Глава вторая, в которой Ломоносов оспаривает Бойля и Шталя

ФЛОГИСТОН И ТЕПЛОРОД

Первым ученым, отказавшимся от флогистона, был Михаил Васильевич Ломоносов.

Впрочем, сначала Ломоносов занялся не флогистоном, а другой тонкой материей.

Дело в том, что если у химиков, занимающихся превращением веществ, остался в середине XVIII века только флогистон, то у физиков, изучающих свойства и различные формы движения тел, разных тонких материй было более чем достаточно. Самая живучая из них — эфир — дожила до XX века, ее проходил в школе еще автор этой книги. Эфир считался такой невесомой "жидкостью", с помощью которой очень удобно объяснялись удивительные свойства света, с одной стороны, распространяющегося по прямой, а с другой, способного огибать непрозрачные предметы, когда они очень малы.

Столь же удивительным, как свет, казалось в XVIII веке и тепло. Для того чтобы объяснить, например, каким образом оно передается от нагретого тела к более холодному, тот же Роберт Бойль прибегал к тонкой материи, именуемой теплородом, или теплотвором, Это ведь очень удобно: в нагретом теле больше теплорода в холодном меньше — вот он и переходит в холодное, как вода перетекает из более высокого сосуда в тот, что расположен пониже.

В сущности, теплород был чем-то вроде движущей силы флегистона. Однако если флогистон без теплорода существовать не мог, то теплород без флогистона обходился легко и просто: переходя из печки в горшок с супом, он только нагревал суп, но не превращал его ни во что иное…

ОПРОВЕРЖЕНИЕ РАССУЖДЕНИЕМ

Первая работа Ломоносова, посвященная этому предмету, датируется 1745 годом. Она так и называлась — "Размышления о причине теплоты и холода".

"В наше время, — указывал Ломоносов, — причина теплоты приписывается особой материи, называемой большинством теплотворной… Это мнение в умах многих пустило такие могучие побеги и настолько укоренилось, что можно прочитать в физических сочинениях о внедрении в поры тела названной выше теплотворной материи, как бы притягиваемой каким-то любовным напитком; и наоборот — о бурном выходе ее из пор, как бы объятой ужасом. Поэтому мы считаем нашей обязанностью подвергнуть эту гипотезу расследованию…"

Откуда берется тепло?

Опыт подсказывал:

"…Теплота возбуждается движением: от взаимного трения руки согреваются, дерево загорается пламенем: при ударе кремня об огниво появляются искры; железо накаляется докрасна от проковывания частыми и сильными ударами…"

Все это Ломоносов видел не раз собственными глазами. Но как было увидеть, что именно происходило при этом?

Увидеть было нельзя, но понять — можно. А первый намек на истину содержался в замечательных словах Демокрита: "Обыкновенно мы говорим о сладком и горьком, о теплом и холодном, о цвете и запахе, в действительности же существуют атомы и пустое пространство".

Нельзя сказать, что учение Демокрита об атомах было забыто. Нет, об атомах помнили. Только не знали, к какому делу их приставить. Потому что было совершенно непонятно, как совместить наличие атомов, которых, как учил Демокрит, неисчислимое множество сортов, с наличием четырех элементов Аристотеля. Если весь мир состоит из нескольких элементов, то как он может состоять из множества сортов атомов — тогда и сортов атомов должно быть всего несколько?

Так порознь и существовали в умах ученых людей атомы и элементы.

Роберт Бойль, например, весьма скептически относясь к элементам алхимиков, скептически относился и к идее о небольшом количестве изначальных элементов вообще.

А в атомы он верил. Атомы жидких тел представлялись ему находящимися в беспрестанном движении, атомы твердых тел — неподвижными. Промежутки же между атомами, по мнению Бойля, были заполнены тонкой материей.

Но что, если никакой тонкой материи нет? — размышлял Ломоносов. — А есть лишь атомы и пустота? И атомы эти — не только жидких, но и твердых тел — могут двигаться?

Тогда и трение, и частые, сильные удары молота — все это подстегивает атомы, они движутся внутри тел все быстрее и быстрее, а мы ощущаем это ускорение движения атомов как нагревание вещества, из них составленного, а замедление — как охлаждение.

А когда мы наблюдаем, как нагретое тело передает тепло холодному, то на самом деле в это время частицы одного вещества передают частицам другого вещества свое движение.

При чем же тут, теплород?

ОПРОВЕРЖЕНИЕ ОПЫТОМ

В XVI или даже в XVII веке, опровергая теплород, можно было ограничиться одними рассуждениями. Но в XVIII веке рассуждения полагалось подкреплять опытами. Тем более, что гипотеза о теплороде имела свои опытные подтверждения, в том числе широкоизвестным экспериментом знаменитого Роберта Бойля.

В 1673 году Бойль поставил такой опыт: в запаянной реторте стал нагревать кусок свинца. Через два часа часть свинца превратилась в красную землю. Бойль отломил запаянный кончик реторты и услышал, как в нее с шумом ворвался воздух. Взвесив вещество, находящееся в реторте, он обнаружил, что превратившийся в землю свинец потяжелел на 8 гранов. Эту прибыль в весе он приписал теплороду, мельчайшие частицы которого сумели проникнуть через стекло в запаянную реторту.

В отличие от Бойля, Ломоносов взвешивал реторты со свинцом до и после прокаливания заплавленными и никакого прибавления в весе ни на единый гран ни в одном случае не обнаружил, хотя часть свинца в реторте и превращалась в красный порошок.

Вес порошка вместе с оставшимся в прежнем виде свинцом действительно увеличивался по сравнению с первоначальным, до обжига. Но недаром ведь писал Бойль о шуме, с которым врывался в реторту воздух, как только обламывали ее запаянный конец. Это значило, что количество воздуха в реторте во время прокаливания уменьшилось. Куда же ушел воздух? Весы неумолимо и бесстрастно свидетельствовали — в красный порошок.

И в 1756 году в отчете адъюнкта Санкт-Петербургской императорской академии наук Михайлы Ломоносова появилась запись:

"Между разными химическими опытами, коих журнал на 13 листах, деланы опыты в заплавленных накрепко сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жару. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере".

Теплорода, а вместе с ним и флогистона — тонких материй огня — не стало. Остались только частицы свинца и частицы воздуха.

Но не следует думать, что сразу же после опытов Ломоносова от флогистона отказались все химики мира. Этого не случилось.

И не только потому, что отчеты Российской академии наук читали далеко не во всем мире.

Главное было в другом. Уже Шталь понимал, что опыт Бойля противоречит теории флогистона — ведь у Бойля вес земли был больше веса свинца, значит, что-то пришло, а не ушло! Но и Шталь, и другие ученые отмахивались от этого опыта, как и от некоторых других, противоречащих флогистонной теории. Отмахивались потому, что эта теория прекрасно объясняла сотни и тысячи прочих опытов и процессов.

А один из ярых сторонников теории Шталя сумел объяснить даже прибавку в весе, полученную Бойлем. Он объявил, что флогистон имеет… отрицательный вес! Таким образом, замечательный опыт Бойля, который мог бы послужить доказательством наших сегодняшних представлений о химических взаимодействиях веществ, дважды послужил доказательством существования несуществующего: первый раз — теплорода, второй раз — флогистона…

Так или иначе, но еще по крайней мере пол века флогистон безраздельно царил в химии.