Десять самых странных опытов в истории науки. «Десять самых красивых экспериментов в истории науки». Глава из книги Опыт лавуазье по получению высочайших температур

И звестны два типа месторождений алмазов, первичные - коренные или магматические и вторичные - осадочные или россыпные. Выше упоминалось, что «первооткрывателем» алмаза считается Индия.

Её легендарные копи Голконды дали миру почти все знаменитые с древнейших времён алмазы, например, легендарный «Кохинур»... До наших дней сохранились немногие из них.

К XVII веку копи истощились, Индия утратила лидерство в поставке алмазов на мировой рынок, потеснённая сначала Бразилией, а позже - Южной Африкой. Сейчас в Индии разрабатывают два месторождения. В Южной Индии, в районе Голконды - традиционное, россыпное; второе - в Центральной Индии, в Панне, в обнаруженной недавно диатреме.

Добытые камни гранят в Бомбее и экспортируют. В настоящее время годовой объём добычи индийских алмазов составляет 8000-10000 каратов.

Вот где уж, действительно, алмазы открыл «его величество случай», так это в Бразилии! С 1695 года золотоискатель Антонио Родриго Арадо, играя в карты или в кости, выставлял вместо фишек забавные камешки. Они довольно часто попадались Арадо на прииске Техуко, где он промышлял золото и кварц...
Тридцать лет гоняли игроки камни по зелёному сукну столов, пока один из золотоискателей, Бернадо да Фанеска-Лабо, не определил в 1725 году благородное происхождение «фишек». В Бразилию хлынул поток искателей счастья. К 1727 году объём добычи бразильских алмазов резко снизил цены на мировом алмазном рынке. А народ находил всё новые россыпи.

К 1729 году было открыто уже одиннадцать алмазоносных рек. Цены падали катастрофически, и остановить губительный процесс удалось только жёсткими административными мерами. Установили португальскую королевскую монополию на добычу алмазов, огромные пошлины на их экспорт, кабальные условия аренды алмазоносных участков.

В 1822 году Бразилия обрела суверенитет и заняла лидерство на мировом алмазном рынке. Бразильские алмазы невелики по размерам. В мире наиболее известны всего шесть из них: «Звезда Юга», «Звезда Египта», «Звезда Минаса», «Минас-Жерайс», «Английский алмаз Дрездена» и «Президент Варгас». Подавляющее большинство бразильских алмазов - первосортные кристаллы высочайшего качества. Но лидерство длилось недолго...

Странная белая галька, найденная сыном бурского фермера Даниэля Джекобса в 1867 году на берегу реки Оранжевой, изменила ход развития Южной Африки. После долгих мытарств «галька» попала на экспертизу к минералогу Уильяму Гийбону Атерстону, который определил её, как прекрасный алмаз. Кристалл был огранён, бриллиант весом 10,75 карата получил собственное имя «Эврика» и занял своё место в истории, как первенец южноафриканской алмазодобычи.

В 1764 г. Парижская Академия наук объявила конкурс на тему "Найти лучший способ освещения улиц большого города, соединяющий в себе яркость освещения, легкость обслуживания и экономичность". Лучшим был признан проект под девизом "И путь свой отметит огнями" (слова из "Энеиды" Вергилия). В проекте научно обосновывались различные устройства уличного освещения: фонарями масляными и с сальными свечами, с рефлекторами и без них и т.д.

9 апреля 1765 г. победителю была вручена золотая медаль Академии. Им оказался двадцатидвухлетний Антуан Лоран Лавуазье - будущая гордость французской и мировой науки.

Родился он 26 августа 1743 г. в семье адвоката парижского суда. Отец хотел видеть Антуана адвокатом и отдал его в старинное аристократическое учебное заведение-коллеж Мазарини, затем учеба была продолжена на юридическом факультете университета.

Антуан, отличавшийся прекрасными способностями, учился легко, так как с юных лет он выработал привычку к напряженному систематическому труду. В университете кроме юридических наук Лавуазье изучает и естественные, которыми увлекается все больше. Он слушает курс лекций по химии у известного химика Г. Руэля, занимается минералогией у Ж. Геттара, ботаникой - у Б. де Жюссье.

В 1764 г. Лавуазье окончил университет со званием адвоката, а в феврале следующего года он представляет в Парижскую Академию наук свою первую работу по химии "Анализ гипса", в которой проявилась его самостоятельность и оригинальность мышления. Если до этого о составе минералов судили в основном по "действию огня", то он изучал "на гипсе действие воды-этого почти универсального растворителя"; исследовал процесс кристаллизации и установил, что при застывании гипс поглощает воду.

