От Архимеда до Хокинга: Антуан Лоран Лавуазье

Источник: Энгельгардт, М. А. Антуан Лоран Лавуазье. Его жизнь и научная деятельность: биографический очерк. Москва: Директ-Медиа, 2016. [обложка].

Антуан Лоран Лавуазье (1743-1794) — французский естествоиспытатель, основатель современной химии. Член Парижской академии наук (1768), Лондонского королевского общества (1788). Родился в состоятельной буржуазной семье прокурора Парижского парламента. Его отец был одним из 400 адвокатов, находившихся в ведении Парижского парламента, и хотел, чтобы сын тоже стал адвокатом. Однако Лавуазье больше привлекали естественные науки. Он учился в колледже Мазарини, а затем в Сорбонне, где одновременно с юриспруденцией изучал математику, астрономию, ботанику, минералогию, геологию и химию. Его обучение проходило под руководством лучших парижских профессоров.

Три года Лавуазье участвовал в работах по составлению геологической карты Франции. За изыскание наилучшего способа освещения улиц Парижа Лавуазье получил золотую медаль Академии и в двадцать пять лет был избран адъюнктом, затем полным её членом, а с 1785 года стал секретарём Академии. В 1775 году Лавуазье был назначен директором Управления порохов и селитр; под его началом производство боеприпасов было увеличено во много раз, стандартизовано и улучшено качество пороха.

Антуан Лоран Лавуазье (1743-1794) с женой. Художник Ж.-Л. Давид. 1788 г.Источник: Кубеев, М. Н. 100 великих людей, изменивших мир. Москва: Вече, 2010. С. 126.

Лавуазье был женат на Марии Анне Пьеретт Польз — женщине большого ума и обаяния, помогавшей ему в научной работе, которая была также радушной хозяйкой известного дома Лавуазье в Арсенале, где собирались друзья учёного. Вместе со своим тестем Лавуазье стал генеральным откупщиком — членом компании финансистов, которые брали на откуп государственные налоги. Он приобрёл громадное состояние, значительная часть которого и была потрачена на создание великолепной лаборатории.

Помимо химии, Лавуазье интересовался вопросами рационального ведения сельского хозяйства, образования, тюремной реформой.

В период якобинской диктатуры Лавуазье вместе с 27 другими откупщиками был арестован, приговорён трибуналом к смертной казни и через три дня, 8 мая 1794 года, гильотинирован, несмотря на все попытки жены и влиятельных друзей спасти учёного. Жозеф Луи Лагранж, французский математик, астроном и механик, присутствовавший на казни своего друга, заметил: «В один момент мы лишились головы, но пройдёт быть может ещё сто лет, пока появится ещё такая…». При вынесении приговора судья, движимый, по-видимому, также и чувством личной мести, заявил, что «Республика не нуждается в учёных, а правосудие должно идти своим чередом». Однако история показывает, какое видное место заняла наука в революционную эпоху, когда крупнейшие учёные того времени были привлечены к государственным делам Франции.

Работам Лавуазье непосредственно предшествовало открытие кислорода шведским химиком Шееле и исследование процессов окисления английским химиком и философом Пристли. Однако именно Лавуазье обобщил все имевшиеся тогда опытные данные, впервые поставил химию на научную основу количественных весовых измерений, уточнил её понятия, в первую очередь, понятие элемента».

Экзекуция Лавуазье перед казнью. 8 мая 1794 годаИсточник: Волков, А. Гений и чернь. // Знание-сила: ежемесячный научно-популярный и научно-художественный журнал, 2021, № 4. С. 94.

Научная деятельность

«Лавуазье, как гениальный теоретик, нашёл основной закон химии, руководящее правило химических исследований; создал метод исследования, вытекавший из этого основного закона; объяснил главные разряды химических явлений и, наконец, избавил химию как науку от фантастических теорий, мешавших правильному взгляду на природу».

«В научной деятельности Лавуазье поражает её строго логический ход. Сначала он вырабатывает метод исследований. Этот подготовительный период завершается в 1770 году работой «О природе воды».

