История открытия кислорода

Время от времени ученые решают составить список величайших научных открытий в истории человечества. Это очень непростая задача. Иногда то, что сегодня кажется «оторванным от действительности», не имеющим практического значения, завтра запускает целую систему новых технологий.

Открытие, историю которого мы хотим рассказать, было сделано ровно 250 лет назад и уже успело доказать свою значимость как для науки, так и для всех других сфер человеческой деятельности. Поэтому в любом списке оно по праву займет одно из первых мест.

Нам же это открытие интересно еще и потому, что оно сопровождалось настоящей «драмой идей» ряда выдающихся ученых второй половины XVIII века.

Предыстория: теория флогистона

Основы химии как науки, «отпочковавшейся», не без труда, от алхимии, были заложены еще в XVII веке. Адептов новой науки более всего интересовал процесс горения: считалось, что при сгорании в воздух выделяется некая невесомая «огненная субстанция». В 1667 году немецкий естествоиспытатель Иоганн Бехер назвал эту субстанцию флогистоном.

Флогистон, по мнению Бехера и его последователей, входил в состав всех металлов. При горении же металлы разлагаются на «землю» (оксид металла) и флогистон, который смешивается с воздухом. То же самое (выделение флогистона) происходит при воздействии на металлы различных кислот.

Это была первая научная теория, яснявшая многие химические процессы без привлечения туманных мистических сил.

Она оказалась неправильной (как, впрочем, и многие другие теории того времени), но продержалась на удивление долго, вплоть до начала XIX века.

Теорию флогистона не сгубил даже тот факт, что при прокаливании масса металла увеличивается хотя должна была бы, после выделения невесомой «огненной субстанции», оставаться прежней. Коллега и соотечественник Бехера Георг Шталь в 1703 году заявил, что флогистон просто-напросто… имеет отрицательную массу. И никого такое объяснение не насторожило и не удивило.

Первый серьезный удар по теории флогистона был нанесен в 1771 году, когда шведский химик Карл Вильгельм Шееле открыл кислород.

«Рождающий кислоту»

Правда, сам Карл Вильгельм не понял тогда, что открыл новый химический элемент. Помогли ему два совершенно обыденных и широко используемых средства – купоросное масло (так в те времена называли серную кислоту) и марганцовка (перманганат калия). Шееле прокалил эту смесь и получил, помимо всего прочего, некий газ без вкуса, цвета и запаха. Возможно, химик не придал особого значения открытию, потому что упомянул о нем лишь шесть лет спустя в своем «Химическом трактате о воздухе и огне». Новый газ даже не получил собственного названия: на страницах трактата он именуется то «огненным газом», то «купоросным» (по происхождению из купоросного масла).

Так и получилось, что в учебниках и энциклопедиях первооткрывателем кислорода значится англичанин Джозеф Пристли. Он использовал другой способ – разложение, под действием сфокусированных линзой солнечных лучей, оксида ртути.

Любопытно, что и английский ученый «не признал» в выделившемся бесцветном газе новый элемент. Будучи ярым сторонником теории флогистона, Пристли решил, что этот газ – всего-навсего часть воздуха, не содержащая «огненную субстанцию», своего рода «дефлогистированный воздух».

Так бы и оставаться кислороду неизвестным элементом «в тени» флогистонной теории, если бы не Антуан Лавуазье. Имя этого французского естествоиспытателя известно нам гораздо лучше, чем имена Шееле и Пристли. Именно Лавуазье считают основателем всей современной химии – и не только потому, что он открыл кислород и опроверг теорию флогистона.

Лавуазье доказал, что при горении происходит химическая реакция окисления вещества с помощью нового элемента oxygenium, и что именно oxygenium является тем «огненным газом» без вкуса, цвета и запаха, который получили немец Шееле и англичанин Пристли. Из-за окисления происходит и увеличение массы сгоревшего вещества – а вовсе не из-за флогистона с его «отрицательной массой».