В 1768 г. он избирается в Академию наук адъюнктом по классу химии. Французские ученые возлагали на него большие надежды, и они не ошиблись.

В том же году Лавуазье становится генеральным откупщиком. Как один из членов Компании Генерального откупа он получил право взимать налоги и пошлины с населения. Выполняя задания Компании, он инспектировал табачные фабрики и таможни на западе Франции. Доходы шли главным образом на приобретение дорогостоящих приборов для научных исследований. Участие в Генеральном откупе стало причиной трагической гибели великого ученого во время буржуазной революции.

Имея много обязанностей по делам откупа, Лавуазье занимался химией только с 6 до 9 часов утра и с 7 до 10 часов вечера ежедневно и один раз в неделю (по субботам) полностью весь день.

С 1772 г. Лавуазье начинает изучать горение и обжиг металлов, предполагая "повторить с новыми предосторожностями, дабы объединить все то, что мы знаем о том воздухе, который связывается или выделяется из тел (речь идет о СO 2 - Б. К.), с другими добытыми познаниями и создать теорию". В том же году он начал опыты по горению, а также кальцинации металлов. Первый эксперимент-сжигание алмаза. Лавуазье поместил его в закрытый сосуд и нагревал с помощью увеличительного стекла до тех пор, пока алмаз не исчез. Исследовав образовавшийся газ, Лавуазье установил, что это "связанный воздух" (СO 2). Затем ученый подверг сжиганию фосфор и серу в герметически закрытых колбах, предварительно взвесив их. Анализируя результаты опытов, он убедился, что вес фосфора и серы при горении увеличился, а такое "увеличение происходит благодаря громадному количеству воздуха, который связывается при горении". Это наводит Лавуазье на мысль, что и при кальцинации металлов происходит поглощение воздуха. В доказательство он ставит в следующем году специальные опыты (опять же проводя тщательное взвешивание). В закрытых сосудах нагревались различные металлы: олово, свинец, цинк. Вначале на их поверхности образовывался слой окалины (оксидов), но через некоторое время процесс прекращался. Однако окалина тяжелее исходного металла, вес же сосуда до и после нагревания оставался тем же. Значит, прибавление в весе металла могло произойти только за счет имевшегося в сосуде воздуха, но тогда там должно быть разреженное пространство. И действительно, когда сосуд открывали, в него устремлялся воздух и вес сосуда становился больше (вспомните опыты М. В. Ломоносова).

Почему же с металлами соединяется не весь воздух? Какая из его составных частей реагирует с веществами? Эти вопросы волновали Лавуазье. Ответы на них пришли после встречи с Пристли.

Повторив опыты английского ученого, Лавуазье констатировал, что 1 / 5 часть воздуха соединяется с ртутью, превращая ее в окалину (оксид ртути), а оставшиеся 4 / 5 воздуха не поддерживают горение и дыхание. При нагревании оксида выделяется тот же объем воздуха, который, смешиваясь с оставшимся, дает первоначальный воздух. Следовательно, обычный воздух состоит из двух частей: "чистого воздуха" и "удушающего воздуха".

В 1775 г. Лавуазье становится "главным распорядителем порохов" (управляющим селитряной и пороховой промышленностью). Он переезжает в Арсенал, где устраивает отличную лабораторию; в ней он проработал почти до конца жизни.

Выполненные работы подводили Лавуазье к мысли о том, что при горении веществ важную роль играет "чистый", или "живительный", воздух, а не фантастический флогистон. Весь свой богатый экспериментальный материал ученый обобщил в трех статьях, которые представил в Академию.

В первой рассматривалось взаимодействие ртути с "купоросной кислотой" (серной) и обжиг образующегося при этом ртутного купороса. Вторая статья "О горении вообще" была наиболее важной, так как в ней Лавуазье предлагал "новую теорию горения". Согласно этой теории горение есть процесс соединения тел с кислородом с одновременным выделением тепла и света. Получающиеся при этом продукты-не простые вещества, а сложные, состоящие из тела и кислорода. При горении вес веществ увеличивается. Третья статья имела название "Опыты над дыханием животных и об изменениях, которые совершаются в воздухе, проходящем через легкие". В ней автор отмечал, что дыхание животных тождественно горению, только идет оно медленнее, и образующееся при этом тепло поддерживает постоянную температуру в организме.

Эти работы были высоко оценены Ф. Энгельсом, который писал, что Лавуазье "впервые поставил на ноги всю химию, которая в своей флогистонной форме стояла на голове".

Кислородная теория горения опровергала теорию флогистона. Недаром крупнейшие химики того времени - приверженцы флогистона, и среди них Шееле, Кавендиш, Пристли, отказывались ее признать. В Германии же поклонники "огненной материи" в знак протеста даже сожгли портрет Лавуазье...