Так как при выпаривании воды в стеклянном сосуде получается землистый осадок, некоторые учёные сделали заключение о способности воды превращаться в землю; другие же думали, что земля уже существует в воде в виде особого соединения; третьи приписывали образование осадка материи, присоединяющейся извне.

Лавуазье решился проверить эти мнения. Для этого он в течение 101 дня перегонял воду в замкнутом аппарате. Вода испарялась, охлаждалась, возвращалась в приёмник, снова испарялась и так далее. В результате получилось значительное количество осадка. Откуда он взялся? Общий вес аппарата по окончании опыта не изменился, значит, никакого вещества извне не присоединилось. Вес воды после опыта не изменился, значит, она не превратилась в землю. Вес стеклянного сосуда уменьшился на столько же, сколько весил полученный осадок, значит, осадок получился от растворения стекла.

Источник: Волков, А. Гений и чернь. // Знание-сила: ежемесячный научно-популярный и научно-художественный журнал, 2021, № 4. С. 93.

Так был выработан метод количественного исследования. Химия имеет дело с весомыми телами, химические реакции состоят в соединении и разъединении весомых тел, по увеличению или уменьшению веса можно судить о присоединении или отделении вещества.

Далее Лавуазье приступает к своей главной задаче. Работы его, создавшие современную химию, охватывают период времени с 1772 по 1789 год. Исходным пунктом его исследований послужил факт увеличения веса тел при горении. В 1772 году он представил в академию коротенькую записку, в которой сообщал о результате своих опытов, показавших, что при сгорании серы и фосфора они увеличиваются в весе за счёт воздуха, иными словами, соединяются с частью воздуха.

Этот факт – основное явление, послужившее ключом к объяснению всех остальных. Объяснить факт горения значило объяснить целый мир явлений окисления, происходящих всегда и всюду: в воздухе, земле, организмах – во всей мёртвой и живой природе, в бесчисленных вариациях и разнообразнейших формах. Сюда относятся процессы горения, медленного окисления, дыхания; продуктами горения являются самые распространённые тела, например, вода, углекислота, бесчисленные окиси и ангидриды.

Антуан Лоран Лавуазье. Гравюра Марии Рене Женевьевы Броссар де Белье.Источник: Дмитриев, И. С. Республика не нуждается в ученых: гибель Лавуазье // Природа, 2011, № 3. С. 68.

Обобщая свои наблюдения, Лавуазье высказал мысль, что вообще все явления горения и окисления происходят вследствие соединения тел с частью воздуха. Около 60 мемуаров было посвящено уяснению различных вопросов, связанных с этим исходным пунктом. Явления горения естественно приводят Лавуазье, с одной стороны, к исследованию состава воздуха, с другой – к изучению остальных форм окисления; к образованию различных окисей и кислот и уяснению их состава; к процессу дыхания, а отсюда – к исследованию органических тел и открытию органического анализа, и т. д.»

«В трактате «О горении вообще» (1777 г.) он подробно развивает свою теорию: всякое горение есть соединение тела с кислородом; результат его – сложное тело, а именно «металлическая земля» (оксид) или кислота (ангидрид).

Теория горения повела к объяснению состава различных химических соединений. Общий результат исследований в области химии можно сформулировать так: Лавуазье дал первую научную систему химических соединений, установив три главные группы – оксиды (соединения металлов с кислородом), кислоты (соединения неметаллических тел с кислородом) и соли (соединения оксидов и кислот)».

В 1783 году Лавуазье напечатал «Размышления о флогистоне». Опираясь на свои открытия, он доказал полнейшую ненужность данной теории. Без неё факты объясняются ясно и просто. (Термин «флогистон» введён в 1667 году Иоганном Бехером и в 1703 году Георгом Шталем для объяснения процессов горения. Флогистон представляли, как невесомый флюид, улетучивавшийся из вещества при сжигании. В то время считалось, что металл — это соединение «земли» (оксида металла) с флогистоном, и при горении металл разлагается на «землю» и флогистон, который смешивается с воздухом и не может быть отделён от него).

Источник: Энгельгардт, М. А. Антуан Лоран Лавуазье. Его жизнь и научная деятельность: биографический очерк. Москва: Директ-Медиа, 2016.

