К концу 17 века в химии был накоплен большой массив данных, который успешно применялся в металлургии, фармации, в гончарном деле.
Однако теоретические представления существенно отставали от экспериментальных результатов. Возрождение атомистики в трудах Пьера Гассанди и Т. Бойля не привело к существенным сдвигам в мировоззрении химиков и учение об элементах-стихиях сосуществовала с атомистическими воззрениями.
Определение понятия химия в учебниках химии в XVII - XVIII вв.
Процесс превращения химии в самостоятельную науку теснейшим образом связан с определением предмета химии и ее задач. Впервые отношение к химии как к науке сформулировал Т Бойль в своем труде, изданном анонимно, «Химик - скептик». Но еще за год до выхода из печати «Химика - скептика» вышел двухтомный учебник Николя Лефевра «Курс химии». Автор впервые обосновывает утверждение, что химия - это наука. По мнению Лефевра можно выделить:

1. философскую химию
2. врачебную химию
3. фармацевтическую химию

Первая химия - это созерцание и познание природы, познание причин химических явлений и объяснение происходящих явлений, связанных с изменением, превращением вещества.
Второй и третий вид химии, казалось бы, совпадают. Что же заставило Лефевра разделить их? Дело в том, что в представлении Лефевра цель - причина большего может быть достигнута путем развития медицины в двух направлениях. С одной стороны, наблюдения и опыт ведут к формированию медицинской науки, теории медицины, а с другой, эта теория формируется под воздействием медицинской практики. Практическая химия в приложении к медицине должна заниматься изучением выделений и отправлений животных. Таковы задачи иатрохимии в представлении Лефевра. Но медицинская практика требует нахождения методов получения лекарств - это задача фармацевтической химии.
Н. Лефевр четко отделил задачи физики и химии. Он отметил, что химик всегда ставит перед собой задачу получения составных частей сложного тела. Эту же задачу определил и Ф. Бойль, определив «элемент» как предел делимости. Такой же точки зрения на предмет изучения химии придерживался и иатрохимик И. Ван Гельмонт.
Однако следует отметить, что в философской химии Н. Лефевр остался на позициях Аристотеля. Это неудивительно, ведь натурфилософские представления поддерживались католической церковью и были приняты большинством университетских профессоров.
«Курс химии» Н. Лефевра отражает эклектические представления того времени. Новый методологический подход к химии еще только формировался. Химия оставалась еще «научным искусством». И именно как искусство трактовали химию Я. Барнер, Н. Летери. Один из основоположников первой теории в химии - теории флогистона, Г. Шталь также считал химию искусством «разложения тел смешанных на их составные части, а также искусством составных частей в тела».
Г. Шталю вторит голландский ученый Г. Бургаве, который определил химию как «искусство каким образом производить химические операции, посредством которых при помощи соответствующих инструментов можно открывать или обнаруживать чувствительные тела и собирать их в сосуды с етем, чтобы познать отдельные полученные продукты и причины действий, а также применение этих продуктов в различных искусствах» как видно из этого определения, Г. Бургаве в «Элементах химии», откуда взята эта цитата, стремится придать химии статус самостоятельной науки и отделить ее от медицины, с которой химия была тесно связана со времен Парацельса.
В рассматриваемый исторический период имелись и другие определения химии и подразделение в зависимости от задач. Так, еще немецкий алхимик Г Кунрай ввел термин «физико-химический». В 1701 году Г. Горис выделил 4 раздела химии:

