Глава третья, в которой Блэк, погнавшись за флогистоном, ловит углекислый газ, Кавендиш, погнавшись за водородом, ловит флогистон, а Пристли, изгнав флогистон из воздуха, ловит кислород

ОШИБКА ДЖОЗЕФА БЛЭКА

В то же примерно время, когда адъюнкт Михайло Ломоносов в Петербурге делал в накрепко заплавленных сосудах свои опыты, доказавшие, что в природе не существует никакого флогистона, профессор Джозеф Блэк в шотландском городе Глазго делал другие опыты, которые должны были доказать существование флогистона, и не только доказать, а и поймать его в чистом виде.

Вообще говоря, можно было предпринять попытку выделить флогистон из угля, или из серы, или даже из железа. Но у Блэка были серьезные причины попытаться выделить его из магнезии — белого порошка, похожего на соду.

Дело в том, что как раз в это время некая миссис Стефенс согласилась за 5000 фунтов стерлингов раскрыть секрет найденного ею лекарства от камней в почках. В напечатанном в "Лондонской газете" описании этого лекарства было сказано, что оно состоит из порошка, отвара и пилюль. И что порошок, в свою очередь, состоит из яичной скорлупы и улиток, прокаленных в течение восьми часов; а чтобы получить отвар, нужно варить зеленую ромашку, укроп, петрушку и репейник с мылом и медом; а пилюли надлежит делать из прокаленных улиток, обугленных семян сурепки, репейника, шиповника, овса и также из мыла и меда…

Знакомые Блэку врачи не очень поверили в такую пропись. Но вместе с тем лекарство миссис Стефенс было гораздо менее едким, чем рекомендуемые тогдашними медиками, и этим привлекало больных. Применявшиеся тогда в медицине средства против камней в почках получали из мягких щелочей — соды и поташа, которые варили с гашеной известью. А известь получали из едкой извести, которую изготовляли обжигом известняка.

Согласно флогистонной теории, известняк, как и земля, был простым веществом. При обжиге известняка флогистон переходил в него из огня, поэтому жженая известь и становилась едкой. А во время варки едкой извести с содой или поташем флогистон из извести переходил в мягкие щелочи и делал их тоже едкими.

Во время одного из таких переходов Блэк и рассчитывал выделить флогистон. Но поскольку щелочи, изготовленные из поташа и соды, были слишком едкими, а врачи просили Блэка найти что-нибудь помягче, он решил заняться щелочью, изготовленной из магнезии.

Обыкновенные мягкие щелочи — сода и поташ — отличались тем, что при добавлении к ним купоросного масла пли соляного спирта (серной или соляной кислоты) начиналось бурное вскипание. Блэк бросил щепотку мягкой магнезии в стакан с кислотой и увидел, что порошок быстро растворяется с бурным выделением воздуха. Значит, в порошке флогистона не было — именно так, с бурным выделением воздуха, растворялись в кислотах все мягкие, дефлогистированные щелочи.

Теперь надо было ввести в мягкую магнезию флогистон. Блэк отвесил порцию порошка, ссыпал в тигель, поставил его на сильный огонь.

Когда обжиг закончился и жженая магнезия остыла, Блэк аккуратно, стараясь не потерять ни пылинки, взвесил ее. Порция уменьшилась на восемь гран. Куда они делись?

Он раздумывал несколько дней. А потом ссыпал жженую магнезию в кислоту (никакого вскипания при этом, естественно, не произошло) и принялся добавлять туда соды до тех пор, пока белые хлопья мягкой магнезии не перестали выпадать. Затем отфильтровал их и высушил. Теперь весы должны были показать — правильна ли догадка?

Пинцетом, одну за другой, положил он на чашечку маленькие разновески. Так он и думал: мягкой магнезии ровно на восемь гран больше. Вот она, пропажа!

Откуда пришли эти восемь гран? Ясно откуда — из соды. Восемь гран из соды — это воздух, который ушел из мягкой магнезии, когда она кипела в кислоте, воздух, о котором говорил еще знаменитый алхимик Ян Баптист ван Гельмонт. Он получал его при обжиге мела и при брожении вина. Он назвал его газом — то ли по названию прозрачной шелковой ткани из арабского города Газы, то ли от греческого слова "хаос". Второе вероятнее, так как ван Гельмонт писал, что газы — это вещества, "которые не могут быть ни сохранены в сосудах, ни превращены в видимое тело".

