М.В. Ломоносов - первый Российский академик-химик
По материалам книги Б.Н. Меншуткина "Жизнеописание Михаила Васильевича Ломоносова"

Закон сохранения веса вещества при химическом взаимодействии. Огонь, горение и обжигание металлов. Опыты Р. Бойля, М. В. Ломоносова и А. Лавуазье

В настоящее время в основание всех химических превращений мы кладем закон сохранения веса вещества, который заключается в том, что общий вес химических веществ, вступающих во взаимодействие, равен весу образующихся при этом новых веществ. Мысль о том, что вещество, вообще, не может исчезать или твориться, что количество его во вселенной остается постоянным, высказана давно и принималась философами XVII, XVIII вв. как самоочевидное положение, не требующее каких-либо доказательств. У химиков этого времени мы встречаем иногда это положение, напр. в одном из сочинений Роберта Бойля. Но никто до Ломоносова не считал его важнейшим законом, который лежит в основании всего здания химии, - очевидно, вследствие неприменения в химических исследованиях количественного метода, на которое мы уже указывали, за отсутствием данных химических опытов, аналогичных тем, которые делал известный Б. фан Гельмонт около 1640 г. Так, например, он брал отвешенное количество серебра, растворял его в азотной кислоте, переводя его в азотносеребряную соль; прокаливанием азотносеребряной соли добывал из нее обратно серебро и вес так полученного серебра в точности равнялся весу первоначально взятого серебра.

Мысли об этом положении находим еще в ранних заметках Ломоносова, вероятно заимствованные из какого-нибудь сочинения; с полной же ясностью он высказал их впервые в письме к известному математику Л. Эйлеру, 5 июля 1748 г., в тех же самых выражениях, в каких он потом (1758) сообщил их Конференции Академии в диссертации об отношении количества вещества и веса и в "Рассуждении о твердости и жидкости тел" (1760): "Все перемены в Натуре случающиеся такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте; сколько часов положит кто на бдение, столько же сну отнимет. Сей всеобщей естественной закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает".

Очевидно, Ломоносов не торопился с опубликованием этого закона, вероятно потому, что считал его, с одной стороны, общеизвестным в виду указанного выше давно высказанного философами положения; с другой, - потому, что в течение долгого времени не имел сам ясного представления о значении его при химических превращениях. В 1753-1756 гг. он произвел как раз ряд опытов, о которых я сейчас скажу и которые должны были убедить его в справедливости закона и в приложимости его к химическим процессам. Обыкновенно считается, что впервые этот закон высказал А. Лавуазье в 1789 г., в своем курсе химии; но последний нигде определенно не называет его законом. Любопытно, что в учебниках и руководствах химии закон сохранения веса вещества при химических реакциях стал помещаться лишь с 1860-х годов, после того, как он получил возможно тщательную проверку на опыте в работах Ж. Стаса. В нынешнем столетии в опытах Г. Ландольта такая проверка была снова сделана: закон сохранения веса оказывается вполне точным в пределах точности взвешиваний. Этот закон тесно связан с одним из вопросов, особенно привлекавших к себе внимание химиков XVII и XVIII столетий и составлявших предмет работ чуть ли не каждого из них. Это - вопрос о природе огня, о процессах горения и обжигания металлов. Эти процессы естественно являлись в то время основными в химии, так как почти единственным действующим агентом при химических операциях был огонь в том или ином виде. Огонь, как уже указано, считался в то время еще почти всеми за особый химический элемент, который, правда, не могли выделить, что не мешало, однако, признавать его элементом. В свою очередь, из тех химических превращений, которые происходят при помощи огня, очень большое внимание привлекали к себе явления обжигания неблагородных металлов, именно этим и отличавшихся от металлов благородных, не поддающихся действию огня. Такое действие огня просто показать, если взять кусок неблагородного металла, напр, свинца или олова, и нагревать его на воздухе. Металл сперва плавится, потом мало-помалу переходит в серое вещество, не имеющее по наружному виду ничего общего с металлом: получается по прежнему обозначению "окалина" металла, по теперешнему- "окисел". Если взвесить до обжигания кусок металла и затем образовавшуюся из него окалину, то оказывается, что последняя весит значительно больше, чем металл. Как объяснить этот факт, подмеченный еще в XII в.? Не упоминая о тех предположениях, которые строились для этого раньше, скажем, что к середине XVIII столетия явления обжигания металлов объясняли, главным образом, двумя гипотезами: по одной - огненная материя проходит через стенки сосуда, где находится обжигаемый металл, и соединяется с металлом; по другой - каждый металл состоит из окалины металла и флогистона, при обжигании флогистон улетает и остается окалина. Первая гипотеза считалась прочно установленной опытами известного английского химика Роберта Бойля; вторая защищалась Е. Шталем и его последователями, к числу которых в то время принадлежали почти все химики.