1. физическая
2. медицинская
3. пробирная
4. златоделательная

«Физическая химия» в то время была синонимом «философская химия», т. е химия, в которую включались теоретические аспекты этой зарождающейся науки. То есть, физическая химия была противопоставлением прикладной химии. В этом смысле и иатрохимия была философской химией по отношению к фармацевтической.
Однако такие представления на цели и задачи физической химии были лишь в начале 18 века. Уже в 1729 году Г. Тейхмейер подчеркивает отличие физической химии от философской. Он дал следующее определение физической химии: «Физическая, или чисто умозрительная, вернее созерцательная химия - та, в которой естествоиспытатель изучает частью начал тел, частью соотношения и сочетания начал по степени прочности, постоянства и летучести и таким образом строит себе теории».
В «элементах математической химии» М. В. Ломоносов определил химию, как науку «об изменениях, происходящих в смешанном теле, поскольку оно смешанное». Как и его зарубежные коллеги, М. В. Ломоносов разделил химию на теоретическую и практическую, но определял химию как науку.
Отвергнув взгляд на химию как на искусство разделения и соединения веществ, Ломоносов сформулировал новые задачи перед этой наукой.
По его мнению, задачей химии является выявление причин химических превращений строгими научными методами, одни истины выявлять из других и в этом случае «химия сама по себе будет наукой».
Однако эта концепция не получила распространения в 18 веке. И более того, возродившаяся атомистика была отброшена назад и первая химическая теория, лишенная мистицизма алхимиков и иатрохимиков строилась на аристотелевых представлениях о природе вещества и на традициях алхимиков. Этой первой теорией было учение о флогистоне.
Учение о флогистоне.
На первой лекции мы с вами отметили, что первой химической лабораторией был костер. Воздействие огня на различные тела позволило создать целый ряд ремесел. Более того, огонь издавна рассматривался как основной «анализатор» сложных тел. Достаточно вспомнить иатрохимика Ван-Гельмонда, который открыл «лесной дух» и высказал предположение о сохранении массы при взаимодействии и разложении веществ.
Неудивительно, поэтому, что процессы горения, природа процессов окисления и восстановления особенно привлекала химиков в конце 17 - начале 18 века.
Одной из попыток объяснить эти процессы была флогистонская теория, разработанная упомянутым выше Георгом Эрнстом Шталем.
Г. Э. Шталь родился в Аисбахе 21 октября 1652 года. Проявляя с детства интерес к химии и медицине, он выбрал эти специальности для углубленного изучения. В 1715 году, получив назначение королевским лейб-медиком, он переезжает в Берлин и трудится при дворе прусского короля Фридриха Вильгельмя I. Благодаря его усилиям в Берлине появилась медико-хирургическая коллегия, которая готовила военных врачей. Кафедру химии в этой коллегии возглавлял сам Г. Э. Шталь, где плодотворно трудился вплоть до своей кончины в 1734 году.
В основу теории флогистона было положено представление И Бехаре (1635-1682) о жирной земле, наделяющей тела свойствами горючести.
Бехер переработал концепцию Аристотеля и Парацелься об элементах - качествах и оставил только два из них - землю и воду. Однако эти элементы качества он наделил рядом начал. Земля по Бехеру состояла из 3 начал: земли стекловидной (песок, камень, горные породы), земли воспламеняемой и земли ртутной (ртуть, металлы)
Земля стекловидная олицетворяла принцип сухости, твердости и прозрачности. Земля ртутная была олицетворением принципа летучести и тяжести. Земля же воспламеняемая олицетворяла принцип горючести. Этот принцип горючести и был назван позднее в работах Шталя флогистоном. Отметим, что согласно Бехеру горючесть тел связана не только с наличием в них земли воспламеняемой или жирной, но и с присутствием серы и частиц соли. Соединение всех трех земель по мнению Бехера приводило к образованию металлов. По сути дела, учение Бехера является видоизменением учений Аристотеля и Парацельса. Бехер выделял огненную материю, которая способна соединяться с телом. Однако огненная материя, также, как и огонь Аристотеля, не тождественен видимому огню, но аналогичен алхимической сере.
Развив теорию горения на базе представлений Бехера, Шталь ввел понятие о флогистоне, как об абстрактном принципе горючести. Флогистон, к представлении Шталя, становится «горючей субстанцией» только тогда, когда находится в сложном теле в сочетании с другими веществами. Присутствие флогистона в телах растительного, животного и минерального происхождения обуславливают их запахи и цвета. Этот горючий принцип растворяется в воздухе, поэтому он неуловим.
Фактически в течении всего времени своего пребывания в Берлине Г. Э. Шталь разрабатывал эту теорию. Большим числом экспериментов он доказал восстановительную способность флогистона.
При нагревании металлы теряли флогистон и превращались в извести (оксиды), которые легко восстанавливались при нагревании с жирными землями. Поскольку еще в древности огню присваивали разрушительные свойства, то химики - флогистики считали извести - простыми веществами, а сами металлы - сложными, поскольку это результат присоединения флогистона к извести.