За свои новаторские исследования Лавуазье в 1778 г. был избран академиком Парижской Академии наук.

В 1789 г. выходит "Начальный курс химии" в трех частях - один из важнейших трудов ученого. В том же году во Франции началась буржуазная революция. В марте 1792 г. ликвидируется откуп, а в следующем году Конвент принимает решение об аресте откупщиков, в том числе и Лавуазье. После суда все откупщики были приговорены к смертной казни. 8 мая 1794 г. Лавуазье был гильотинирован. Он расплачивался, по словам К. А. Тимирязева, "за грехи целых поколений хищников, высасывавших из французского народа его жизненные соки".

Восемнадцатый век, Франция, Париж. Антуан Лоран Лавуазье, один из будущих творцов химической науки, после многолетних экспериментов с разными веществами в тиши своей лаборатории вновь и вновь убеждается в том, что совершил подлинную революцию в науке. Его простые по сути химические опыты по сжиганию веществ в герметически закрытых объемах полностью опровергают общепринятую в то время теорию флогистона. Но веские, строго количественные доказательства в пользу новой "кислородной" теории горения в ученом мире не принимаются. Очень уж прочно засела в головах наглядная и удобная флогистонная модель.

Что же делать? Убив два-три года на бесплодные усилия отстоять свою идею, Лавуазье приходит к заключению, что до чисто теоретических аргументов его научное окружение еще не дозрело и следует пойти совершенно иным путем. В 1772 году великий химик решается с этой целью на необычный эксперимент. Он приглашает всех желающих принять участие в зрелище по сжиганию в запаянном котле… увесистого куска алмаза. Как же тут удержаться от любопытства? Ведь речь идет не о чем-нибудь, а об алмазе!

Вполне понятно, что вслед за сенсационным сообщением в лабораторию вместе с обывателями валом повалили и ярые оппоненты ученого, до этого никак не желавшие вникать в его опыты со всякой там серой, фосфором и углем. Помещение было надраено до блеска и сияло не меньше, чем приговоренный к публичному сожжению драгоценный камень. Надо сказать, что лаборатория Лавуазье по тем временам принадлежала к одной из лучших в мире и вполне соответствовала дорогостоящему эксперименту, в котором идейным противникам хозяина теперь просто не терпелось принять участие.

Алмаз не подвел: сгорел без видимого следа, согласно тем же законам, что распространялись и на другие презренные вещества. Ничего существенно нового с научной точки зрения не произошло. Зато "кислородная" теория, механизм образования "связанного воздуха" (углекислого газа) наконец-то дошли до сознания даже самых закоренелых скептиков. Они поняли, что алмаз исчез не бесследно, а под воздействием огня и кислорода претерпел качественные изменения, превратился в нечто иное. Ведь по окончании эксперимента колба весила ровно столько, сколько в начале. Так с ложным исчезновением у всех на глазах алмаза из научного лексикона навсегда исчезло слово "флогистон", обозначающее гипотетическую составную часть вещества, якобы теряемую при его горении.

Но свято место пусто не бывает. Одно ушло, другое пришло. Флогистонную теорию вытеснил новый фундаментальный закон природы - закон сохранения материи. Лавуазье был признан историками науки первооткрывателем этого закона. Убедить в его существовании человечество помог алмаз. В то же время эти же историки напустили вокруг нашумевшего события такие клубы тумана, что разобраться в достоверности фактов до сих пор представляется довольно непростым делом. Приоритет важного открытия вот уже много лет и без всяких к тому оснований оспаривается "патриотическими" кругами самых разных стран: России, Италии, Англии…

Какими же аргументами обосновываются претензии? Самыми нелепыми. В России, например, закон сохранения материи приписывается Михаилу Васильевичу Ломоносову, который в действительности его не открывал. Причем в качестве доказательств борзописцы химической науки беспардонно используют выдержки из его личной переписки, где ученый, делясь с коллегами своими рассуждениями о свойствах материи, якобы собственноручно свидетельствует в пользу этой точки зрения.

Итальянские историографы притязания на приоритет мирового открытия в химической науке объясняют тем, что… Лавуазье не первого осенила догадка использовать в опытах алмаз. Оказывается, еще в 1649 году видные европейские ученые познакомились с письмами, в которых сообщалось о подобных экспериментах. Они были предоставлены Флорентийской Академией наук, и из их содержания следовало, что местные алхимики уже тоща подвергали алмазы и рубины сильному воздействию огня, помещая их в герметически закрытые сосуды. При этом алмазы исчезали, а рубины сохранялись в первозданном виде, из чего делался вывод об алмазе как "поистине волшебном камне, природа которого не поддается объяснению". Ну и что? Все мы так или иначе движемся по стопам предшественников. А то, что алхимиками итальянского Средневековья не была распознана природа алмаза, только лишь наводит на мысль о недоступности их сознанию и многих других вещей, в том числе вопроса о том, куда девается масса вещества при его нагревании в исключающем доступ воздуха сосуде.

