Масса атомов. Дальтон. Атомная теория

ГЛАВА 4

Рождение современной химии

Позабыть об алхимии было нелегко. Причиной тому были извечное стремление человека к богатству и соблазнительная возможность превращения материи. Даже великий Исаак Ньютон попал под чары алхимии. Однако постепенно, начиная с Роберта Бойля и заканчивая Антуаном Лавуазье, шел процесс упорядочивания элементов природы, одного за другим, опыт за опытом, и по мере того как секреты окружающего мира раскрывались, наука погружалась все глубже и глубже — до самого крошечного элемента, атома.

Бил Брайсон не без иронии написал, что если требуется определить момент, когда химия стала серьезной, уважаемой наукой, то нужно вернуться ко дню публикации в 1661 году книги Роберта Бойля "Химик-скептик*. До этого химия была лишь лихорадочной суетой в погоне за химерами. Некоторые даже в XVII веке утверждали, что смесь определенных элементов в определенных пропорциях может сделать человека невидимым. Знаменитый немецкий медик, алхимик, эрудит и искатель приключений Иоганн Бехер (1635-1682) был из числа таких фантазеров. Более того, он мог бы считаться одним из создателей теории флогистона, о которой мы уже упоминали. Бехер говорил, что когда потребляется одно вещество, высвобождается другое — terra pinguis. Эту теорию, согласно которой некая огненная субстанция наполняет все горючие вещества и высвобождается из них при горении, разделял другой немецкий физик, Георг Шталь (1659-1735).

Мы уже объясняли, что теория флогистона, как и другие необоснованные представления, была опровергнута Лавуазье и Ломоносовым. Но алхимия оставалась слишком соблазнительной, чтобы о ней быстро позабыли. В основе научных экспериментов все еще лежали вечные стихии Аристотеля. Прежде чем окончательно исчезнуть в самом необратимом смысле в 1682 году, Бехер вызвался объяснить классическую теорию. Для него земля и вода были основными элементами, в то время как железо и огонь появлялись при реакциях. Он предложил проанализировать основные элементы и классифицировать их согласно свойствам, что было неплохой идеей. Так Бехер выделил три типа земли, из которых главной была "горючая земля" — как он называл серу. В свою очередь, его соотечественник Шталь утверждал, что металлы состоят из извести и флогистона, последний выделяется при горении в виде огня, а в виде остатка мы получаем соль. Эта соль подтверждается ржавчиной, появляющейся на прокаленных металлах, и пеплом — в других случаях. И наоборот, если добавить ржавчину к углю, крайне богатому флогистоном, можно получить металл.

Нет ничего опаснее для человеческого разума, чем полагать, что наши научные идеи окончательны, что в природе нет загадок и новых миров для завоевания.

Сэр Гемфри Дэви

Мы уже упоминали о природе горения, когда говорили об английских предшественниках Дальтона, главным образом о Джозефе Блэке и Джозефе Пристли, которые открыли кислород (это имя дал веществу Лавуазье) и были приверженцами теории флогистона. Дальтон принялся за изучение их трудов.

Возвращаясь к истокам химии и атомизма, вспомним немецкого медика Даниеля Зеннерта (1572-1637), который был, возможно, первым атомистом эпохи Возрождения. Зеннерт вернул алхимии некоторые идеи Демокрита и Эпикура, не впадая в аристотелевскую ортодоксальность. Главная его идея была в том, что четыре изначальные стихии состоят из разных атомов, и таким образом существует четыре рода атомов. Соединяясь и меняя порядок, они образуют разные вещества, сохраняя при этом свою сущность. Идеи Зеннерта ценны тем, что знаменуют собой переход от идей Гебера — анонимного алхимика XIII века (возможно, им был Поль де Таранто), который предположил, что все металлы являются смесью серы и частиц ртути, — к идеям Роберта Бойля, который наряду с великими философами Рене Декартом и Джоном Локком является основателем корпускулярной теории. Эта теория похожа на атомизм — с той лишь разницей, что в ее рамках атомы, или частицы, считаются делимыми. Так, ртуть — главный элемент для алхимии — можно ввести в металл, тем самым изменить его внутреннюю структуру и в определенный момент превратить в золото. Надо только не сдаваться и не оставлять попыток.