Теория флогистона была первой теорией, объясняющей с единой позиции большинство химических процессов. Она ослепляла своих адептов и никто не хотел замечать вопиющих противоречий между флогистической теорией и фактами. В 1728 году Г. Штабель в курсе «Догматико-экспериментальная химия» отметил, что объяснение увеличения веса окалин при их разложении присоединением флогистона неверны. Прибавление материи должно увеличивать вес, а уменьшение - уменьшать.
В учебнике «элементы химии» Г. Бургаве исключает понятие флогистона. Он проводит наблюдение горения в закрытом пространстве и наблюдает за поведением птицы под стеклянным колпаком. Это дало ему основание полагать, что в составе воздуха есть что-то, что поддерживает дыхание и горение.
Г. Бургави был исключительно одаренным систематиком, поэтому его «Элементы химии» долгое время был основным источником и лучшим практическим пособием по химии. Гораздо менее известен он как химик-практик. Однако его практические работы представляли определенный интерес для своего времени. Бургаве нагревал ртуть в закрытом сосуде и доказал, что с ней ничего не произошло, опровергнув, таким образом, мнение алхимиков о том, что ртуть можно превращать в твердое тело без добавления какого-либо вещества. Опытным путем он доказал, что растворение азотокислого свинца в воде не приводит к образованию ртути, как полагали алхимики.
Однако, возражения против теории флогистона большинства химиков 18 века не были услышаны. Появлялись новые трактовки флогистона, новые объяснения явлений, связанных с потерей веса при присоединении флогистона. Сама теория продолжала жить и завоевывать все большее число сторонников. Практически все химики Германии были флогистиками. Во Франции Э. Жоффруа-старший, ученый, предложивший первую таблицу химического сродства был флогистиком. Флогистики были и А. Дюатель де Монсо и П. Макер и учитель великого А. Лавуазье, блестящий лектор Руель.
Конечно, химия в это время двигалась вперед. Г. Руэль развил интересные представления о солях как соединениях кислот и оснований и классифицировать соли как нейтральные, кислые и щелочные. В представлении о флогистоне Г. Руэль тоже внес свою лепту. Он рассматривал флогистон не столько как элемент, а как некий инструмент огня уровня составления материи.
Иначе говоря, в представлении Г. Руэля «флогистон» - это вещественные частицы огня, которые скрепляют частицы тел, превращая одни в другие.
Сторонниками этой теории были и шведские ученые Бергман и его ученик К. Шееле. Оба обогатили химию открытием большого количества новых веществ и экспериментальных методов.
Унаследовал у своего учителя Вульфа эту теорию и М. В. Ломоносов. Он рассматривал флогистон как материальное вещество, состоящее из корпускул: «Если корпускулы флогистона движутся одни, то дают безвредный огонь, что доказывает зажженный винный спирт и самые чистые эфирные масла.»
В 1751 году Ломоносов писал, что при растворении неблагородных металлов в кислотах выделяетcя «горючий пар, который представляет собой нечто иное, чем флогистон»ю эту же точку зрения на природу флогистона высказывал и Г.Кавендыш, который впервые наблюдал образование «горючего газа» водорода при разложении воды. Однако следует отметить, что их работы долгое время были практически недоступны.
Увеличение веса металла при кальцинировании требовало объяснения, поэтому сторонники теории флогистона прибегли к различного рода гипотезам, не согласующимся с фактами.
Теория флогистона просуществовала практически сто лет, хотя противоречия ее с фактами было очевидно. По мнению А. Л. Лавуазье эта теория была столь живуча потому, что на ее основе были сделаны 2 великих открытия. Первое, металлы - тела горючие. Образование окалины является процессом горения. Второе открытие состояло, по мнению Лавуазье, в том, что свойство гореть или способность к воспламенению может передаваться от одного тела к другому. При кальцинировании металлы теряют свою горючесть, а соприкасаясь с углем и другими жирными землями способны гореть, т.е. окисляться у металлов восстанавливается. Металлы возвращают свое свойство горючести, забирая его у горючего вещества.
Период господства теории флогистона условно можно разделить на 3 основных периода.
1 период (конец XVII в - 30-е годы XVIII в). это время победоносного шествия теории флогистона по Европе и безоговорочного восприятия ее практически всеми крупными химиками того времени.
С 1730-1779 г велись упорные поиски флогистона и выявлялись факты вопиющего противоречия теории фактам.
В 70-х годах XVIII в начался заключительный этап теории флогистона - период крушения. Этот этап характеризуется яростной борьбой сторонников теории и новой теории горения, кислородной теории.
Таким образом, первая теория в химии возникла в рамках старых представлений о строении материи. В основу были положены учения Аристотеля о горении. Это и неудивительно, если учесть, что мировоззрение ученых того времени формировалось на работах Аристотеля и его последователей - алхимиков и иатрохимиков. Химики того времени еще окончательно не освободились от алхимических воззрений и взгляды иатрохимиков господствовали в среде химиков того времени. Поэтому значение теории флогистона в истории химии двояко. С одной стороны, она способствовала накоплению большого массива эмпирического материала, который появился в связи с поисками этого флогистона.
Но с другой стороны, она препятствовала поиску правильного, научного, адекватного описания наблюдаемых фактов. Накопление фактов, противоречащих теории флогистона, явилось, в конце концов, сдерживающим фактором, в развитии химии в конце XVIII века.