Весьма шатко выглядят и авторские амбиции англичан, которые вообще отрицают причастность Лавуазье к сенсационному эксперименту. По их убеждению, в актив великого французского аристократа была несправедливо занесена заслуга, принадлежащая на самом деле их соотечественнику Смитсону Теннанту, который известен человечеству как первооткрыватель двух самых дорогих в мире металлов - осмия и иридия. Именно он, как заявляют англичане, проделывал подобные демонстрационные трюки. В частности, сжигал в золотом сосуде алмаз (до этого графит и древесный уголь). И именно ему принадлежит важное для развития химии умозаключение о том, что все эти вещества имеют одинаковую природу и при сгорании образуют углекислый газ в строгом соответствии с весом сгораемых веществ.

Но как ни тщятся отдельные историки науки хоть в России, хоть в Англии умалить выдающиеся достижения Лавуазье и отвести ему второстепенную роль в уникальных исследованиях, у них все равно ничего не получается. Гениальный француз продолжает оставаться в глазах мировой общественности человеком всеобъемлющего и оригинального ума. Достаточно вспомнить его знаменитый опыт с дистиллированной водой, который раз и навсегда поколебал бытующий в то время среди многих ученых взгляд на способность воды превращаться при нагревании в твердое вещество.

Сложился этот неверный взгляд на основе следующих наблюдений. Когда воду упаривали "досуха", на дне сосуда неизменно обнаруживался твердый остаток, который для простоты называли "землей". Отсюда и ходили разговоры о превращении воды в землю.

В 1770 году Лавуазье подверг расхожее мнение проверке. Для начала он сделал все, чтобы получить как можно более чистую воду. Достичь этого можно было тогда только одним способом - перегонкой. Взяв самую лучшую в природе дождевую воду, ученый перегнал ее восемь раз. Затем наполнил очищенной от примесей водой заранее взвешенную стеклянную емкость, герметично закупорил ее и снова зафиксировал вес. Затем в течение трех месяцев он нагревал этот сосуд на горелке, доведя его содержимое почти до кипения. В итоге на дне емкости действительно оказалась "земля".

Но откуда? Чтобы ответить на этот вопрос, Лавуазье вновь взвесил сухой сосуд, масса которого уменьшилась. Установив, что вес сосуда изменился настолько, насколько появилось в нем "земли", экспериментатор понял, что смущавший коллег твердый остаток просто выщелачивается из стекла, и ни о каких чудодейственных превращениях воды в землю не может быть и речи. Такой вот происходит любопытный химический процесс. И под воздействием высоких температур он протекает намного быстрее.

Однажды осенним днем 1772 года парижане, прогуливавшиеся недалеко от Лувра, в саду Инфанты, вдоль набережной Сены, могли видеть странное, напоминавшее плоскую подводу сооружение в виде деревянной платформы на шести колесах. На ней были установлены огромные стекла. Две самые большие линзы, имевшие в радиусе восемь футов, были скреплены вместе так, чтобы из них получилось увеличительное стекло, собиравшее солнечные лучи и направлявшее их на вторую линзу, поменьше, а затем на поверхность стола. На платформе стояли занятые в эксперименте ученые в париках и черных очках, а их ассистенты сновали, как матросы по палубе, настраивая все это сложное сооружение на солнце, непрерывно держа плывущее по небосклону светило «под прицелом».

Среди людей, которые воспользовались этой установкой - «ускорителем элементарных частиц» XVIII века, - был Антуан Лоран Лавуазье. Его тогда занимало, что происходит при сжигании алмаза.

Давно было известно, что алмазы горят, и местные ювелиры попросили Французскую академию наук исследовать, не таится ли в этом какой-нибудь риск. Самого Лавуазье интересовал несколько иной вопрос: химическая сущность горения. Вся прелесть «поджигающего стекла» заключалась в том, что оно, фокусируя солнечные лучи в точке, находящейся внутри контейнера, нагревало все, что в эту точку можно было поместить. Дым из сосуда можно было направить по трубке в сосуд с водой, осадить содержащиеся в нем частицы, затем выпарить воду и проанализировать остаток.

К сожалению, эксперимент не удался: от интенсивного нагрева стекло постоянно лопалось. Однако Лавуазье не отчаивался - у него были и другие идеи. Он предложил Академии наук программу по изучению «воздуха, содержащегося в веществе», и того, как он, этот воздух, связан с процессами горения.