В 1783 году, после того как британский физик и химик Генри Кавендиш показал, что при сжигании водорода образуется вода (но ещё не обнародовал своего открытия), Лавуазье представил академии «мемуар, имеющий целью доказать, что вода не есть простое тело». В этом и последующих мемуарах (1784 и 1785 гг.) он разработал предмет со свойственной ему полнотой и точностью. Знал ли он об открытии Кавендиша или нет, это не уменьшает ценности его работ, потому что первый анализ и синтез воды был произведён им при помощи опытов и приборов, которые и ныне описываются в учебниках химии. Далее важно было не только открыть состав воды, но и вывести последствия этого открытия; а это целиком принадлежит Лавуазье. Он показал, что вода образуется при дыхании вследствие окисления водорода органических тканей; уяснил образование соли при растворении металла в кислоте, показав, что водород, выделяющийся при этом, происходит от разложения воды, кислород которой соединяется с металлом.

Наконец, знание водорода и продукта его окисления дало ему возможность положить основание органической химии. Он определил состав органических тел и создал органический анализ путём сжигания углерода и водорода в определённом количестве кислорода. «Таким образом, историю органической химии, как и неорганической, приходится начинать с Лавуазье» (Н. А. Меншуткин).

Когда основы современной химии были созданы, Лавуазье решил соединить данные своих многочисленных мемуаров в виде сжатого очерка. В 1789 году появился его «Traite de chimie», первый учебник современной химии – явление в своём роде единственное в истории наук: весь учебник составлен по работам самого автора. Разумеется, факты он заимствовал у многих исследователей, – но только факты. Ряд истин, развиваемых в новом учебнике, принадлежат ему. Состав атмосферы, теория горения, образование оксидов, кислот и солей, анализ и синтез воды, строение органических тел, органический анализ – всё это представляет краткий свод мемуаров Лавуазье. Точное представление о простых телах, основной закон химии, превративший всякую химическую проблему в алгебраическое уравнение, метод количественного исследования установлены им же.

Источник: Лавуазье, А. Л. Мемуары: о природе вещества, соединяющегося с металлами при прокаливании их и увеличивающего их вес. Опыты над дыханием животных. О природе воды. Экспериментальный метод: введение к элементарному курсу химии. Москва: URSS: ЛЕНАНД, 2023.

В выработке терминологии он принимал активное участие; термины кислород, водород, азот, углекислота, окисление, окись и другие созданы Лавуазье; большая часть приборов, описанных в новом учебнике, изобретена им самим. Из них достаточно назвать газометр и калориметр, чтобы показать, какое огромное значение имел труд учёного и в технической части химических исследований.

С тех пор химия сделала колоссальные успехи, превратилась в науку почти столь же точную, как астрономия или оптика. Она обязана этим Лавуазье.

Работы Лавуазье захватили не одну только область химии; они знаменуют собой начало новой эры и в физиологии. До него было сделано много великих анатомических открытий, уяснена топография органов, исследовано обращение крови и так далее. Это был период анатомического метода в физиологии. Но действия организма, жизненные явления оставались загадочными. Всё объяснялось понятием «жизненной силы».

Лавуазье первым свёл явления жизни к действиям химических и физических сил. Правда, он не успел развить свои принципы также основательно, как в химии. Он только объяснил все известные в его время факты и установил учение о дыхании как медленном окислении, происходящем внутри организма; причём кислород, соединяясь с элементами тканей, даёт воду и углекислоту. Обмен газов при дыхании исследован им с такою полнотой, что дальнейшие исследования не прибавили к его данным почти ничего существенного. Не меньшую важность имело его учение о животной теплоте, которая развивается вследствие сгорания тканей за счёт кислорода, поглощаемого при дыхании. Количество поглощаемого кислорода увеличивается на холоде, при пищеварении, а особенно при мускульной работе, то есть во всех этих случаях происходит усиленное горение. Пища играет роль топлива: «если бы животное не возобновляло того, что теряет при дыхании, оно скоро погибло бы, как гаснет лампа, когда в ней истощится запас масла». Много лет прошло, пока в науке установилось рациональное воззрение на жизнь. Лавуазье опередил своих современников по крайней мере на полстолетия.