Экспериментальное естествознание XVII века

В XV-XVI веках в Европе начался период быстрого роста торговли и материального производства. К XVI веку техника в Европе вышла на уровень заметно более высокий, чем в период расцвета Античного мира. При этом изменения в технических приемах опережали их теоретическое осмысление. Технические изобретения XVI века и блестящие успехи мореплавания (разрешившие, кстати, длившийся столетиями финансовый кризис, связанный с нехваткой драгоценных металлов) одновременно ставили перед наукой новые проблемы, которые существовавшая ранее наука разрешить не могла. Дальнейшее усовершенствование техники упиралось в главное противоречие эпохи – противоречие между сравнительно высоким уровнем достигнутых к этому времени технологических знаний и резким отставанием теоретического естествознания.

Развитие философии и естествознания в эпоху Возрождения привело к глубокому кризису аристотелевской картины мира и поставило задачу выработки отражающей реальные свойства действительности физической концепции, а потребности технического прогресса привели к созданию основ научного эксперимента. Быстрому развитию в Европе новых философских систем способствовала также и Реформация, начавшаяся в XVI веке.

Сочетание социально-экономических и технических факторов вызвало сдвиг в общественном сознании, усилило потребность в выработке новой философии, отрицавшей роль авторитета (как религиозных доктрин, так и античных учений) и утверждавшей приоритет научного доказательства. В начале XVII века появились крупные философские произведения, оказавшие существенное влияние на развитие естествознания. Английский философ Френсис Бэкон выдвинул тезис о том, что решающим доводом в научной дискуссии должен являться эксперимент. Вместо принятого с античных времён дедуктивного метода Бэкон предложил новую логику науки – индукцию, основанную на умозаключении от частного к общему (весьма символичными являются названия сочинений Бэкона – "Новый органон" (1620) и "Новая Атлантида", прямо противопоставляемые "Органону" и "Атлантиде" Аристотеля).

Семнадцатый век в философии ознаменовался также возрождением атомистических представлений. Математик (основатель аналитической геометрии) и философ Рене Декарт , известный также как Картезий, утверждал, что все тела состоят из корпускул различной формы и размеров; форма корпускул связана со свойствами вещества. В то же время Декарт считал, что корпускулы делимы и состоят из единой материи. Декарт отрицал представления Демокрита о неделимых атомах, движущихся в пустоте, не решаясь допустить существование пустоты. Корпускулярные идеи, весьма близкие к античным представлениям Эпикура, высказывал и французский философ Пьер Гассенди . Группы атомов, образующие соединения, Гассенди называл молекулами (от лат. moles – кучка). Корпускулярные представления Гассенди завоевали довольно широкое признание среди естествоиспытателей.

Инструментом разрешения противоречия между высоким уровнем технологии и крайне низким уровнем знаний о природе стало в XVII веке новое экспериментальное естествознание.

Огромные успехи в XVII веке были достигнуты в области физики, механики, математики и астрономии. Галилео Галилей не только основал классическую механику, но и ввёл в физику новый образ мышления, в полной мере использующий экспериментальный метод. Немецкий астроном Иоганн Кеплер в 1609 г. привёл в соответствие с астрономическими данными гелиоцентрическую систему, которую предложил в 1543 г. Николай Коперник , и которая в первоначальном виде содержала множество неточностей. Эванджелиста Торричелли , Блез Паскаль и Отто фон Герике провели в середине XVII в. свои знаменитые опыты по изучению вакуума и атмосферного давления. Герике начал также исследования в области электростатики; Христиан Гюйгенс создал волновую теорию света и разработал основные законы оптики. Исаак Ньютон открыл законы классической механики и закон всемирного тяготения. Его капитальный труд "Математические начала натуральной философии" (1687) обобщил не только собственные исследования автора, но и опыт предшественников, результатом чего явилось создание единой механической картины мира, господствовавшей вплоть до рубежа XIX и XX столетий. Все эти и многие другие блестящие открытия ознаменовали собой первую научную революцию , результатом которой стало становление нового естествознания, целиком основанного на экспериментальных данных. Основой естествознания становится принцип количественного измерения в экспериментальных исследованиях. Это находит свое выражение в изобретении разнообразных измерительных приборов – хронометров, термометров, ареометров, барометров, весов и т.д.