Ньютону удалось направить развитие физики по правильному пути, зато в химии в те времена дела обстояли из рук вон плохо - она еще была пленницей алхимии. «Хна, растворенная в хорошо дефлегментированном духе селитры, даст бесцветный раствор, - писал Ньютон. - Но если ее поместить в добротное купоросное масло и встряхивать, пока она растворяется, то смесь сначала станет желтой, а затем темно-красной». На страницах этой «кулинарной книги» ничего не говорилось ни об измерениях, ни о количествах. «Если дух соли поместить в свежую мочу, то оба раствора легко и спокойно смешаются, - отмечал он, - но если тот же раствор капнуть на выпаренную мочу, то последует шипение и вскипание и летучие и кислые соли через какое-то время коагулируют в третье вещество, напоминающее по своей природе нашатырь. А если отвар из фиалок развести, растворив в небольшом количестве свежей мочи, то несколько капель ферментированной мочи обретут ярко-зеленый цвет».

Весьма далеко от современной науки. В алхимии, даже в записях самого Ньютона, многое напоминает магию. В одном из своих дневников он добросовестно переписал несколько абзацев из книги алхимика Джорджа Старки, который сам себя называл Филалетом.

Отрывок начинается так: «В [Сатурне] скрыта бессмертная душа». Под Сатурном обычно понимался свинец, поскольку каждый элемент ассоциировался с какой-нибудь планетой. Но в данном случае имелся в виду серебристый металл, известный как сурьма. «Бессмертный дух» - это газ, который испускает руда при сильном нагреве. «К Сатурну узами любви привязан Марс (это означало, что к сурьме добавлялось железо), который сам в себе пожирает великую силу, чей дух делит тело Сатурна, и из обоих вместе истекает чудесная яркая вода, в которую садится Солнце, высвобождая свой свет». Солнце - это золото, которое в данном случае погружено в ртуть, часто называемую амальгамой. «Венера, самая яркая звезда, находится в объятиях [Марса]». Венерой называли медь, которую на этом этапе добавляют в смесь. Сей металлургический рецепт, вероятнее всего, является описанием ранних этапов получения «философского камня», к которому стремились все алхимики, поскольку считалось, что с его помощью можно неблагородные элементы превратить в золото.

Лавуазье и его современники сумели пойти дальше этих мистических заклинаний, однако химики даже в то время еще верили в алхимические представления о том, что поведение веществ определяется тремя началами: ртутью (которая разжижает), солью (которая сгущает) и серой (которая делает вещество горючим). «Сернистый дух», также называемый terra pingua («жирная» или «маслянистая» земля), занимал умы очень многих. В начале XVIII века немецкий химик Георг Эрнст Шталь стал называть его флогистоном (от греч. phlog - относящийся к огню).

Считалось, что предметы горят потому, что в них много флогистона. По мере того как предметы поглощаются огнем, они выделяют эту горючую субстанцию в воздух. Если поджечь кусочек дерева, то он перестанет гореть, оставив после себя всего лишь кучку пепла, только когда израсходует весь свой флогистон. Поэтому считалось, что дерево состоит из пепла и флогистона. Аналогичным образом после прокаливания, т.е. сильного нагрева, металла остается белая хрупкая субстанция, известная как окалина. Стало быть, металл состоит из флогистона и окалины. Процесс ржавления - это медленное горение, наподобие дыхания, т.е. реакции, возникающие тогда, когда флогистон выделяется в воздух.

Рассматривался и обратный процесс. Считалось, что окалина напоминала добытую из земли руду, которая затем облагораживалась, подвергаясь восстановлению, или «возрождению», путем нагрева рядом с древесным углем. Древесный уголь испускал флогистон, который сочетался с окалиной, чтобы восстановить блестящий металл.

Само по себе использование гипотетической субстанции, которую нельзя измерить, но можно предполагать, не содержит в себе ничего плохого. В наше время космологи тоже оперируют понятием «темная материя», которая должна существовать, чтобы галактики при вращении не разлетались на куски под действием центробежной силы, и что за расширением Вселенной стоит антигравитационная «темная энергия».

С помощью флогистона ученые могли логично объяснить горение, прокаливание, восстановление и даже дыхание. Химия неожиданно становилась осмысленной.

Тем не менее это не решало всех проблем: окалина, остававшаяся после прокаливания, весила больше, чем исходный металл. Как могло получиться, что после выхода флогистона из вещества оно становилось тяжелее? Как и «темная энергия» четверть тысячелетия спустя, флогистон, по словам французского философа Кондорсе, «приводился в движение силами, противоположными по направлению силе тяжести». Чтобы эта мысль выглядела поэтичней, один химик заявил, что флогистон «окрыляет земные молекулы».