Ломоносов, как мы уже знаем, весьма скептически относился к невесомым веществам своего века и отрицал их существование. Точно также он не верил в огненную материю и подверг ее в своих размышлениях о причине теплоты и холода такой беспощадной критике, что члены Конференции, по прослушании диссертации, вернули ее Ломоносову для смягчения выражений, употребленных им по адресу Р. Бойля. В этой же диссертации Ломоносов говорит о возможности другого объяснения увеличения веса металла при обжигании - а именно, от соединения металла с воздухом, все время окружающим обжигаемый металл. Эта же мысль высказана им и в письме к Л. Эйлеру (5 июля 1748 г.).

Но против такого предположения говорило одно обстоятельство. Как упомянуто, Р. Бойль подтвердил свою гипотезу опытом, заключавшимся в следующем (1673). Р. Бойль взял кусок свинца, поместил его в стеклянную реторту (сосуд с длинной, направленной вниз, шейкою), герметически ее заплавил и взвесил. Затем он нагрел ее в таком виде на огне, и свинец перешел в окалину; после этого он вскрыл реторту (причем Р. Бойль отметил вхождение в нее воздуха со свистом, как признак герметического запаивания реторты) и снова взвесил: оказался привес, для объяснения которого он и предложил свою гипотезу о способности огненной материи проходить через стекло реторты и затем соединяться с металлом.

Ломоносов повторил этот опыт в 1756 г.; сам он пишет об этом следующее: "Делал опыты в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жару. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойла мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере". Ломоносов констатировал, так же как Р. Бойль, что при вскрытии такой реторты после опыта в нее входит воздух. Тем самым было доказано: а) что привес металла при обжигании обусловлен соединением его с воздухом; б) что объяснение процесса обжигания металла при помощи флогистона невозможно: если бы флогистон уходил из металла, то заплавленная реторта с металлом должна была бы иметь иной вес после нагревания. Все эти опыты были сообщены Ломоносовым Конференции Академии, но не опубликованы, а потому остались совершенно неизвестными.

17 лет спустя, в 1773 г., опыты Р. Бойля повторил А. Лавуазье с совершенно такими же результатами, как и Ломоносов. Но он сделал новое, очень важное, наблюдение, а именно, что только часть воздуха запаянной реторты соединилась с металлом и что увеличение веса металла, перешедшего в окалину, равно уменьшению веса воздуха в реторте. Вместе с тем часть металла осталась в свободном виде. Отсюда Лавуазье сделал вывод, что воздух состоит из двух газов, из которых один соединяется с металлом, другой - нет. Этот вывод был проверен на опыте обжиганием ртути в реторте, сообщавшейся с определенным объемом воздуха под стеклянным колоколом, погруженным в ртуть. Через 12 дней обжигание было прекращено, потому что объем воздуха под колоколом перестал уменьшаться; оставшийся в колоколе воздух не поддерживал горения, мышь в нем не могла жить, а потому Лавуазье назвал его азотом - что по-гречески значит негодный для жизни. Получившаяся красная окалина ртути при сильном прокаливании распалась на ртуть и тот газ, который был поглощен ртутью из воздуха: в этом газе свеча горела с ослепительным блеском, мышь чувствовала себя превосходно; это был кислород. Таким образом, были окончательно разъяснены процессы обжигания металлов и вместе с тем доказано, что воздух - не элемент, но содержит около 4/5 азота, 1/5 кислорода. А затем Лавуазье же доказал, что горение есть, вообще, соединение горящего или обжигаемого вещества с кислородом воздуха.

Из этого очевидно, как близко подошел Ломоносов к величайшим открытиям XVIII в., положившим начало новой химии, не признававшей вещества флогистона.