2. Закон Ломоносова

Лаборатория Ломоносова была не только местом, где можно было получить консультацию почти по всем практическим вопросам тогдашней химии. В ней велась огромная и напряженная теоретическая работа¹.

¹ (При описание научной деятельности Ломоносова мы не придерживаемся строго хронологического порядка, так как это привело бы к чрезвычайной пестроте изложения, а по возможности посвящаем каждой отрасли знания, в которой работал Ломоносов, одну основную главу.)

Ломоносов был одним из замечательных новаторов в истории химии. Ломоносов по-новому осознал роль и значение химии, ее место среди наук, изучающих природу. Он называл химию наукой, в то время как многие химики еще определяли ее, как "искусство разложения тел смешанных на их составные части, или искусство соединения составных частей в тела", как писал в своих "Основаниях химии" Георг Шталь (1723) и другие до самого конца XVIII века. А для Ломоносова химия - "наука изменений" - учение о процессах, происходящих в телах.

Ломоносов не только предложил новое понимание химии, он смело выводил её на новую дорогу. В 1840 году знаменитый химик Юстус Либих говорил, что он отчетливо помнит, как во времена его молодости химия была только "служанкой лекарей, для которых она приготовляла рвотные и проносные снадобья; затискнутая в стенах медицинских факультетов, она ни как не могла достичь самостоятельности." Только по нужде занимались ею медики; кроме как для них да ещё и фармацевтов, она и не существовала."

'Слово о пользе Химии' Ломоносова

В "Слове о пользе Химии" (1751) Ломоносов с необычайной проницательностью говорил о причинах беспомощного состояния современной ему химии.

"Химик, - указывал Ломоносов, - видя при всяком опыте разные и часто нечаянные явления и произведения, и приманиваясь тем к снисканию скорой пользы, Математику как бы только в некоторых тщетных размышлениях о точках и линиях упражняющемуся смеется. Математик напротив того уверен в своих положениях ясными доказательствами, и чрез неоспоримые и беспрерывные следствия выводя неизвестные количества свойств, Химика как бы одною только практикою отягощенного и между многими беспорядочными опытами заблуждающаго презирает; и приобыкнув к чистой бумаге и к светлым Геометрическим инструментам, Химическим дымом и пепелом гнушается".

"Бесполезны тому очи, - восклицал Ломоносов, - кто желает видеть внутренность вещи, лишаясь рук к отверстию оной. Бесполезны тому руки, кто к рассмотрению открытых вещей очей не имеет. Химия руками, Математика очами Физическими по справедливости назваться может". Разобщение наук, изучающих природу, приводило к тому, что эти, по словам Ломоносова, неразрывно связанные между собою "сестры" до сих пор "толь разномысленных сынов по большей части рождали", то-есть приходили к противоречивым и недостоверным выводам.

Химия, чтобы стать настоящей наукой, должна, по образному выражению Ломоносова, "выспрашивать у осторожной и догадливой Геометрии", когда она "разделенные и рассеянные частицы из растворов в твердые части соединяет и показывает разные в них фигуры". Она должна "советовать с точною и замысловатою Механикою", когда "твердые тела на жидкие, жидкие на твердые переменяет, и разных родов материи разделяет и соединяет". Она должна "выведывать чрез проницательную Оптику", когда "чрез слитие жидких материи разные цветы производит". Только тогда, когда "неусыпный Натуры рачитель" - то-есть исследователь природы - научится в химии "чрез Геометрию вымеривать, через Механику развешивать, и через Оптику высматривать", тогда он и "желаемых тайностей достигнет".

Химикам, работавшим наугад, ремесленникам, пробирерам и аптекарским подмастерьям он противопоставляет научно подготовленного химика, который опирался бы на всю совокупность физико-математических наук. Ломоносов возвещает приход нового химика. Это "химик и глубокий математик в одном человеке". Однако от химика и математика, которые должны слиться в одном человеке, Ломоносов требует новых качеств. "Химик требуется не такой, который только из одного чтения книг понял сию науку, но который собственным искусством в ней прилежно упражнялся". Химик, который ничего не видит за своими ретортами, который нагромождает беспорядочные опыты, следуя только своей узкой цели и не замечая "случившейся в трудах своих явления и перемены, служащие к истолкованию естественных тайн", не способен вывести свою науку на настоящую дорогу. Но и математик требуется не такой, "который только в трудных выкладках искусен, но который в изобретениях и доказательствах, привыкнув к математической строгости, в Натуре сокровенную правду точным и непоползновенным порядком вывесть умеет".