Лавуазье, как и ученые того времни, был уверен в том, что флогистон - одна из основных составляющих вещества. Но к началу экспериментов с алмазами он стал задумываться: а может ли нечто весить меньше нуля?

Его мать умерла, когда он был еще мальчишкой, оставив ему наследство, которого хватило, чтобы вступить в прибыльное предприятие под названием «Главный откуп». Французское правительство заключало с этим консорциумом частных лиц договор на сбор налогов, от которых такие откупщики, как Лавуазье, имели определенную долю. Эта деятельность постоянно отвлекала его от исследований, зато давала доход, позволивший ему через некоторое время стать владельцем одной из лучших лабораторий в Европе. Среди первых экспериментов 1769 года был эксперимент, с помощью которого Лавуазье решил проверить бытовавшее тогда представление о том, что воду можно превратить в землю.

Доказательства были достаточно убедительными: вода, испаряясь на сковороде, оставляет твердый остаток. Но Лавуазье решил докопаться до самой сути, используя сосуд для возгонки, известный как «пеликан». Имея большую круглую емкость в основании и небольшую верхнюю камеру, сосуд был оснащен двумя загнутыми трубками (немного напоминавшими клюв пеликана), по которым пар снова возвращался вниз. Для алхимиков пеликан символизировал жертвенную кровь Христа, поэтому считалось, что сосуд «пеликан» обладает силой преображения. Более того, вода,которая кипела в «пеликане», непрерывно бы испарялась и конденсировалась, так что никакое вещество - твердое, жидкое или газообразное - не смогло бы покинуть систему.

Перегоняя чистую воду в течение ста дней, Лавуазье обнаружил, что осадок действительно существует. Но он догадался, откуда тот берется. Взвесив пустой «пеликан», он обратил внимание на то, что сосуд стал легче. Высушив и взвесив осадок, Лавуазье увидел, что вес осадка достаточно точно соответствует уменьшению веса сосуда, и этот факт натолкнул его на мысль о том, что источником осадка стало стекло сосуда.

Два года спустя, в 1771 году, Лавуазье исполнилось двадцать восемь лет. В том же году он женился. Его избранницей стала Мария-Анна Пьеретт Пользе, тринадцатилетняя дочь еще одного откупщика. (Эта достаточно миловидная девушка к тому времени была помолвлена, и ее второму потенциальному жениху было пятьдесят.) Марии-Анне так понравились научные занятия мужа, что она быстро освоила химию и помогала чем могла: делала записи, переводила английскую научную литературу на французский и выполняла сложнейшие чертежи эксперимента, который оказался настолько элегантен, что ему, как философскому камню, суждено было преобразовать алхимию в химию.

Химики того поколения, к которому принадлежал Лавуазье, уже знали, что, как это удалось сформулировать англичанину Джозефу Пристли, «воздух бывает нескольких видов». Мефитический («зловонный» или «затхлый») воздух заставляет пламя гаснуть, а мышь в нем погибает от удушья. Такой воздух делает мутной известковую воду (гидроокись кальция), образуя белый осадок (углекислая соль кальция). Однако растения хорошо чувствовали себя в этом воздухе и через некоторое время снова делали его пригодным для дыхания.

Еще один удушающий газ образовывался, когда свеча горела какое-то время в закрытом сосуде. Этот газ не осаждал известковую воду, и, поскольку совершенно очевидно был связан с процессом горения, его стали называть флогистонным воздухом, или азотом (от греческого «безжизненный»). Самым таинственным был летучий газ, выделявшийся, когда железные опилки растворялись в разведеннойсерной кислоте. Он был настолько горючим, что получил название «горючего воздуха». Если этим воздухом надуть шар, то он поднимется высоко над землей.

Возникал вопрос, являются ли новые виды воздуха химическими элементами или, как предполагал Пристли, модификациями «обычного» воздуха, получаемого путем добавления или извлечения флогистона?

С трудом сдерживая скептицизм, Лавуазье повторил некоторые эксперименты своих коллег. Он подтвердил, что сжигание фосфора с целью получения фосфорной кислоты или сжигание серы с целью получения серной кислоты приводит к получению веществ, вес которых превышает вес использованных веществ, т.е. как и при прокаливании металлов. Но почему происходит указанное изменение? Ему показалось, что он нашел ответ на этот вопрос. Используя увеличительное стекло для нагрева олова, заключенного в герметичный стеклянный сосуд, он обнаружил, что и до опыта, и после вся установка весила одинаково. Медленно открывая сосуд, он слышал, как с шумом воздух врывался внутрь, после чего вес вновь увеличивался. Может быть, предметы горят не потому, что испускают флогистон, а потому, что поглощают какую-то часть воздуха?