Ни одно вещество, утверждал Лавуазье, не может иметь нулевую или отрицательную массу. Следовательно, никакого флогистона не существует. А существует новый химический элемент, без которого невозможны горение и окисление. И без которого, кстати, все мы давным-давно задохнулись бы.

Кислород («рождающий кислоту») – такое название дал новому элементу Михаил Ломоносов. А другой наш выдающийся соотечественник, Дмитрий Менделеев, поместил кислород на соответствующее его физическим и химическим свойствам место в Периодической таблице – порядковый номер 8 во втором периоде VI группы.

Так кто же все-таки открыл кислород: Шееле, Пристли или Лавуазье? Справедливости ради следует сказать, что все трое.

Кислород versus флогистон

Несмотря на убедительные доводы Лавуазье, многие ученые оставались сторонниками теории флогистона. Уж очень глубоко она пустила корни в сознание естествоиспытателей того времени, не свободных от романтической веры в чистую, лишенную не только массы, но и других материальных свойств, «огненную субстанцию».

В противостоянии новых элементов и старого доброго флогистона в умах ученых и заключалась упомянутая нами в начале статьи «драма идей». Некоторых она задела лишь слегка, других – лично и глубоко; третьи же попытались примирить «новое со старым»: не отрицая существование материального кислорода, они все же оставляли важное место и нематериальному флогистону.

Сэр Генри Кавендиш, член Лондонского королевского общества и первооткрыватель водорода, долгое время считал полученный им горючий и легкий газ флогистоном. И лишь Лавуазье в 1787 году, спустя 20 лет после открытия Кавендиша, определил этот газ как новый элемент – водород.

Этот вывод вызвал у оппонентов Лавуазье еще большее сопротивление, чем предыдущее заявление об открытии кислорода.

Один из самых убежденных сторонников теории флогистона, ирландец Ричард Кирван упорно называл водород «воспламеняющимся воздухом» и считал, что это не что иное как чистый флогистон. В своем «Очерке о флогистоне и о конституции кислот» Кирван подробно описывал, как флогистон выделяется из металлов при их окислении и горении, и жестко критиковал кислородную теорию Лавуазье.

Любопытно, что Лавуазье не только не испугался лавины критики, обрушившейся на его голову, но даже попросил свою жену перевести «Очерк» Кирвана на французский язык (благодаря чему, собственно, очерк и получил широкую известность).

Однако даже Кирван вынужден был сдаться и признать правоту Лавуазье. Сначала частично, согласившись, что в составе воздуха есть и кислород, и флогистон, а со временем – полностью. «После десятилетних усилий я складываю оружие и оставляю флогистон. Я вижу теперь ясно, что нет ни одного надежного опыта, который доказывал бы образование флогистона, а при этих обстоятельствах невозможно далее считать справедливой флогистическую систему», – писал он в 1792 году.

Публичное «отступничество» Кирвана заставило большинство химиков пересмотреть свою позицию по отношению к теории Лавуазье.

Но был кое-кто, кто оставался верным флогистону до конца. И среди них – кто бы вы думали? – общепризнанный первооткрыватель кислорода, Джозеф Пристли. До самой смерти в 1803 году он ревностно защищал теорию флогистона, игнорируя все новые и новые факты, полученные стремительно развивающейся химической наукой.

Нам, в XXI столетии, подобная «твердолобость» выдающегося ученого может показаться странной и даже смешной; но современники Пристли относились к целостным и неподкупным, пусть даже ошибочным, научным убеждениям с искренним уважением. Жорж Кювье, знаменитый французский мыслитель и естествоиспытатель, от лица современников отдал почившему Пристли следующую дань признательности: «Он, не падая духом и не отступая, видел, как самые искусные бойцы старой теории переходят на сторону ее врагов. И когда Кирван уже после всех изменил флогистону, Пристли остался один на поле сражения и послал новый вызов своим противникам в мемуаре, адресованном им к первым французским химикам».