2. Закон Ломоносова
Лабораторія Ломоносова була не тільки місцем, де можна було отримати консультацію майже з усіх практичних питань тодішньої хімії. У ній велася величезна і напружена теоретична работа1.
1 ()
Ломоносов був одним з чудових новаторів в історії хімії. Ломоносов по-новому усвідомив роль і значення хімії, її місце серед наук, що вивчають природу. Він називав хімію наукою, в той час як багато хіміки ще визначали її, як "мистецтво розкладання тіл змішаних на їх складові частини, або мистецтво з'єднання складових частин в тіла", як писав у своїх "Підставах хімії" Георг Шталь (тисячі сімсот двадцять три) і інші до самого кінця XVIII століття. А для Ломоносова хімія - "наука змін" - вчення про процеси, що відбуваються в тілах.
Ломоносов не тільки запропонував нове розуміння хімії, він сміливо виводив її на нову дорогу. У 1840 році знаменитий хімік Юстус Лібіх говорив, що він чітко пам'ятає, як за часів його молодості хімія була тільки "служницею лікарів, для яких вона готувала блювотні і проносна зілля; затіскнутая в стінах медичних факультетів, вона ніяк не могла досягти самостійності." Тільки по нужді займалися нею медики; крім як для них та ще й фармацевтів, вона і не існувала. "
В "Слові про користь хімії" (тисячу сімсот п'ятьдесят один) Ломоносов з надзвичайною проникливістю говорив про причини безпорадного стану сучасної йому хімії.
"Хімік, - вказував Ломоносов, - бачачи при всякому досвіді різні і часто несподівані явища і твори, і принаджуючи тим до снисканию швидкої користі, Математику як би тільки в деяких марних роздумах про точках і лініях вправлятися сміється. Математик навпаки того впевнений в своїх положеннях ясними доказами, і через незаперечні і безперервні слідства виводячи невідомі кількості властивостей, Хіміка як би одною тільки практикою обтяженого і між багатьма безладними дослідами заблуждающаго зневажає, і пріобикнув до чистої папері і до світлих Геометричним інструментам, Хімічним димом і пепелом гребує ".
"Даремні тому очі, - вигукував Ломоносов, - хто бажає бачити внутрішність речі, втрачаючи рук до отвору оной. Даремні тому руки, хто до розгляду відкритих речей очей не має. Хімія руками, Математика очима Фізичними по справедливості назватися може". Роз'єднання наук, які вивчають природу, призводило до того, що ці, за словами Ломоносова, нерозривно пов'язані між собою "сестри" до сих пір "толь разномисленних синів здебільшого народжували", тобто приходили до суперечливих і недостовірних висновків.
Хімія, щоб стати справжньою наукою, повинна, за образним висловом Ломоносова, "випитувати у обережною і догадливої Геометрії", коли вона "розділені і розсіяні частинки з розчинів в тверді частини з'єднує і показує різні в них фігури". Вона повинна "радити з точною і хитромудрих механіка", коли "тверді тіла на рідкі, рідкі на тверді переменяет, і різних родів матерії розділяє і з'єднує". Вона повинна "вивідувати через проникливу Оптику", коли "через злиття рідких матерії різні квіти виробляє". Тільки тоді, коли "невсипущий Натури дбайливець" - тобто дослідник природи - навчиться в хімії "через Геометрія вимерівать, через Механіку розвішувати, і через Оптику виглядати", тоді він і "бажаних таємності досягне".
Хімікам, які працювали навмання, ремісникам, пробірер і аптекарським подмастерьям він протиставляє науково підготовленого хіміка, який спирався б на всю сукупність фізико-математичних наук. Ломоносов оголошує прихід нового хіміка. Це "хімік і глибокий математик в одній людині". Однак від хіміка і математика, які повинні злитися в одній людині, Ломоносов вимагає нових якостей. "Хімік потрібно не такий, який тільки з одного читання книг зрозумів цю науку, але який власним мистецтвом в ній старанно вправлявся". Хімік, який нічого не бачить за своїми ретортами, який нагромаджує безладні досліди, слідуючи тільки своєю вузькою мети і не помічаючи "сталася в працях своїх явища і зміни, службовці до тлумачення природних таємниць", не здатний вивести свою науку на справжню дорогу. Але і математик потрібно не такий, "який тільки в важких викладках вправний, але який в винаходи і доказах, звикнувши до математичної строгості, в Натурі таємну правду точним і непоползновенним порядком вивести вміє".