Если это так, то восстановление, т.е. переплавка руды в чистый металл, ведет к высвобождению воздуха. Он отмерил определенное количество окалины свинца, которая называется «глёт», и поместил ее на небольшое возвышение в сосуде с водой рядом с кусочком древесного угля. Накрыв все это стеклянным колоколом, он стал нагревать окалину с помощью увеличительного стекла. По вытесняемой воде он мог догадаться о выделении газа. Аккуратно собрав выделившийся газ, он обнаружил, что от этого газа гаснет пламя и происходит осаждение известковой воды. Похоже, что «затхлый» воздух был продуктом восстановления, но ограничивалось ли дело только этим?

Оказалось, что ответ покоился в красноватой субстанции, которая называлась mercurius calcinatus, или окалина ртути, и которую продавали парижские аптекари как лекарство от сифилиса по цене 18 и более ливров за унцию, т.е. 1000 долларов, если переводить на сегодняшние цены. Всякие эксперименты с этим веществом были не менее экстравагантными, чем эксперименты со сжиганием алмазов. Как и любую другую окалину, ее можно было получать, прокаливая чистый металл на сильном пламени. Однако при дальнейшем нагреве полученное вещество снова превращалось в ртуть. Другими словами, mercurius calcinatus можно было восстанавливать даже без использования древесного угля. Но что тогда являлось источником флогистона? В 1774 году Лавуазье и несколько его коллег из Французской академии наук подтвердили, что окалину ртути действительно можно восстановить «без дополнительных веществ» с потерей примерно одной двенадцатой веса.

Пристли тоже проводил эксперименты с этим веществом, нагревая его с помощью увеличительного стекла и собирая выделяемые газы. «Что меня поразило настолько, что даже не хватает слов для выражения обуявших меня чувств, - писал он позднее, - так это то, что свеча горела в этом воздухе довольно сильным пламенем... Я не смог найти объяснение сему явлению». Выяснив, что лабораторная мышь хорошо чувствовала себя в волшебном газе, он решил подышать им сам. «Мне показалось, что после я какое-то время ощущал необыкновенную легкость и свободу в груди. Кто бы мог предположить, что этот чистый воздух со временем станет модным предметом роскоши. А пока только две мыши и я сам имели удовольствие вдыхать его».

Газ, в котором хорошо дышится и легко происходит горение, Пристли решил назвать «обесфлогистоненным», т.е. воздухом в его самом чистом виде. Он был не одинок в таких рассуждениях. В Швеции аптекарь, которого звали Карл Вильгельм Шееле, тоже изучал свойства «огненного воздуха».

К этому времени Лавуазье уже называл газ, выделявшийся при восстановлении mercurius calcinatus, «чрезвычайно полезным для дыхания», или «живым» воздухом. Как и Пристли, он считал, что этот газ представляет собой воздух в его первозданной форме. Однако тут Лавуазье столкнулся с одной трудностью. Когда он пытался восстановить окалину ртути с использованием древесного угля, т.е. старым, проверенным способом, выделялся тот же газ, что и при восстановлении глёта, - он гасил пламя свечи и осаждал известковую воду. Почему при восстановлении окалины ртути без древесного угля выделялся «живой» воздух, а при использовании древесного угля возникал удушающий «затхлый» воздух?

Прояснить все можно было только одним способом. Лавуазье взял с полки сосуд, который назывался плоской колбой. Нижняя часть его была круглой, а высокое горлышко Лавуазье нагрел и изогнул так, что оно сначала выгибалось книзу, а затем снова вверх.

Если в его эксперименте 1769 года сосуд напоминал пеликана, то нынешний был похож на фламинго. Лавуазье налил четыре унции чистой ртути в круглую нижнюю камеру сосуда (обозначена буквой А на рисунке). Сосуд был установлен на печи так, чтобы его горлышко оказалось в открытый емкости, также заполненной ртутью, а затем поднималось в стеклянный колокол. Эта часть установки использовалась для определения количества воздуха, который будет потреблен во время эксперимента. Отметив бумажной полоской уровень (LL), он разжег печь и довел ртуть в камере А почти до кипения.

Можно считать, что в первый день не произошло ничего особенного. Небольшое количество ртути испарилось и осело на стенках плоской колбы. Образовавшиеся шарики были достаточно тяжелы для того, чтобы вновь стечь вниз. Но на второй день на поверхности ртути стали образовываться красные точки - окалина. В течение нескольких последующих дней красная корочка увеличивалась в размерах, пока не достигла максимальных. На двенадцатый день Лавуазье остановил эксперимент и сделал некоторые измерения.