Новое естествознание породило и новые организационные формы – были созданы научные общества и академии наук. Ещё в 1560 г. итальянский естествоиспытатель Джиованни Баттиста делла Порта начал проводить в своём доме регулярные собрания, называемые Академией тайн природы. В XVII в. появились официально учреждённые академии с соответствующими органами и статутом: Академия естествоиспытателей (Леопольдина) в Германии (1652), Академия опыта во Флоренции (1657), Королевское общество (1662) в Лондоне, Парижская Академия точных наук (1663).

Одним из следствий произошедшей во второй половине XVII века научной революции явилось создание новой – научной – химии. Создателем научной химии традиционно считается Роберт Бойль.

Роберт Бойль и возникновение научной химии

φλογιστός - горючий, воспламеняемый ) - в истории химии - гипотетическая «сверхтонкая материя» - «огненная субстанция», якобы наполняющая все горючие вещества и высвобождающаяся из них при горении .

Поскольку горение прекращается либо после сгорания горящего вещества, либо после сгорания воздуха в объёме, в котором было заключено вещество, какое-то время воздух был частью теории. Считалось, что флогистон покидает горящее тело и поглощается воздухом. В 1772 году Даниель Рутерфорд (ученик Джозефа Блэка) обнаружил азот , использовал данную теорию для объяснения результата своего опыта. Остаток воздуха, оставленного после горения, фактически являющийся смесью азота и углекислого газа , иногда упоминался как «phlogisticated air» (флогистированный воздух).

Из известных учёных того времени дольше всех оставался верным теории флогистона Дж. Пристли . Он до своей смерти в 1803 году ревностно выступал в её защиту, несмотря на открытия эпохи химической революции, полностью опровергавшие эту теорию. По словам Ж. Кювье , «он, не падая духом и не отступая, видел, как самые искусные бойцы старой теории переходят на сторону её 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 ».

В компьютерной игре

Творец теории флогистона - Георг Эрнст Шталь - пошел в рассуждениях дальше своих предшественников и заменил понятие «жирная земля» представлением о «флогистоне» (от древнегреческого слова «флогистос» - воспламеняющийся, горючий). Во многих работах Шталь развивал учение о флогистоне, используя его для объяснения особенностей протекания окислительных процессов в органической и неорганической природе («Основания зимотехники или общая теория брожения», 1697 г.; «Случайные мысли и полезные размышления к спору о так называемой сере», 1716 г.).

Шталь считал, что флогистон содержится во всех горючих и способных к окислению веществах. Горение (или окисление) рассматривалось им как процесс, при котором тело теряет флогистон. Воздух играет при этом особо важную роль. Он необходим для окисления, чтобы «вбирать» в себя флогистон. Из воздуха флогистон попадает в листья растений и в их древесину, из которых при восстановлении он вновь освобождается и возвращается телу (например, «металлической извести», нагреваемой на куске древесного угля).

Так впервые была сформулирована теория, описывающая процессы горения. Ее особенности и новизна состояли в том, что одновременно рассматривались во взаимосвязи процессы окисления и восстановления. Теория флогистона развивала идеи Бехера и атомистические представления. Она позволила объяснить протекание различных процессов в ремесленной химии и, в первую очередь, в металлургии и оказала громадное влияние на развитие химических ремесел и совершенствование методов «экспериментального искусства» в химии.

Теория флогистона способствовала и развитию учения об элементах. Приверженцы теории флогистона называли элементами оксиды металлов, рассматривая их как металлы, лишенные флогистона. Металлы же, напротив, считали соединениями элементов [оксидов металлов] с флогистоном. Потребовалось лишь поставить все положения этой теории «с головы на ноги». Это и сделал А. Лавуазье спустя шесть десятилетий. Тогда химики смогли прийти к тому представлению об элементе, которое до сих пор сохранило свое значение.