Лише поодинокі вчені в першій половині XVIII століття усвідомлювали принципову важливість неухильної перевірки своїх дослідів мірою і вагою. Учень Ломоносова, талановитий російський хімік Василь Клементьев (1731 -1759), прямо вказував на недосконалість тодішньої хімічної науки: "Я думаю, немає такого вченого, який би не знав, яке майже нескінченна безліч є хімічних дослідів, але при всьому тому він не зможе заперечувати, що автори багатьох їх пройшли мовчанням такі вельми важливі і вкрай потрібні вказівки, як міра і вага ". Клементе абсолютно справедливо вказував, що "у відсутності міри та ваги ми не можемо напевно, не побоюючись невдачі, обіцяти бажане нам явище, хоча воно і було вже раніше досягнуто іншими. Ця обставина цілком пояснює, чому з хімічних дослідів, вже опублікованих, багато рідко або навіть ніколи не вдаються іншим виробляють їх згодом ". При такому воістину жалюгідному стані хімії в середині XVIII століття Ломоносов постійно наголошував на необхідності вимірювати, зважувати, стежити за пропорцією, перевіряти обчисленням вироблені хімічні аналізи.
Ломоносов мав чітке уявлення про хімічно чистому речовині і реактиве, про що майже не думали хіміки і чому відбувалася постійна плутанина в дослідах. А Ломоносов ще в 1745 році, складаючи план хімічної лабораторії, висував неодмінною умовою для успішного дослідження наявність хімічно чистих речовин і реактивів. "Потрібні і в хімічних працях вживані матерії спершу зі всяким старанням вичистити, щоб в них ніякого сторонніх домішок не було, від якого в інших діях обман можливо".
Лабораторія Ломоносова мала цілим набором різних ваг. Тут були великі "пробні ваги в скляному футлярі", пробірні ваги срібні, кілька ручних аптекарських ваг з мідними чашками, звичайні торгові ваги для великих вантажів, однак відрізнялися великою точністю.
Виконана в 1754 році під керівництвом Ломоносова дисертація Василя Клементьєва носила характерну назву: "Про збільшення ваги, яке деякі метали набувають при осадженні" і була цілком побудована на точних вимірах.
Новий підхід до завдань хімії, пильну увагу до вагових відносин привели Ломоносова до чудових дослідів над окисленням металів.
Довгий час люди не розуміли природи вогню і процесів горіння, і подання їх на цей рахунок носили самий фантастичний характер. Вогонь вважали особливим первинним елементом природи. Чи не только'ізобретатель камери-обскури і автор "Натуральной магії" знаменитий свого часу фізик любитель неаполітанець Джамбатіста Порта (1538- 1615) стверджував, що лампа може протягом століть горіти в герметично закритому приміщенні (печерах і гробницях), але цього ж думки дотримувався і Декарт, який вважав, що "тіло полум'я" складається з "дрібних частинок, дуже швидко і стрімко рухаються одна від одної". Декарт не бачив в явищах горіння процесу з'єднання речовин і тому не вважав за необхідне їх приплив. Навіть після того, як Отто Геріке (1602-1686) при дослідах з повітряним насосом встановив, що свічка гасне в порожнечі і для горіння потрібне повітря, справа не рушила вперед.
З початку XVIII століття в науці майже безроздільно панувала теорія флогістону, таємничої невагомою матерії, що викликає своєю появою все процеси горіння, то раптово охоплює речовина і бурхливо соединяющейся з ним, то леткої в простір.
Прихильники цієї теорії вважали, що флогістон може приймати форму вогню лише певною матеріальною середовищі, а тому оголосили повітря універсальним розчинником невагомого флогистона, постійно в ньому присутнього. Тому горіння без повітря і важко. По поглядам прихильників флогистона, метали представляли собою складне тіло, що складається з "окалини" і приєдналася до них флогістону, а "окалина" (з'єднання металу з киснем) виявлялася простим тілом.