Только немногие ученые в первой половине XVIII века осознавали принципиальную важность неуклонной проверки своих опытов мерой и весом. Ученик Ломоносова, талантливый русский химик Василий Клементьев (1731 -1759), прямо указывал на несовершенство тогдашней химической науки: "Я думаю, нет такого ученого, который бы не знал, какое почти бесконечное множество имеется химических опытов, но при всем том он не сможет отрицать, что авторы почти всех их прошли молчанием такие весьма важные и крайне нужные указания, как мера и вес". Клементьев совершенно справедливо указывал, что "в отсутствии меры и веса мы не можем наверняка, не опасаясь неудачи, обещать желательное нам явление, хотя оно и было уже ранее достигнуто другими. Это обстоятельство вполне поясняет, почему из химических опытов, уже опубликованных, многие редко или даже никогда не удаются другим производящим их впоследствии". При таком поистине плачевном состоянии химии в середине XVIII века Ломоносов постоянно подчеркивал необходимость измерять, взвешивать, следить за пропорцией, проверять вычислением произведенные химические анализы.

Ломоносов имел отчетливое представление о химически чистом веществе и реактиве, о чем почти не помышляли химики и отчего происходила постоянная путаница в опытах. А Ломоносов еще в 1745 году, составляя план химической лаборатории, выдвигал непременным условием для успешного исследования наличие химически чистых веществ и реактивов. "Нужные и в химических трудах употребительные материи сперва со всяким старанием вычистить, чтобы в них никакого постороннего примесу не было, от которого в других действиях обман быть может".

'Точило', или прибор для исследования твердости тел (чертеж М. В. Ломоносова)

Лаборатория Ломоносова располагала целым набором различных весов. Здесь были большие "пробные весы в стеклянном футляре", пробирные весы серебряные, несколько ручных аптекарских весов с медными чашками, обычные торговые весы для больших тяжестей, однако отличавшиеся большой точностью.

Выполненная в 1754 году под руководством Ломоносова диссертация Василия Клементьева носила характерное название: "Об увеличении веса, которое некоторые металлы приобретают при осаждении" и была целиком построена на точных измерениях.

Новый подход к задачам химии, пристальное внимание к весовым отношениям привели Ломоносова к замечательным опытам над окислением металлов.

Долгое время люди не понимали природы огня и процессов горения, и представления их на этот счет носили самый фантастический характер. Огонь считали особым первичным элементом природы. Не только'изобретатель камеры-обскуры и автор "Натуральной магии" знаменитый в свое время физик- любитель неаполитанец Джамбатиста Порта (1538- 1615) утверждал, что лампа может в течение столетий гореть в герметически закрытом помещении (пещерах и гробницах), но этого же мнения придерживался и Декарт, полагавший, что "тело пламени" состоит из "мельчайших частиц, очень быстро и стремительно движущихся одна от другой". Декарт не видел в явлениях горения процесса соединения веществ и потому не считал необходимым их приток. Даже после того, как Отто Герике (1602-1686) при опытах с воздушным насосом установил, что свеча гаснет в пустоте и для горения нужен воздух, дело не двинулось вперед.

С начала XVIII века в науке почти безраздельно господствовала теория флогистона, таинственной невесомой материи, вызывающей своим появлением все процессы горения, то внезапно охватывающей вещество и бурно соединяющейся с ним, то улетучивающейся в пространство.

Сторонники этой теории полагали, что флогистон может принимать форму огня лишь в известной материальной среде, а потому объявили воздух универсальным растворителем невесомого флогистона, постоянно в нем присутствующего. Поэтому горение без воздуха и затруднительно. По воззрениям сторонников флогистона, металлы представляли собой сложное тело, состоящее из "окалины" и присоединившегося к ним флогистона, а "окалина" (соединение металла с кислородом) оказывалась простым телом.

Ломоносов, отрицательно относившийся к невесомым материям, давно размышлял о физических причинах теплоты, не упуская из виду и химической стороны этого явления - процессов горения и обжигания металлов. В своем исследовании "Физические размышления о причинах теплоты и холода", напечатанном в первом томе "Новых комментариев" Петербургской Академии наук в 1750 году, но составленном Ломоносовым значительно раньше, он рассматривает вопрос и о том, что происходит при обжигании металлов.

