Глазами Монжа-Бертолле

Трудно сказать, чего больше в этом эпизоде: курьезной занимательности или глубокого символического смысла. Тесная дружба химика-блондина и математика-брюнета была отнюдь не только проявлением пылкого французского темперамента. Она стала знамением целой эпохи, когда началось первое робкое сближение и плодотворное взаимообогащение наук, являющих на первый взгляд не меньший контраст, чем брюнет и блондин, черное и белое.

Принято считать, что чернота и белизна вкупе всегда дают серость. Далеко не всегда! Надо только уметь присмотреться. Перелистайте еще раз доброго старого Перельмана, этого волшебника, заронившего не в одну ребячью душу искру интереса к сухой и чопорной с виду, но удивительно щедрой к своим избранникам старушке математике. Там черным по белому значится (и в этом убедит вас незатейливый оптический эксперимент), что именно наложение черного цвета на белый создает иллюзию блеска!.

Иллюзию? Так, может статься, дружба химии и математики тоже построена на иллюзиях и столь же бесплодна, как и военная авантюра генерала Бонапарта в стране фараонов? Давайте присмотримся повнимательней.

Хорошо известно, что Гаспар Монж был не только создателем начертательной геометрии — той самой «начерталки», которую, ой, как не любят студенты химических вузов. Ему принадлежат блестящие экспериментальные работы по химии. Он успешно занимался опытами по разложению воды, разрабатывал способы извлечения из африканских песков селитры для выделки пороха. Совместно с Бертолле он открыл «гремучее серебро» и опубликовал наставление рабочим-металлургам, как выплавлять сталь.

А Бертолле? Он тоже увековечил свое имя отнюдь не одной бертолетовой солью, к которой, кстати, не питают особых симпатий студенты-математики. Аптекарь, увлекшийся химией и посвятивший ей всю жизнь без остатка, он не получил специального математического образования. Но тем большего изумления достойна недюжинная математическая интуиция ученого-химика, глубоко постигшего сущность динамических равновесий механики, чтобы перенести эти физико-математические представления на химические системы.

«То было время, — писал Дюгем в своей биографии Монжа, — когда новая химия, выросшая из опытов Лавуазье, распространяла повсюду свои идеи и терминологию, а система молекулярных сил — притягательной и отталкивательной — имела своим законодателем Лапласа, применявшего в этой области точные математические приемы».

Энциклопедически образованный ученый, Бертолле был в курсе всего комплекса теоретических воззрений, господствовавших в науке того времени. И ум его захватила мысль, почерпнутая из геометрии и анализа бесконечно малых величин. Бертолле давно уже обсуждал ее со своими неразлучными друзьями — Монжем и Лапласом. Непрерывность преобразований! Но только ли в математике? Быть может…

Да, и в химии тоже!

Эта идея внезапно осенила ученого, когда он наблюдал кристаллизацию солей в натронных озерах Египта. Он видел, что состав содовых осадков непрерывно изменяется в зависимости от внешних условий. Чем выше поднималось к зениту немилосердно палящее африканское солнце, тем более жадно слизывал прибой соленую белесую кайму вдоль побережья. Когда над темными силуэтами древних пирамид недвижно нависали хрустальные блестки далеких созвездий, соли снова выбрасывались на берег. И химический состав их как в прибрежных водах, так и в донных отложениях становился уже иным! Еще заметнее был контраст между составом в летние и зимние месяцы.

Не без тайных сомнений внимала аудитория уже немолодому, имевшему заслуженный авторитет, но очень экспансивному и порывистому пришельцу из далекой Франции, когда тот на заседании Египетского института в Каире излагал свои соображения.

Шутка сказать: общепринятый взгляд на химическое взаимодействие неверен!

Еще во времена мрачного средневековья в лексиконе алхимии появился термин «химическое сродство». Под ним адепты полуколдовского искусства подразумевали причины, побуждающие вещества к химическому взаимодействию и прочно удерживающие разнородные элементы в соединении. В основе самого понятия «сродство» лежало предположение, что химический союз возможен лишь между родственными частицами, которые взаимно тяготеют друг к другу, подходя одна к другой, как ключ к замочной скважине. Лишь в конце XVIII века наивные представления алхимиков сменила стройная теория химического сродства. Ее создал шведский ученый Бергман. Преподаватель математики, ставший профессором химии и минералогии, он перенес в химию механистические идеи физики. Мельчайшие частицы вещества притягиваются неодинаково потому, считал Бергман, что их форма и расположение различны. И частица подбирает себе такого партнера, с которым она соединяется легче, прочнее, лучше. Бергман полагал, будто сродство между двумя реагирующими веществами всегда остается постоянным и не зависит от их количеств. А раз так, то реакция должна протекать только в одном определенном направлении. Вспять она не может пойти независимо от того, каковы внешние условия.

— Нет! — сказал Бертолле. — Это вовсе не процесс, неотвратимо направленный всегда в одну сторону, от начала к концу, от взаимодействия исходных веществ к выделению конечных продуктов. Это подвижное равновесие, которое устанавливается в результате двух параллельных реакции, идущих одновременно в противоположных направлениях! Но самым парадоксальным казалось другое заключение Бертолле. Исходя из непрерывности и обратимости химического процесса, ученый пришел к убеждению: состав образующихся соединений должен изменяться тоже непрерывно, а значит… быть переменным!

Шел 1799 год. В это самое время в далекой Испании, отрезанной от Африки враждебной английской эскадрой, заканчивал свое исследование другой замечательный химик — Жозеф-Луи Пруст. У него была великолепно оборудованная лаборатория в Мадриде. По распоряжению министра Прусту для изготовления посуды предоставили почти 65 килограммов платины. Такого количества благородного металла не видывали все испанские лаборатории, вместе взятые, даже столетие спустя. И не только испанские. Известный шведский химик Берцелиус имел один-единственный платиновый тигель. Да и то позаимствованный у коллеги — Гисингера. Сложнейшие аналитические процедуры с двумя тысячами веществ в этом драгоценном тигле принесли славу Берцелиусу. Легко себе представить, насколько богаче были возможности у Пруста. А его скрупулезности и тщательности мог позавидовать сам Берцелиус.

Здесь, в спокойной обстановке королевской лаборатории, испанский профессор провел тысячи экспериментов, прежде чем отважился на публичное выступление. В нем он со всей убежденностью формулировал закон постоянства состава.

Да, идеи путешествуют без виз.

Так на рубеже двух столетий появились два разных ответа на один и тот же вопрос. Вопрос огромного теоретического значения. Вначале авторы даже не подозревали о работах друг друга. Но столкновение двух диаметрально противоположных взглядов на природу химизма было неминуемо. Мало-помалу разгорается знаменитая полемика, «столь же замечательная как талантом, так учтивостью и хорошим вкусом. Как по форме, так и по содержанию это один из прекраснейших образцов научной дискуссии», — писал французский химик Дюма.

Восемь долгих лет длится публичный диспут, за которым напряженно следит весь ученый мир. Словом и делом отстаивает Бертолле свою правоту. Он проводит серию экспериментов, чтобы подтвердить результаты, полученные в беспокойной походной обстановке. Смотрите, говорит он, одни и те же металлы соединяются с разными количествами кислорода. К примеру, свинец. У его окисей пропорции между Pb и O образуют непрерывную последовательность.

Но Пруст бесстрастно и методично опровергает доводы своего оппонента. Он доказывает, что Бертолле оперирует плохо очищенными веществами. Что он упускает из виду проверить, не с грубой ли смесью имеет дело. Что его анализы не отличаются необходимой точностью.