Формированию нового понятия «элемент» благоприятствовал ряд обстоятельств. Прежде всего, в результате работ химиков-флогистиков была впервые создана завершенная теоретическая система, положения которой, казалось, полностью подтверждались при экспериментальном изучении реакций окисления и восстановления. Эта же теория позволила раскрыть механизм важнейших химических превращений. Почти все химики XVIII в. были приверженцами теории флогистона. Активным сторонником этой теории в начале своей деятельности был и А. Лавуазье, который в конце концов «низвергнул» флогистон, доказав, что для объяснения окислительно-восстановительных процессов не требуется никакого гипотетического вещества. Лавуазье много раз­мышлял о механизме химических реакций, и вывод, к которому он пришел, оказал большое влияние на дальнейшее развитие химии: количественные отношения взаимодействующих веществ - важнейший фактор, во многом определяющий ход химических реакций.

В то же время другие химики пытались сугубо умозрительно разрешить противоречие: отчего, несмотря на потерю флогистона, металлы при прокаливании увеличиваются в весе? Лавуазье нашел неопровержимые доказательства выдвинутым им теоретическим представлениям. При этом он опирался на результаты не только собственных опытов, но и на экспериментальные данные современников (Пристли, Шееле, Кавендиша).

Прежде чем перейти к рассмотрению фазы наивысшего развития знаний, которой завершился данный этап развития химии, обратимся к одному из более ранних периодов истории. Это необходимо по следующей причине. Некоторые историки химии считают, что флогистонное учение было шагом назад по сравнению с представлениями Бойля, Мэйоу и Рея. Подобное мнение оспаривает Ирен Штрубе в статье «О проблемах единства исторического и логического развития химических теорий в XVIII в.». По ее мнению, хотя Бойль и критиковал устаревшие представления об элементах, сам он не смог дать новой трактовки этого понятия. Так, уже Лемери считал недостаточным представление Бойля, согласно которому все вещества состоят из бескачественной первоматерии, образующей корпускулы. Поэтому наряду с использованием атомистических представлений Лемери развивал учение об элементах. Бойль понимал, что без более точного определения понятия «элемент» химия не может развиваться дальше. Поэтому он предполагал, что, вероятно, элементами следует называть вещества, обладающие большой устойчивостью к сохранению собственной индивидуальности при взаимодействии с другими телами: например, золоте и ртуть, которые можно выделить в их первоначальном виде из различных соединений. Но это был вывод скорее из практических наблюдений, не во всем совпадавший с теоретическими представлениями Бойля: все вещества в конечном итоге распадаются до корпускул - частичек бескачественной первоматерии. Гук и Мэйоу придерживались понятия элемента, близкого к тому, которое рассматривал Парацельс. Но в то же время они разделяли и корпускулярные представления Бойля.

Формулирование понятия «элемент» стало возможным лишь тогда, когда химики начали правильно трактовать процесс горения.

Впервые ученые усомнились в справедливости прежних представлений о природе горения после того, как было обнаружено увеличение веса [массы] металлов при прокаливании. Тогда же возникло предположение, что процесс горения может и не сопровождаться появлением огня. Еще ближе к решению этой проблемы удалось подойти, когда установили, что воздух является причиной увеличения веса [массы] веществ при окислении. Жан Рей писал по этому поводу: «Увеличение веса происходит благодаря воздуху. Воздух в сосуде уплотняется все сильнее и сильнее по мере того, как на него действует тепло печи. Он становится при этом более тяжелым и липким: смешивается с известью и прочно пристает к ее мельчайшим частицам.».

Р. Гук и Д. Мэйоу сделали еще шаг вперед к изучению механизмов окисления. Гук исследовал окисление металлов в разреженном воздухе и пришел к выводу, что в этом процессе играет роль не весь воздух, а особые «воздушные частицы», которые имеют важное значение и для горения. Мэйоу назвал эти частицы «селитряный воздух», поскольку установил, что такие специфические частицы содержатся и в селитре. Наблюдая горение в замкнутом пространстве (под стеклянным колоколом, погруженным в воду), Мэйоу установил, что в этом процессе принимает участие лишь четвертая часть воздуха.