На тот момент ртуть в стеклянном колоколе превышала начальный уровень на то количества воздуха, который был израсходован на образование окалины. Учтя изменения в температуре и давлении внутри лаборатории, Лавуазье рассчитал, что количество воздуха уменьшилось примерно на одну шестую его первоначального объема, т.е. с 820 до 700 кубических сантиметров. Кроме того, поменялась природа газа. Когда внутрь емкости, где содержался оставшийся воздух, поместили мышь, она сразу стала задыхаться, а «помещенная в этот воздух свеча тут же погасла, как будто ее сунули в воду». Но поскольку газ не вызвал оседания в известковой воде, то его, скорее, можно было отнести к азоту, нежели к «затхлому воздуху».

Но что ртуть получила из воздуха при горении? Сняв красный налет, образовавшийся на металле, Лавуазье стал нагревать его в реторте до тех пор, пока он снова не стал ртутью, выделив при этом от 100 до 150 кубических сантиметров газа - примерно столько же, сколько ртуть поглотила при прокаливании. Внесенная в этот газ свеча «прекрасно горела», а древесный уголь не тлел, а «светился таким ярким светом, что его с трудом выносили глаза».

Это был поворотный момент. Сгорая, ртуть поглощала «живой» воздух из атмосферы, оставляя азот. Восстановление ртути вновь приводило к выделению «живого» воздуха. Так Лавуазье удалось разделить два основных компонента атмосферного воздуха.

Для верности он смешал восемь частей «живого» воздуха и сорок две части азота и показал, что получившийся газ обладает всеми характеристиками обычного воздуха. Анализ и синтез: «В этом кроется самое убедительное доказательство из тех, что доступны в химии: разлагаясь, воздух вновь соединяется».

В 1777 году Лавуазье доложил результаты своих исследований членам Академии наук. Флогистон оказался выдумкой. Горение и прокаливание происходили тогда, когда вещество поглощало «живой» воздух, который он назвал кислородом из-за роли в образовании кислот. (Oxy по-гречески означает «острый».) Поглощение кислорода из воздуха приводит к тому, что в нем остается только непригодный для дыхания азот.

Что касается газа, который называли «затхлым» воздухом, то он образовывался тогда, когда выделяемый при восстановлении кислород соединялся с чем-то в древесном угле, и получалось то, что мы сегодня называем двуокисью углерода.

Год за годом коллеги Лавуазье, особенно Пристли, ворчали по поводу того, что тот якобы присвоил себе первенство в экспериментах, которые они тоже осуществили.Пристли однажды отобедал в доме супругов Лавуазье и рассказал им о своем лишенном флогистона воздухе, а шведский аптекарь Шееле отправил Лавуазье письмо с рассказом о своих опытах. Но при всем при этом они продолжали думать, что кислород - это воздух, лишенный флогистона.

В пьесе «Кислород», премьера которой состоялась в 2001 году, два химика, Карл Джерасси и Роальд Хоффман, придумали сюжет, в котором шведский король пригласил этих троих ученых в Стокгольм, чтобы решить вопрос о том, кого из них считать первооткрывателем кислорода. Шееле был первым, кто выделил газ, а Пристли первым опубликовал работу, в которой говорилось о его существовании, но только Лавуазье понял то, что им удалось открыть.

Он заглянул намного глубже и сформулировал закон сохранения массы. В результате химической реакции вещество - в данном случае горящая ртуть и воздух - меняет форму. Но масса при этом не создается и не исчезает. Сколько веществ вступает в реакцию, столько же должно получиться на выходе. Как сказал бы сборщик налогов, баланс должен в любом случае сходиться.

В 1794 году, во время революционного террора, Лавуазье и отец Марии-Анны вместе с другими откупщиками были признаны «врагами народа». Их на телеге привезли на площадь Революции, где уже были сооружены деревянные подмостки, вид которых даже в деталях напоминал ту платформу, на которой Лавуазье сжигал алмазы. Только вместо огромных линз стояло другое достижение французской техники - гильотина.

В интернете недавно проскочило сообщение о том, что во время казни Лавуазье успел осуществить свой последний опыт. Дело в том, что гильотиной во Франции стали пользоваться, потому что посчитали, будто это самая гуманная форма казни, - она приносит мгновенную и безболезненную смерть. И вот у Лавуазье появился случай узнать, так ли это. В тот момент, когда лезвие гильотины коснулось его шеи, он стал моргать глазами и делал это столько, сколько смог. В толпе находился ассистент, который должен был сосчитать, сколько раз ему удастся моргнуть. Не исключено, что рассказ этот - выдумка, но вполне в духе Лавуазье.

Эти слова в пьесе произносит Мария-Анна Лавуазье.