"Если не ошибаюсь, - писал Ломоносов, - весьма известный Роберт Бойль первый доказал на опыте, что тела увеличиваются в весе при обжигании... Если это действительно может быть доказано для элементарного огня, то мнение о теплотворной материи нашло бы себе в подтверждение твердый оплот".

Роберт Бойль во время своих опытов (в 1673 году) брал кусок свинца, помещал его в запаянную стеклянную реторту, взвешивал и подвергал действию огня. Свинец превращался в порошок - "окалину". Бойль взламывал реторту, причем не преминул заметить, что воздух со свистом врывается в нее. После того Бойль взвешивал сосуд и устанавливал увеличение веса! Отсюда он делал вывод, что при прокаливании металла особо тонкая, но все же обладающая весом огненная материя проникла через стенки сосуда и, присоединившись к металлу, утяжелила его. Применив к химическому исследованию весы, Бойль встретился с новым явлением, но дал ему неверное толкование, удовольствовавшись представлением об "огненной материи".

Размышляя над описанными Бойлем фактами, Ломоносов приходит к выводу, что эти опыты "показывают лишь, что либо части пламени, сжигающего тела, либо части воздуха, во время обжигания, проходящего над прокаливаемым телом, обладают весом". В письме к Л. Эйлеру, написанном в 1748 году, Ломоносов утверждал: "Нет никакого сомнения, что частички воздуха, непрерывно текущего над обжигаемым телом, соединяются с ним и увеличивают вес его"¹. Ломоносов, несомненно, считал вопрос решенным, но он не забывал о нем и в 1756 году повторил опыты Роберта Бойля с соблюдением тех же самых условий. Но Ломоносов взвесил запаянный сосуд с образовавшейся окалиной до того, как он был вскрыт и в него впущен воздух. Увеличения веса не последовало!

¹ (Еще в 1674 году английский химик Джон Майов (1643-1679) высказал предположение, что увеличение веса сурьмы при кальцинировании (обжиге) происходит за счет "селитряных частиц", содержащихся в воздухе. Труды Майова были вскоре забыты, и о них вспомнили только в конце XVIII века. Несомненно, что Ломоносов пришел к своим выводам об увеличении веса металлов при обжиге совершенно самостоятельно.)

В своем отчете Ломоносов писал:

"Делал опыт в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жару. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере".

Этот опыт являлся подтверждением и одновременно следствием того закона сохранения вещества при химических превращениях, которым Ломоносов неизменно руководствовался в своей экспериментальной работе. Еще в письме к Леонарду Эйлеру от 5 июля 1748 года Ломоносов отчетливо во всеобъемлющей форме высказал великий и основной закон природы:

"Все перемены в натуре случающиеся такого суть состояния, что сколько чего от одного тела отнимается, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте... Сей всеобщий естественной закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своей силой другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает".

В этих словах Ломоносова заключено гениальное обобщение великих философских принципов материализма-неуничтожимости материи и неуничтожимости движения, примененных им во всей своей широте к новому естествознанию. О том, что материя и связанное с нею движение не исчезают и не рождаются из ничего, говорили еще великие материалисты древности - Демокрит и Эпикур. Излагая их учение, древнеримский поэт Лукреций Кар (I век до нашей эры) в своей поэме "О природе вещей" писал, что "из ничего не творится ничто", а значит: "гибели полной вещей никогда не допустит природа".

 Тело вещей до тех пор нерушимо, пока не столкнется 
 С силой, которая их сочетанье способна разрушить. 
 Так что, мы видим, отнюдь не в ничто превращаются вещи, 
 Но разлагаются все на тела основные обратно... 
 ...Словом, не гибнет ничто, как будто совсем погибая. 
 Так как природа всегда возрождает одно из другого 
 И ничему не дает без смерти другого родиться1. 

¹ (Лукреций. О природе вещей. Перевод Ф. А. Петровского. 1946. Кн. I, строки 246-249 и 262-264. Ломоносов высоко ценил поэму Лукреция и переводил из нее отрывки, один из которых он поместил в своем руководстве "Первые основания металлургии, или рудных дел".)