Ломоносов, негативно ставився до невагомим матерій, давно розмірковував про фізичні причини теплоти, не випускаючи з уваги і хімічної боку цього явища - процесів горіння і обпалення металів. У своєму дослідженні "Фізичні роздуми про причини теплоти та холоду", надрукованому в першому томі "Нових коментарів" Петербурзької Академії наук в 1750 році, але складеному Ломоносовим значно раніше, він розглядає питання і про те, що відбувається при обпечені металів.
"Якщо не помиляюся, - писав Ломоносов, - вельми відомий Роберт Бойль перший довів на досвіді, що тіла збільшуються у вазі при обпалення ... Якщо це дійсно може бути доведено для елементарного вогню, то думка про теплотворної матерії знайшло б собі в підтвердження твердий оплот ".
Роберт Бойль під час своїх дослідів (в 1673 році) брав шматок свинцю, поміщав його в запаяну скляну реторту, зважував і піддавав дії вогню. Свинець перетворювався в порошок - "окалину". Бойль зламував реторту, причому не забув відзначити, що повітря зі свистом вривається в неї. Після того Бойль зважував посудину і встановлював збільшення ваги! Звідси він робив висновок, що при прожаренні металу особливо тонка, але все ж володіє вагою вогненна матерія проникла через стінки судини і, приєднавшись до металу, утяжелила його. Застосувавши до хімічного дослідження ваги, Бойль зустрівся з новим явищем, але дав йому невірне тлумачення, вдовольнившись поданням про "вогненної матерії".
Розмірковуючи над описаними Бойл фактами, Ломоносов приходить до висновку, що ці досліди "показують лише, що або частини полум'я, що спалює тіла, або частини повітря, під час випалювання, що проходить над прожарюємо тілом, володіють вагою". У листі до Л. Ейлера, написаному в 1748 році, Ломоносов стверджував: "Немає ніякого сумніву, що частинки повітря, безперервно поточного над обпікає тілом, з'єднуються з ним і збільшують вагу його" 1. Ломоносов, безсумнівно, вважав питання вирішеним, але він не забував про нього і в 1756 році повторив досліди Роберта Бойля з дотриманням тих же самих умов. Але Ломоносов зважив запаяний посудину з утворилася окалиною до того, як він був розкритий і в нього впущен повітря. Збільшення ваги не було!
1 ()
У своєму звіті Ломоносов писав:
"Робив досвід в заплавленимміцно скляних судинах, щоб дослідити, прибуває чи вага металів від чистого спеку. Ними ж дослідами знайшлося, що славного Роберта Бойля думку помилково, бо без пропущених зовнішнього повітря вага спаленого металу залишається в одній мірою".
Цей досвід був підтвердженням і одночасно наслідком того закону збереження речовини при хімічних перетвореннях, яким Ломоносов незмінно керувався в своїй експериментальній роботі. Ще в листі до Леонарда Ейлера від 5 липня 1748 Ломоносов чітко у всеосяжній формі висловив великий і основний закон природи:
"Усі зміни в натурі трапляються такого суть стану, що скільки чого від одного тіла віднімається, стільки додати до іншого. Так, коли де убуде трохи матерії, то збільшиться в іншому місці ... Цей загальний природною закон простирається й у самі правила руху: бо тіло, рушійне своєю силою інше, стільки ж отої у себе втрачає, скільки повідомляє іншому, яке від нього рух отримує ".
У цих словах Ломоносова укладено геніальне узагальнення великих філософських принципів матеріалізму-незнищенності матерії і незнищенності руху, застосованих їм у всій своїй широті до нового природознавства. Про те, що матерія і пов'язане з нею рух не зникають і не народжуються з нічого, говорили ще великі матеріалісти давнини - Демокріт і Епікур. Викладаючи їх вчення, давньоримський поет Лукрецій Кар (I століття до нашої ери) у своїй поемі "Про природу речей" писав, що "з нічого зі мною не сталося ніщо", а значить: "загибелі повної речей ніколи не допустить природа".