Блэк дал газу свое название — "фиксируемый воздух", то есть воздух, который могут удерживать щелочи.

После опытов Блэка с белой магнезией стало ясно: мягкие щелочи отнюдь не элементарны. Они сложнее, чем едкие щелочи, поскольку состоят из едких щелочей плюс фиксированный воздух. А флогистон тут ни при чем. При обжиге известняка или магнезии в них ничто не входит из огня, наоборот — огонь изгоняет фиксируемый воздух, смягчающий известь и магнезию.

Таким образом, в то же примерно время, когда Ломоносов доказал, что обжиг металлов есть соединение металлов с частицами воздуха, Блэк доказал, что обжиг мягких щелочей — ото их разложение на едкие щелочи и фиксированный воздух. И Ломоносов, и Блэк с помощью весов прекрасно объяснили эти реакции, не прибегая к тонким материям.

Из их опытов следовало: под маской флогистона скрывались газы.

Нет ничего неестественного в том, что из четырех первичных элементов Эмпедокла сперва более подробно были изучены земля и вода, или, иными словами, — твердые тела и жидкости. И еда, и одежда, и жилье, и орудия труда, и оружие — все это камень, дерево, металл, все это твердь, с этим сталкиваешься на каждом шагу. Достаточно знакомы человеку жидкости — он пьет, умывается, стирает, плавает, — и он стал пристально изучать свойства воды, кислот, щелочей, спиртов и других льющихся веществ.

Немудрено, что тела газообразные, которые в жизни человека были менее заметны, обратили на себя внимание гораздо позже, чем твердые и жидкие. Но теперь настало их время.

Вместо тонкой материи — флогистона в опытах Ломоносова и Блэка главными действующими лицами оказались атмосферный воздух и фиксируемый воздух, позже названный углекислым газом.

И вся вторая половина XVIII века прошла в химии под знаком воздуха, или, вернее, воздухов — этих вездесущих, невидимых, но зато весомых, а следовательно, вполне реальных веществ.

ОШИБКА ГЕНРИ КАВЕНДИША

Джозеф Блэк, погнавшись за флогистоном, поймал углекислый газ. Другой англичанин, Генри Кавендиш, погнавшись за водородом, поймал флогистон. Вот как это произошло.

Собственно, ни о каком водороде — газе, который, соединяясь с кислородом, образует воду, — никто еще не подозревал, как не подозревали и о кислороде. Вода считалась простым, неразложимым телом, пожалуй, единственным, насчет которого все соглашались, что это настоящий элемент.

Но давным-давно, с тех примерно времен, когда научились получать из железного колчедана и из селитры купоросное масло (оно же — селитряный спирт, оно же — серная кислота), обнаружилось следующее. Если бросить и сосуд с этой едкой жидкостью железный гвоздь, то гвоздь растворится, а жидкость начнет как бы кипеть — в ней появятся пузырьки воздуха. Так же давным-давно обнаружилось, что воздух из купоросного масла особенный: при соприкосновении о огнем он горит, а иногда даже взрывается.

Факт этот был известен еще алхимикам, но они не сочли его интересным. Вот и на болотах из торфяной жижи всплывают пузырьки, которые можно поджигать. А на Востоке, сообщают путешественники, в некоторых местах горючие испарения струятся прямо из-под земли. Алхимикам было не до них, алхимиков одолевали другие заботы.

Роберт Бойль первым придумал, как собрать этот странный воздух. Он взял бутыль с водой. И, говоря словами самого Бойля, "увидел поднимающиеся воздушные пузырьки, которые, соединяясь, понижали уровень воды, занимая ее место. Скоро вся вода была вытеснена из верхнего сосуда и заменена телом, которое имело вид воздуха".

В дальнейших занятиях с этим телом, "имевшим вид воздуха", Роберт Бойль, однако, большого смысла не увидел.

Его увидел через сто лет другой англичанин — Генри Кавендиш.