Если рассматривать результаты этих исследований с точки зрения химика второй половины XX в., то трудно удержаться, чтобы не приписать Мэйоу открытие кислорода и понимание механизма процесса горения. В таком случае создание теории флогистона оказывается шагом назад. Однако взаимосвязи ни в истории химии, ни в общем развитии теоретического знания, отнюдь не были простыми. Для становления научной химии нужна была революция - такая же, какую произвело в астрономии создание системы Коперника. Мэйоу, который, казалось бы, пошел дальше других химиков в познании процессов горения, на самом деле оставался в плену устаревших представлений. Для него металл, например, все еще был соединением, которое «разделялось» при горении. Мэйоу приписывал «селитряному воздуху» следующие свойства: он должен разлагать металл при прокаливании, чтобы освобождались «горючие частицы». Частицы «селитряного воздуха» в процессах горения должны были соединяться с частицами соли в металле (в то время считалось, что ме­таллы состоят из трех первоэлементов - серы, ртути и соли). За счет такого соединения происходит увеличение веса [массы] металлической извести [оксида]. Таким образом, Джону Мэйоу не удалось усовершенствовать существовавшие ранее представления о горении. Обнаруженные им факты Мэйоу не сумел объяснить в свете основных положений химии. Прогресс, достигнутый в развитии химии благодаря созданию флогистонной теории, состоял в том, что Шталь предложил механизмы реакций окисления - восстановления и эмпирически попытался доказать их, рассмотрел отношения между начальными и конечными продуктами прямых и обратных химических реакций. После открытия Шталя окисление и восстановление стали рассматриваться как взаимосвязанные процессы. Доказательством этого послужили эксперименты по прокаливанию (окислению) металла и его восстановлению углем, а также по превращению серы при горении в диоксид и триоксид серы - с одной стороны, и восстановлению серы из оксидов - с другой. Флогистон при этом рассматривался как вещество, состоящее из мельчайших «частиц». Так же, как «частицы» тепла и света, «корпускулы флогистона» считалось невозможным обнаружить «вещественно». По мнению Шталя, воздух был лишь объектом, который помогал выделять частицы флогистона из различных веществ и поглощать их («удерживать в себе»).

Шталь объяснял процессы окисления и восстановления участием в них флогистона. Поэтому, в отличие от взглядов Мэйоу, для теории Шталя не было важным рассмотрение роли воздуха в процессе окисления. Наблюдение над повышением веса [массы] прокаливаемого металла для Шталя было тесно связано с проблемой «отрицательного веса» флогистона. Несмотря на одностороннюю, лишь качественную характеристику процессов, происходящих при горении, теория флогистона имела громадное значение для объяснения и систематизации именно этих превращений.

Однако с течением времени эта теория все чаще стала подвергаться критике именно в связи с экспериментальными данными о количественных соотношениях веществ, вступающих в химические реакции. М. В. Ломоносов обращал внимание химиков на роль воздуха в процессах прокаливания металлов. Он предпочел представления Мэйоу теории флогистона, так как считал, что теория флогистона не позволяет объяснить процессы, происходящие при прокаливании металлов, в соответствии с законом сохранения материи. Но доказать это экспериментально и теоретически первым сумел А. Лавуазье, который, как мы уже отмечали, сначала также был сторонником учения о флогистоне.

Флогистон

К числу открытий XVII в., имевших особое значение для развития химии, следует отнести открытие существования давления столба атмосферного воздуха, возможности использования этого давления и возможности создания вакуума. Некоторые исследователи стали приходить к мысли, что вакуум можно получить и без использования воздушного насоса. Предположим, вы вскипятили воду и заполнили камеру паром, затем снаружи остудили камеру холодной водой. При этом пар внутри камеры конденсируется в водяные капли, и в камере создается вакуум. Если одну из стенок такой камеры сделать подвижной, то под действием давления воздуха эта подвижная стенка будет втягиваться в камеру. Когда же в камеру попадет новая порция пара, стенка будет вновь выталкиваться, а затем при конденсации пара вновь втягиваться в камеру. Можно представить себе, что подвижная стенка - это своего рода поршень, совершающий возвратно-поступательные движения; такой поршень можно использовать, например, в насосе, работающем на паре. В 1698 г. такая паровая машина и в самом деле была создана английским горным инженером Томасом Севери (ок. 1650-1715). В этом устройстве использовался пар под большим давлением, что по тем временам было небезопасно. Примерно в то же время (1705 г.)