Понятие атома Демокрита и Эпикура использовал в XVII веке в наиболее близком его понимании к сегодняшнему француз Пьер Гассенди (1592-1655), убежденный в существовании пустоты. Кстати, это существование было наглядно доказано его современником Торричелли, который заполнил трубку ртутью, перевернул ее и опустил в чашку с той же ртутью. Воздух не мог войти в трубку над ртутью — там образовалась пустота. Гассенди не считал теорию Аристотеля, согласно которой "природа боится пустоты*, безупречной. Более того, он возражал Аристотелю и в области схоластики, так как считал, что знаменитые силлогизмы ни к чему не пригодны. Главную проблему для Гассенди представляла Инквизиция, которая уже расправилась с великим Галилеем за то, что его идеи противоречили учению Аристотеля. Гассенди улучшил телескоп, поскольку также был прекрасным астрономом и математиком, а не только... католическим священником. Если, как предположил Эпикур, наряду с атомами существует пустота, значит открылся путь для учения об атомах. Желая избежать конфликтов с Церковью и собственной совестью, Гассенди допустил, что Бог создал Вселенную (Демокрит этого не признавал) и, соответственно, Он является перводвигателем (идея Аристотеля), приводящим атомы в движение. Тепло образуют круглые атомы, а холод — атомы неправильной формы, и это свойство подтверждается ощущениями. Чтобы образовать тела, атомы соединяются по типу крючка. Эти соединения впервые получили название молекулы и использовались для объяснения химических реакций.

При применении в области химии теория Аристотеля начала разваливаться — как это уже произошло в области астрономии. Способствовало такому эффекту появление соответствующих оптических инструментов и микроскопов. Изобретенные в 1590-1610 годах, они позволяли наблюдать дискретность материи. Но прежде чем вернуться к уже упоминавшемуся Бойлю, скажем несколько слов об англичанине Уолтере Чарльтоне (1619-1707), который познакомил соотечественников с атомистическим учением Демокрита и Эпикура в изложении Пьера Гассенди. Чарльтон был ни много ни мало врачом Карла I Английского. Но врачебная практика не помешала его исследовательской деятельности, и в 1659 году он опубликовал труд Physiologia Epicurogassendo-ChaHetoniana or a Fabrick of Science Natural upon the Hypothesis of Atoms ( "Эпи - куро-гассендиано-чарлътонская физиология, или Фабрика естественной науки, основанной на атомной гипотезе"). Работа описывала мир согласно атомистической теории, которая не соответствовала представлениям Рене Декарта, утверждавшего, что материя делится до бесконечности. Конечно, Декарт был гением, но понять абсолютно все не дано никому.

Начиная с Роберта Бойля химия стала независимой наукой, изучающей состав веществ, а не дополнительным инструментом физиков и алхимиков. Бойль в течение жизни проделал огромную работу. Особая его заслуга состоит в том, что он ввел строгие научные методы в экспериментальную деятельность. Ученый утверждал, что если можно извлекать пользу из опыта, то из него можно делать собственные выводы и заключения. Опыты не должны опираться на предрассудки или следовать одной из двух систем — атомной дискретности либо декартовой непрерывности, — поскольку материю следует изучать объективно.

Ирландец Роберт Бойль (1627-1691) был седьмым ребенком из 14 детей, которых его отец имел от двух жен.

В многодетных семьях было принято отдавать детей на воспитание, поэтому он рос в чужой семье и знал в равной степени английский и ирландский языки. Бойль много путешествовал по Европе со своими наставниками, особенно по Италии и Франции. Там он познакомился с учением Галилея.