборщик налогов. На научные открытия Лавуазье палачам было наплевать.

* * *

Если практически одновременные открытия присутствия кислорода в воздухе и воде не были бы сделаны тогда, когда они были сделаны, мы сейчас, наверное, не придавали бы кислороду такого значения. Химическая революция произошла бы значительно позже, возможно, лишь после того, как Алессандро Вольта в 1800 г. изготовил первую батарею с электродами из меди и цинка. Наше восприятие химии в таком случае строилось бы не на действии одного вездесущего гиперактивного элемента – газообразного, тем не менее материального – а скорее, на скоротечном обмене невещественными электрическими зарядами между химическими сущностями, и нас теперь не отличало бы «излишнее доминирование кислорода в доктрине и номенклатуре».