Томас Ньюкомен (1663-1729), работавший совместно с Севери, изобрел паровую машину, которая могла работать на паре под более низким давлением (рис. 5). Однако машина Ньюкомена не была универсальной, и ее можно было использовать практически только для поднятия воды. Конструкция машины была значительно усовершенствована шотландским механиком Джеймсом Уаттом (1736-1819), который и считается создателем универсальной паровой машины.

Рис. 5. Насосное устройство конструкции Ньюкомена, работавшее при атмосферном давлении. Впрыснутая в цилиндр вода вызывает конденсацию пара, в цилиндре создается вакуум, и поршень опускается вниз. Новая порция пара, поступающая в цилиндр из парового котла, возвращает поршень в исходное положение.

Появление паровой машины ознаменовало собой начало промышленной революции: человек получил машину, которая, казалось, могла переделать всю тяжелую работу на свете. Человек перестал зависеть от капризов силы ветра или месторасположений падающей воды, энергию которой можно было использовать для механической работы.

Не совсем обычное использование огня в паровой машине возродило у химиков интерес к процессу горения. Почему одни предметы горят, а другие не горят? Что представляет собой процесс горения? По представлениям древних греков все, что способно гореть, содержит в себе элемент огня, который в соответствующих условиях может высвобождаться. Алхимики придерживались примерно той же точки зрения, но считали, что способные к горению вещества содержат элемент «сульфур» (хотя необязательно саму серу).

В 1669 г. немецкий химик Иоганн Иоахим Бехер (1635-1682) попытался дать рационалистическое объяснение явлению горючести. Он предположил, что твердые вещества состоят из трех видов «земли», и один из этих видов, названный им «жирная земля» (terra pinguis), принял за «принцип горючести». Последователем весьма туманных представлений Бехера баль предложил схему процесса горения, объяснявшую роль флогистона.

Согласно Шталю, горючие вещества богаты флогистоном. В процессе горения флогистон улетучивается, а то, что остается после завершения процесса горения, флогистона не содержит и потому продолжать гореть не может. Шталь далее утверждал, что ржавление металлов подобно горению дерева. Металлы, по его мнению, содержат флогистон, а ржавчина (или окалина) флогистона уже не содержит. Такое понимание процесса ржавления позволило дать приемлемое объяснение и процессу превращения руд в металлы - первому теоретическому открытию в области химии. Объяснение Шталя состояло в следующем. Руда, содержание флогистона в которой мало, нагревается на древесном угле, весьма богатом флогистоном. Флогистон при этом переходит из древесного угля в руду, в результате древесный уголь превращается в золу, бедную флогистоном, а руда, бедная флогистоном, превращается в металл, богатый флогистоном.

Сам по себе воздух, по мнению Шталя, способствует горению лишь косвенно: он служит переносчиком флогистона, когда последний выходит из дерева или металла, и передает его другому веществу (если таковое существует).

Теория флогистона Шталя на первых порах встретила резкую критику. Особенно возражал против нее знаменитый голландский врач Герман Бургаве (1668-1738), который считал, что обычное горение и образование ржавчины не могут быть по сути дела одним и тем же явлением. Ведь горение сопровождается образованием пламени, а ржавление происходит без пламени. Сам Шталь объяснял это различие тем, что при горении веществ, подобных дереву, флогистон улетучивается настолько быстро, что нагревает окружающую среду и становится видимым. При ржавлении флогистон улетучивается медленно, поэтому пламя не появляется.

Несмотря на критику Бургаве, теория флогистона начала завоевывать популярность. К 1780 г. она была принята химиками почти повсеместно, так как позволила дать четкие ответы на многие вопросы. Однако один вопрос ни Шталь, ни его последователи разрешить не смогли. Дело в том, что большинство горючих веществ, например дерево, бумага, жир, при горении в значительной степени исчезали. Остававшаяся сажа или зола была намного легче, чем исходное вещество. Этого, по-видимому, и следовало ожидать, так как при горении флогистон улетучивался из вещества.

Согласно теории Шталя, в процессе ржавления металлы также теряли флогистон, тем не менее еще алхимиками в 1490 г. было установлено, что ржавый металл гораздо тяжелее нержавого. Почему вещество, теряющее флогистон, становится тяжелее? Может быть, как утверждали некоторые химики XVIII в., флогистон обладает отрицательным весом? Почему в таком случае дерево при горении уменьшается в весе? Или, может быть, существуют два вида флогистона - с положительным и с отрицательным весом?