Тіло речей до тих пір непорушно, поки не зіткнеться З силою, яка їх сочетанье здатна зруйнувати. Так що, ми бачимо, аж ніяк не в ніщо перетворюються речі, Але розкладаються все на тіла основні назад ... ... Словом, чи не гине ніщо, наче зовсім гинучи. Так як природа завжди відроджує одне з іншого І нічому не дає без смерті іншого родіться1.1 ()
Матеріалістична філософія ніколи не забувала про ці великі принципах, які чинили свою дію на розвиток науки. Про незнищенності руху писав Декарт. Наука XVII століття, як вказує С. І. Вавилов, аналізувала закони збереження в "вузької, математичній формі, що відповідає механічним рухам". Але ніхто до Ломоносова не оголошував цих принципів загальним законом природознавства, яким треба незмінно керуватися у всіх конкретних дослідженнях і який "залишався непорушним для Ломоносова у всій його роботі з природознавства, техніки і філософії до кінця днів" 1.
1 ()
Великий закон природи, встановлений Ломоносовим, знаходиться в нерозривному зв'язку з усім його філософським світоглядом і визначає характер зроблених ним численних приватних відкриттів і самого методу експериментальної роботи.
Одним з конкретних проявів загального закону Ломоносова був і експериментально підтверджений їм закон збереження речовини при хімічних перетвореннях, встановлення якого довгий час приписувалося французькому хіміку Антуану Лорану Лавуазье1 (1743-1794).
1 ()
За останній час отримано багато даних свідчать, що Ломоносовський "Міркування про твердість і рідини тел", де вперше друковано був приведений цей закон, було добре відомо за кордоном і навряд чи могло залишитися невідомим Лавуазьє, який, як доведено, користувався виданнями Петербурзької Академії наук і посилався на них.
"Міркування про твердість і рідини тел" було надруковано в жовтні 1760 року російською і латинською мовами і розсилалися за кордон у великій кількості примірників. Нещодавно також стало відомо, що в авторитетному французькому крітікобібліографіческом журналі "Друкарські аннали", редактором якого був професор Паризького університету хімік Огюстен Ру, в листопадовому номері за 1761 рік було не тільки відмічено латинське видання "Міркування про твердість і рідини тел" Ломоносова, а й рекомендовано увазі вчених в наступній анотації: "ваговитість своїх доказів автор показує, яких успіхів досягла Росії в галузі фізики з часів славного правління Петра Великого" 1.
1 ()
Незаперечні заслуги Лавуазьє у встановленні наукових основ сучасної хімії, зокрема в справі впровадження принципу збереження речовини в практику роботи хіміків. Але слід зазначити, що через сорок один рік після Ломоносова, в 1789 році, в курсі "Початковий підручник хімії" Лавуазьє ті ж питання ставив значно вужче.
При описі процесу бродіння виноградного цукру Лавуазьє, зазначивши, що вага взятого цукру дорівнює вазі утворився спирту і вуглекислоти, писав, що це відбувається "тому, що ніщо не твориться ні в штучних процесах, ні в природних., І можна виставити положення, що у всякої операції є однакова кількість матерії до і після операції, що якість і кількість почав залишилося тими ж самими, відбулися лише переміщення, перегрупування. На цьому положенні грунтується все мистецтво робити досліди в хімії: необхідно предполагат у всіх справжню рівність між початком досліджуваного тіла і одержуваного з нього аналізом "1.
1 ()
Встановлюючи, що закон збереження речовини простирається на правила руху, Ломоносов, безсумнівно, прагнув усвідомити ставлення речовини і руху.
Принцип вічності матерії був, як ми вже бачили, сформульований ще в давнину, причому античні філософи-матеріалісти розуміли матерію як масу або речовина. Принцип збереження руху було висловлено Декартом. Заслуга Ломоносова полягала в тому, що він пов'язав воєдино принцип збереження речовини і принцип збереження руху і систематично застосовував його при вивченні природи.
"Глибоке утримання великого початку природи, розсуд Ломоносовим, - писав академік С. І. Вавилов, - розкривалося поступово і продовжує розкриватися в прогресивному історичному процесі розвитку науки про природу" 1.
1 ()