Генри Кавендиш был лордом, но государственные дела его не интересовали — он жил затворником. Не было у него ни жены, ни детей. Полностью отсутствовало и ученое тщеславие — о замечательных своих открытиях он иногда вообще никому не говорил, о них узнали только из записей в лабораторном дневнике уже после смерти Кавендиша.

Кавендиш занялся горючим воздухом, пузырьки которого выделяются, если соединить железо с купоросным маслом, вскоре после того, как Джозеф Блэк опубликовал статью "Эксперименты над белой магнезией, едкой известью и некоторыми другими щелочами". Из этой статьи ученому миру стало известно о том, что щелочи становятся едкими вовсе не от того, что в них проникают частицы флогистона, а от того, что их покидают частицы фиксируемого воздуха.

Кавендиш начал с того, что вместо железа брал другие металлы: цинк или олово. Газ исправно выделялся. Тогда он заменил селитряный спирт соляным — то есть, по-нашему, соляной кислотой. Газ и тут выделялся.

С равным основанием можно было предположить, что воздух выделяется из металлов и что воздух выделяется из кислот. Кавендиш остановился на первом предположении: ведь жидкость на вид оставалась неизменной, а кусочек металла исчезал. Очевидно, решил Кавендиш, кислота разлагает металл на растворимую часть — землю — и на этот воздух. Но ведь известно, что металл состоит из земли и флогистона! Так может, этот воздух и есть дотоле неуловимый флогистон?

Прежде всего Кавендиш решил убедиться в том, что горючий воздух не имеет ничего общего с обычным атмосферным воздухом. Мало ли, что он горит, а воздух не горит. Надо еще доказать, что он не имеет тех свойств, которые воздух имеет, то есть не может растворять в себе флогистон. Помните? Считалось, что воздух поддерживает горение потому, что он способен растворять вытекающий из горящего вещества флогистон.

Кавендиш ввел в бутыль с горючим воздухом зажженную свечу — свеча погасла.

Кавендиш посадил в банку с горючим воздухом мышь — мышь задохнулась.

Нет, горючий воздух и атмосферный воздух — разные вещи!

Теперь хорошо было бы найти удельный вес горючего воздуха. Это было очень непросто — проделать столь тонкое измерение столь тонкой материи. Но Кавендиш нашел решение.

Он бросил в кислоту унцию цинка и определил объем выделившегося горючего воздуха. Затем взвесил колбу с кислотой, бросил туда унцию цинка, подождал, пока цинк растворится, а газ улетучится, и снова взвесил колбу с растворившимся цинком.

Теперь она весила чуть-чуть меньше.

Кавендиш два, три, четыре раза повторял опыт. Убыль в весе оставалась прежней.

Тогда он разделил эту убыль на объем, который занимал горючий воздух при растворении унции цинка. Получалась ничтожно малая величина — в переводе на наши меры литр горючего воздуха весил примерно пять сотых грамма. И это в то время, когда литр обыкновенного атмосферного воздуха весит почти грамм! А фиксируемого воздуха Блэка — два грамма!

Такого легчайшего, почти невесомого вещества до той поры никто не знал. И Кавендиш окончательно уверился: это тончайшее вещество и есть флогистон!

Все же, будучи человеком исключительно точным, он дал горючему воздуху такое название: "воспламеняемый воздух из металлов".

ОШИБКА ДЖОЗЕФА ПРИСТЛИ

Знаете ли вы, кто первым сделал газированную воду?

Джозеф Пристли. Был он священником. А по совместительству — учителем. До тридцати четырех лет не занимался никакими опытами. И вообще о химии имел довольно смутное представление — будучи уже взрослым человеком, прослушал две-три популярные лекции.

Итак, он читал проповеди, учил детей английскому, французскому и итальянскому языкам и не подозревал о предстоящей ему мировой славе и бронзовом памятнике, который соорудят ему сограждане в его родном городе Лидсе.

Все изменила одна встреча. В 1767 году, приехав на несколько дней в Лондон, Джозеф Пристли случайно познакомился с одним из самых выдающихся ученых того времени — американцем Бенджаменом Франклином. Тем самым Франклином, который изобрел громоотвод.

С этого момента священник не мог думать ни о чем ином, кроме исследований. И так как в то время все английские естествоиспытатели изучали разные "воздухи", занялся тем же и Пристли.

