Adela Paez - Революция в воздухе. Лавуазье. Современная химия.

«Это увеличение веса происходит из-за необыкновенного количества воздуха, который собирается во время горения, соединенного с парами. То, что происходит с серой и фосфором, заставляет меня думать, что явление, сопровождающее горение этих элементов, будет наблюдаться и в случае большинства других веществ: они могут увеличивать вес во время горения или прокаливания. Я убежден, что увеличение веса при образовании металлических известей происходит по тем же причинам. Опыты привели меня к тем же заключениям: нагревая окись свинца в закрытом горшке прибора Гейлса, я заметил, что когда известь превращается в металл, выделяется большое количество воздуха, и этот воздух занимает объем в 750 раз больше, нежели объем используемой окиси свинца».

Это было первое описание, разумеется упрощенное, процесса горения. Оно ознаменовало собой настоящую революцию, поскольку Лавуазье не воспользовался теорией флогистона, на которую опирались все химики Европы в течение более чем 50 лет. Кроме того, он обозначил разницу между так называемым «фиксируемым воздухом» (СO 2), который выделялся во время нагрева окиси свинца и угля, и «обычным воздухом» (O 2+ N 2). Согласно Гейлсу, речь шла об одном и том же веществе, тогда как, по мнению других ученых, эти два «воздуха» имели разные свойства, поскольку если «обычный воздух» был жизненно необходим, «фиксируемый воздух» убивал животных, которые его вдыхали, и заставлял гаснуть огонь.

В феврале 1773 года Лавуазье начал новую лабораторную тетрадь планом работы, нацеленным на изучение пневматической химии и на окончательное опровержение или подтверждение теории флогистона.

Существует много аллотропических форм фосфора, и они обладают разной структурой и разными свойствами. Самыми известными примерами абсолютно непохожих по внешнему виду и свойствам аллотропических форм являются алмаз и графит, состоящие из углерода. Самые известные аллотропические формы фосфора — белая и красная, однако также существует фиолетовый фосфор и черный. Белый фосфор химически наиболее активен, его молекула состоит из четырех атомов фосфора (Р), расположенных в вершинах тетраэдра. При контакте с воздухом он самовоспламеняется и образует оксид Р 4О 10. Во время этого процесса выделяется большое количество энергии. Образовавшееся вещество гораздо более твердое, нежели изначальный белый фосфор. Во избежание возгорания белый фосфор хранится в воде. Мы сегодня понимаем этот и другие процессы, потому что Лавуазье придумал систематическую номенклатуру для химических соединений и открыл закон сохранения массы. Фосфор при контакте с кислородом производит оксид, как и в случае с алмазами, но, в отличие от диоксида углерода, оксид фосфора является твердым веществом, поэтому не улетучивается в атмосферу, и следовательно, его легко взвесить. На рисунке ниже изображен процесс реакции фосфора с кислородом. Изначальное распределение атомов фосфора примерно сохраняется, но в оксиде один атом кислорода (темно-серый) вклинивается между каждой парой атомов фосфора (светло-серые в Р 4и в Р 4O 10).

P4 (твердое вещество)+ 5O 2(газ)→ Р 4O 10(твердое вещество)

Однако его истинная цель была еще более честолюбивой. Результаты осуществленных опытов заставили его задуматься о необходимости пересмотреть химию какой ее знали в то время или, говоря его собственными словами, «вызвать революцию в физике и химии».

«Прежде чем приступить к серии опытов, которые я задумал осуществить с эластичными флюидами, выделяющимися из тел при брожении, перегонке и в итоге при любых видах соединения, а также поглощаемыми воздухом при горении различных веществ, я должен записать некоторые размышления, необходимые для разработки плана, которому я должен следовать. Господа Гейле, Блэк, Макбрайд, Кранц, Пристли и Смет осуществили в связи с этим многочисленные опыты, они должны были быть столь многочисленными, чтобы создать целую теорию. [...] Важность данной темы стала для меня причиной выполнения всей этой работы, которая призвана осуществить революцию в физике и химии. Думаю, все, что было осуществлено до нынешних пор, можно рассматривать лишь как указания. Я собираюсь начать все сначала с новыми мерами предосторожности, связать воедино все, что мы знаем о воздухе, который содержится в телах и выделяется из них согласно новым полученным знаниям, и выработать новую теорию. Работы многочисленных авторов, которых я упомянул, рассмотренные с этой точки зрения, кажутся мне звеньями одной большой цепи; они объединили некоторые идеи. Но надо еще осуществить большую серию опытов, чтобы сформировать последовательность».

Вот так Лавуазье определил цель своей работы, и ему оставалось только достичь ее.

С тех пор как Лавуазье представил в Академии свой первый доклад по поводу гипса в 1764 году, он не переставал посылать туда меморандумы и записки. Но в январе 1774 года ученый опубликовал свое первое важное произведение — «Небольшие физические и химические исследования», — в котором были собраны результаты большей части его опытов, даже если они были мало подтверждены теориями. В этой книге Лавуазье применил структуру, предвосхищающую ту, которая используется сегодня в научных статьях: в первой части он рассматривал результаты, полученные другими учеными, некогда работавшими в той же области, а во второй детально описывал собственные выводы. Излагая свои результаты, Антуан сначала воспроизводил предыдущие и проверял, совпадают ли они с теми, что получили другие ученые, а также удовлетворяют ли его выводы, к которым пришли его коллеги. По мнению Гейлса и Блэка, воздух в «извести» был «фиксируемым», Лавуазье же считал, что речь идет об «обычном воздухе» или же о веществе, которое присутствует в этом обычном воздухе.

После публикации своего произведения Лавуазье продолжил опыты с использованием мощной линзы Чирнгаузена, которая после того, как он ее улучшил, позволяла получать ранее недостижимые температуры. С ее помощью он нагревал все доступные вещества с воздухом и без. Лавуазье хотел получить информацию о процессе горения и распада. Он уже предугадывал идею о том, что все твердые тела могут распадаться, если их нагреть до достаточно высокой температуры. Поэтому ученый использовал «солнечную печь» с целью нагреть все доступные ему простые и сложные вещества. Он хотел убедиться в своей давно вынашиваемой идее: тела не всегда сохраняют свое твердое или жидкое состояние, они могут менять данные состояния и даже образовывать «воздухи» при определенных температуре и давлении. В последнюю четверть XVII века утверждение о том, что флогистон является всего лишь плодом фантазии, было революционным, хотя сегодня нам это кажется очевидным.