Материалистическая философия никогда не забывала об этих великих принципах, оказывавших свое действие на развитие науки. О неуничтожимости движения писал Декарт. Наука XVII века, как указывает С. И. Вавилов, анализировала законы сохранения в "узкой, математической форме, отвечающей механическим движениям". Но никто до Ломоносова не объявлял этих принципов всеобщим законом естествознания, которым надо неизменно руководствоваться во всех конкретных исследованиях и который "оставался незыблемым для Ломоносова во всей его работе по естествознанию, технике и философии до конца дней"¹.

¹ (С. И. Вавилов. Закон Ломоносова. "Правда", 5 января 1949 года.)

Великий закон природы, установленный Ломоносовым, находится в неразрывной связи со всем его философским мировоззрением и определяет характер сделанных им многочисленных частных открытий и самого метода экспериментальной работы.

Одним из конкретных проявлений всеобщего закона Ломоносова был и экспериментально подтвержденный им закон сохранения вещества при химических превращениях, установление которого долгое время приписывалось французскому химику Антуану Лорану Лавуазье¹ (1743-1794).

¹ (При этом следует заметить, что Лавуазье никогда не претендовал на открытие этого закона, и вплоть до середины XIX века "закон постоянства веса" не связывался с именем Лавуазье и отсутствовал в перечнях его заслуг в самых авторитетных книгах по истории химии.)

За последнее время получено много данных свидетельствующих, что ломоносовское "Рассуждение о твердости и жидкости тел", где впервые печатно был приведен этот закон, было хорошо известно за границей и вряд ли могло остаться неизвестным Лавуазье, который, как доказано, пользовался изданиями Петербургской Академии наук и ссылался на них.

"Рассуждение о твердости и жидкости тел" было напечатано в октябре 1760 года на русском и латинском языках и рассылалось за границу в большом числе экземпляров. Недавно также стало известно, что в авторитетном французском критикобиблиографическом журнале "Типографские анналы", редактором которого был профессор Парижского университета химик Огюстен Ру, в ноябрьском номере за 1761 год было не только отмечено латинское издание "Рассуждения о твердости и жидкости тел" Ломоносова, но и рекомендовано вниманию ученых в следующей аннотации: "Вескостью своих доказательств автор показывает, каких успехов достигла России в области физики со времен славного правления Петра Великого"¹.

¹ (См. книгу: Я. Г. Дорфма н. Лавуазье. М,-Л., 1948, стр. 299-300. Некоторые дополнительные материалы и соображения приведены в рецензии на эту книгу О. Старосельской (журнал "Вопросы истории", 1949, № 4).)

Неоспоримы заслуги Лавуазье в установлении научных основ современной химии, в частности в деле внедрения принципа сохранения вещества в практику работы химиков. Но следует отметить, что через сорок один год после Ломоносова, в 1789 году, в курсе "Начальный учебник химии" Лавуазье те же вопросы ставил значительно уже.

При описании процесса брожения виноградного сахара Лавуазье, отметив, что вес взятого сахара равен весу образовавшегося спирта и углекислоты, писал, что это происходит "потому, что ничто не творится ни в искусственных процессах, ни в природных., и можно выставить положение, что во всякой операции имеется одинаковое количество материи до и после операции, что качество и количество начал осталось теми же самыми, произошли лишь перемещения, перегруппировки. На этом положении основано все искусство делать опыты в химии: необходимо предполагать во всех настоящее равенство между началом исследуемого тела и получаемого из него анализом"¹.

¹ (Цитировано по книге: М. В. Ломоносов. Физикохимические работы. 1923, стр. 108. (Примечания Б. Н. Меншуткина.))

Устанавливая, что закон сохранения вещества простирается на правила движения, Ломоносов, несомненно, стремился осознать отношение вещества и движения.

Принцип вечности материи был, как мы уже видели, сформулирован еще в древности, причем античные философы-материалисты понимали материю как массу или вещество. Принцип сохранения движения был высказан Декартом. Заслуга Ломоносова заключалась в том, что он связал воедино принцип сохранения вещества и принцип сохранения движения и систематически применял его при изучении природы.

"Глубочайшее содержание великого начала природы, усмотренного Ломоносовым, - писал академик С. И. Вавилов, - раскрывалось постепенно и продолжает раскрываться в прогрессивном историческом процессе развития науки о природе"¹.

¹ (С. И. Вавилов. Закон Ломоносова. "Правда", 5 января 1949 года. )