Начал он с фиксируемого воздуха Блэка. И первым его успехом было получение газированной воды: во время одного из опытов он пропустил углекислый газ сквозь воду и решил попробовать, не изменился ли ее вкус. Газированная вода понравилась ему чрезвычайно, и Пристли стал угощать ею всех своих знакомых. Слух о новом напитке достиг Лондона. Королевское общество собрало самых известных врачей. Пристли на глазах у них приготовил газированную воду, врачи попробовали ее и пришли в такой восторг, что вскоре Пристли был награжден золотой медалью Королевского общества, а газированную воду рекомендовали Британскому адмиралтейству для употребления на кораблях в качестве лекарства от морской болезни.

Первая удача весьма воодушевила тридцатипятилетнего новобранца науки, и он занялся новыми опытами, причем во всех случаях старался получить какой-нибудь новый воздух.

Вскоре Пристли пришел к мысли, что способ, продуманный Бойлем для собирания газов, всем хорош, кроме одного: в воде, налитой в бутыль, воздух может раствориться. Надо было придумать что-нибудь получше. И Пристли придумал: он стал наполнять бутыль не водой, а ртутью, и над ртутью собирать газы.

Ему на редкость везло. Уже первый опыт с ртутью принес новый успех. Пристли стал нагревать поваренную соль с серной кислотой, и в бутыли над ртутью собрался воздух с острым едким запахом. Раньше никогда не могли его выделить, потому что он очень жадно соединялся с водой (мы называем этот газ хлористым водородом).

Затем Пристли решил собрать над ртутью воздух из нашатырного спирта. И собрал! (Мы называем этот газ аммиаком.)

После этого он попробовал впустить в один сосуд воздух из нашатырного спирта и воздух из поваренной соли. И вместо бесцветных воздухов получил белое облако, вскоре осевшее порошком (мы называем его хлористым аммонием).

Все это было так интересно, что ушедшего с головой в лабораторные опыты священника не смог соблазнить даже знаменитый капитан Джемс Кук, пригласивший Пристли принять участие в кругосветном плавании.

Вместо того чтобы плыть с Куком в южные моря, Пристли купил зажигательное стекло чуть ли не в полметра диаметром и стал накалять с его помощью самые разные твердые вещества. Он клал их под стеклянный колокол с отводной трубкой, которая шла в бутыль, где над ртутью могли собираться выходящие из накаляемых тел газы.

Кому до опытов Блэка с белой магнезией такое могло прийти в голову?

А теперь это проделал даже не слишком искушенный в химии любитель.

Удача не покидала Джозефа Пристли, Первого августа 1774 года он решил выделить воздух из красного порошка, описанного еще в трактатах Джабир ибн-Хайяна. Алхимики называли его "Меркуриум пер се" — жженой ртутью. Порошок этот получали, прокалив на воздухе ртуть, он был ртутной землей, ртутной известью.

Пристли насыпал щепоть ртутной извести в тигелек, накрыл колоколом и, подождав, когда солнце выглянет из-за тучи, навел на тигель свое зажигательное стекло. Внимательно, боясь упустить малейшую подробность, он наблюдал за тиглем. И вдруг там что-то заблестело.

Пристли немного отодвинул линзу, чтобы разглядеть получше, что это, и увидел посреди уменьшившейся кучки порошка большую светлую каплю ртути.

Он снова направил туда линзу и перевел взгляд на бутыль — ртуть заполняла ее ужо не целиком, как перед опытом, а немного отступив от торчащего вверх дна: в бутыли был воздух из ртутной извести)

Через полчаса в тигельке блестела ртутная лужица, а две бутыли были полны каким-то воздухом. Что это за воздух? Тот, что окружает нас всегда? Или горючий воздух Кавепдиша? Или воздух, который он сам получил из поваренной соли и серной кислоты? Или тот, другой, из нашатырного спирта? Как это узнать?

Ну, прежде всего, если это обыкновенный атмосферный воздух, то он должен растворять флогистон, то есть поддерживать горение…

Пристли зажег свечу и осторожно сунул ее в бутыль. Огонь не только не погас — напротив, пламя свечи стало намного ярче, чем обычно.