Источник: Кубеев, М. Н. 100 великих людей, изменивших мир. Москва: Вече, 2010. С. 126.

Занимаясь изучением теплоты, Лавуазье и Лаплас создали важную главу физики – калориметрию. Они нашли способ измерять относительное количество тепла, выделяющееся при различных реакциях, в сравнении с количеством льда, растворяющегося при этих реакциях. «Калориметр Лавуазье и Лапласа» и поныне описывается в учебниках физики.

Однако Лавуазье посчастливилось увидеть торжество своих идей ещё при жизни. Интересно, что первыми сторонниками его воззрений были не химики, а математики – Лаплас, Менье, Монж. В 1785 году Бертолле первым из химиков объявил себя сторонником новых воззрений. В следующем году к нему присоединились Фуркруа и Гитон де Морво. В 1788 году Лавуазье и его последователи предприняли коллективное опровержение старого учения, издав во французском переводе книгу Кирвана «Опыт о флогистоне», снабдив её подробными примечаниями. И начали издавать журнал «Annales de chimie», пропагандирующий новые химические воззрения.

И вот уже теория Лавуазье в изложении Фуркруа и других учёных превратилась в теорию французских химиков. Люди, когда-то нападавшие на «научную ересь», вдруг изменили своё мнение: ересь оказалась истиной, давно им известной и чуть ли не ими открытой.

Лавуазье был возмущён такими притязаниями. В сборнике своих работ, изданном уже после его смерти госпожой Лавуазье, он в резких выражениях требовал восстановления своих прав: «Это не теория французских химиков, как её называют, это моя теория, моя собственность, и я заявляю своё право на неё перед современниками и потомством».

Памятные места учёного

Источник: Кубеев, М. Н. 100 великих людей, изменивших мир. Москва: Вече, 2010. С. 127.

Парижский музей искусств и ремёсел был основан в 1794 году в бывшем монастыре аббатства Сен-Мартен-де-Шан. Это самый старый технический музей Европы. Экспозиции его посвящены открытиям и изобретениям в разных областях — от ткачества до фотографии. Также здесь представлена коллекция автомобилей, локомобилей и других транспортных средств — от древних до современных.

С самого зарождения музея одним из ведущих принципов его функционирования стала интерактивность — работники музея не только показывали, но и объясняли посетителям, как работают выставленные в музее экспонаты. В 1830 году под влиянием технической революции в музее были демонтированы практически все коллекции сельскохозяйственных и ткацких механизмов и установлены модели и чертежи современных машин: паровой, кузнечной, бумагоделательной, машины Рада для производства сахара и многих других.

В XX веке в Музее появились новые темы для демонстрации: от автомобиля до покорения космоса. Они были органично включены специалистами музея в уже существующую богатую коллекцию.

Одной из популярных является экспозиция «Научные и измерительные инструменты». Первые измерительные инструменты появились в доисторические времена — древний человек стремился максимально точно определить время, измерить расстояние и вес.

Лаборатория Лавуазье. Музей школы искусств и ремёсел в ПарижеИсточник: Кубеев, М. Н. 100 великих людей, изменивших мир. Москва: Вече, 2010. С. 127.

В эпоху Возрождения человек пытается определить собственное местонахождение. Также учёные создают новые измерительные механизмы, счётные машины. Большинство таких инструментов изготавливаются часовыми мастерами или ювелирами, что возводит многие из них в ранг произведений ювелирного искусства.

В XVIII веке наука — постоянный гость светских салонов. Механика, оптика, гидравлика, электричество вызывают неподдельный интерес у публики. В то же время, возрастающая точность приборов позволяет создавать первые научные лаборатории. Наиболее известна лаборатория Антуана Лорана Лавуазье, которая и представлена в музее.

Имя Антуана Лорана Лавуазье внесено в список величайших учёных Франции, помещённый на первом этаже Эйфелевой башни.

Литература по теме

Цикл «От Архимеда до Хокинга»

Материал подготовлен отделом производственной литературы