Пристли подбежал к камину, выхватил щипцами маленький, слабо тлеющий уголек и сунул его в другую бутыль — уголек запылал, разбрасывая огненные искры, — словно это был не уголь, а пропитанная селитрой бумага.

Что бы еще попробовать?

Взгляд Пристли упал на тонкую железную проволоку, из обрезков которой он собирался получить горючий воздух. Он схватил щипцами эту проволоку, накалил в камине докрасна и сунул ее раскаленный кончик в ту самую бутыль, где горел уголь.

И не поверил своим глазам — железо горело! Новый воздух растворял флогистон намного энергичнее, чем атмосферный!

Должно быть, потому, подумал Пристли, что сам он начисто лишен флогистона, как бы дефлогистирован. Это дефлогистированный воздух!

Название, данное Джозефом Пристли новому воздуху, не вызвало никаких возражении у его ученых друзей из Королевского общества. Они были вполне солидарны с ним — да, конечно, это именно дефлогистированный воздух. Тем более, если принять во внимание недавние опыты ученика Блэка — Даниэла Резерфорда, который открыл флогистированный воздух.

Резерфорд брал обычный атмосферный воздух, пропускал его через известковую воду, чтобы очистить от фиксируемого воздуха, а затем через раскаленные угли, чтобы насытить флогистоном. Такой флогистированный воздух не мог уже поддерживать горения и дыхания (за что впоследствии и получил название "азот" — по-гречески "безжизненный").

А воздух Пристли, который поддерживал горение в несколько раз лучше обычного воздуха, естественно, следовало обозначить как дефлогистированный. Ведь в нем и в самом деле вовсе не должно было содержаться флогистона или если он там и был, то в гораздо меньшем количестве, чем в атмосферном воздухе.

Нелепая, на наш взгляд, логика! Но что поделать — флогистонная гипотеза казалась исключительно логичной…

Пристли был уверен, что раз его дефлогистированный воздух очень хорош для горения, то он не может быть нехорош для дыхания. Опыты подтвердили это. Мышь, помещенная в закрытый сосуд с дефлогистированным воздухом, не теряла сознания вдвое дольше, чем мышь, сидевшая в таком же сосуде с обычным воздухом.

Пристли и сам пробовал вдыхать дефлогистированный воздух и нашел, что он вполне приятен.

Откуда в ртутной извести дефлогистированный воздух? На этот счет больших сомнений у Пристли не возникало: ведь жженую ртуть получали из обычной ртути, прокалив ее на воздухе, то есть изгнав флогистон. Очевидно, ртуть, кроме флогистона, содержала еще и этот воздух, который при прокаливании ртути тоже терял свой флогистон.

Оставалось посмотреть, как поведут себя земли других металлов. Пристли повторил знаменитым опыт Роберта Бойля, уже повторенный однажды Ломоносовым. Он взял свинец и сильно нагрел его. Свинец начал краснеть и постепенно превратился в красный порошок. Тогда Пристли сделал то, чего не сделал ни Бойль, ни Ломоносов: он положил красный порошок под колокол, нагрел своей линзой и снова превратил в свинец, изгнав из порошка находившийся в нем воздух.

Воздух из свинцовой земли оказался точно таким же, как воздух из жженой ртути.

Из любой металлической извести можно было получить дефлогистированный воздух — это было потрясающее открытие!

Пристли не знал, что еще за два года до него тот же самый дефлогистированный воздух в той же самой жженой ртути обнаружил шведский аптекарь Карл Вильгельм Шееле — вероятно, один из самых лучших экспериментаторов XVIII века. Это стало известно позже, когда оказалось, что дефлогистированный воздух — то самое вещество, без которого паука не могла двигаться дальше, и честь его открытия стали оспаривать разные исследователи. Впрочем, никто из них, открыв дефлогистированный воздух (Шееле называл его огненным воздухом), так и не понял, с чем они имеют дело.

В 1785 году Джозеф Пристли, будучи во Франции, познакомился с самыми выдающимися французскими химиками. В лаборатории одного из них в честь гостя был дан обед. У гостя не было никаких причин скрывать свои успехи, и он с гордостью рассказал о них.

Только один из присутствующих понял, что означает открытие Пристли. Это был хозяин лаборатории — Антуан Лоран Лавуазье.