Рассказ о строении вещества: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Ломоносов считает, что материя неуничтожаема — при любых изменениях различных веществ, при любых химических взаимодействиях (реакциях) — соединяются ли простые тела в сложные или, наоборот, сложные вещества разлагаются на элементы — масса взаимодействующих веществ должна оставаться одной и той же, постоянной. Пусть химические элементы переходят при реакциях из одних соединений в другие, пусть в результате какой-либо реакции исчезают два взаимодействующих вещества и получается неизвестное третье — вес, масса всех веществ в этих случаях остается той же. Другими словами, если два вещества химически соединяются и дают третье — новое и более сложное вещество, то масса этого вновь полученного вещества равняется массе первых двух веществ.

Такой вывод Ломоносов записывает впервые в 1748 году:

«Все перемены в Натуре (то-есть в природе) случающиеся такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте…»

И далее он добавляет: «Сей всеобщей естественной закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оныя (т. е. силы) у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».

Это замечательное высказывание великого русского учёного, важнейшее по своей широте и значению, говорит о том, что Ломоносов первым в мире открыл и сформулировал всеобъемлющий великий закон природы — закон сохранения массы и энергии, закон сохранения материи, как объективной, существующей помимо нашего сознания реальности во всех её проявлениях. В отличие от всех предшественников, Ломоносов говорит не только о законе сохранения массы или о законе сохранения движения, взятых в отдельности. Он первым гениально предугадывает слияние этих законов в единый всеобъемлющий закон природы. Русский учёный говорит о любых «переменах в Натуре случающихся», об общем законе сохранения при этом и приводит примеры сохранения материи (массы вещества) и сохранение силы (энергии).

Открытый М. В. Ломоносовым великий закон единства и неуничтожаемости материи был подтверждён всеми последующими достижениями науки.

Прежде всего сам Ломоносов, понимая огромное значение открытого им закона, проводит в 1756 году опыты с целью узнать, насколько подтверждается при различных химических превращениях веществ закон сохранения их массы. Учёный повторяет опыты английского учёного Бойля, который утверждал, что если в закрытом стеклянном сосуде нагревать металл, то он увеличивается в весе благодаря тому, что в сосуд проникают через стекло «частицы огня» и соединяются с металлом.

Ломоносов сперва в точности повторил опыты Бойля; он помещал в запаянной реторте (стеклянный сосуд особой формы, употребляемый химиками) металл, взвешивал реторту и затем нагревал на огне в течение двух часов. После этого запаянное горлышко реторты обламывалось, в неё с шумом врывался наружный холодный воздух, реторта охлаждалась и снова взвешивалась, как и прежде, вместе с металлом.

Как и Бойль, Ломоносов обнаружил, что металл прибывал в весе. Чем это можно было объяснить? Бойль думал, что прибавка в весе объясняется тем, что «материя огня» проходит сквозь стекло колбы и проникает в поры металла. Но Ломоносов никаких таинственных «тонких материй», в том числе и «материи огня», как уже говорилось, не признавал. И вот тогда он поставил тот же опыт, но в конце, после нагревания реторты на огне и охлаждения её, он взвесил её, не отламывая горлышка сосуда.

«Оными опытами, — пишет Ломоносов, — нашлось, что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере», а значит, и никакой «материи огня» в реторту не проникает.

Чем же объяснить прибыль в весе в том случае, когда реторта перед взвешиванием вскрывалась?

Ломоносов предполагал, что это зависит от поглощения металлом воздуха. И действительно, теперь мы знаем, что при нагревании металл окисляется, то-есть соединяется с кислородом (получается окисел металла), но окисляется металл за счёт того кислорода воздуха, который находится в закрытой реторте. При этом вес металла увеличивается ровно на столько, на сколько уменьшается вес воздуха в реторте, — ведь из него ушла часть кислорода на окисление металла. Благодаря этому общий вес закрытой реторты и металла не изменяется. Иными словами, хотя здесь и происходит химическая реакция окисления, общее количество вещества не прибывает и не убывает — вес веществ, участвующих в реакции, не изменяется. Но стоит лишь открыть реторту, как на место воздуха, поглощённого металлом, внутрь колбы ворвётся наружный воздух, причём наружного воздуха зайдёт в колбу ровно столько по объему, сколько ушло кислорода воздуха на окисление металла. Вот поэтому-то при вскрытии реторты в опытах Бойля наружный воздух и врывался с шумом внутрь неё.

Так впервые на опыте М. В. Ломоносовым был подтверждён закон сохранения массы при химических превращениях, один из важнейших законов химии, являющийся в то же время частью установленного им более общего закона сохранения материи. Так было показано огромное практическое значение великого закона.

Через 18 лет после Ломоносова открытый им закон подтвердил аналогичными опытами французский химик Лавуазье.

Вскоре новый количественный метод был признан всеми. Каждый учёный стал пользоваться по совету русского учёного «мерой и весом».

Великий закон, открытый Ломоносовым, явился блестящей победой материалистической науки, свободной от мистических «невесомых материй», от поповских «чудес» и прочих вредных и ненаучных бредней. Вещество, материя, из которой построен мир, неуничтожаема, вечна. Нет в мире невещественных материй, неуловимых и непознаваемых. Материя, сколь ни разнообразны её формы, может быть обнаружена, взвешена или измерена. Многогранны формы существования материи; ни на мгновение не прекращаются в природе разнообразнейшие изменения веществ, переход одной формы материи в другую. Но при всём этом материя не рождается из «ничего» и не превращается в «ничто». Материя вечна! Материя, охватывающая «все перемены в Натуре случающиеся» и сохраняющаяся в целом, о которой думал Ломоносов, близка к пониманию материи в ленинском диалектико-материалистическом философском значении этого слова.

Таково философское значение великого закона природы, открытого М. В. Ломоносовым.

Вместе с тем великий закон природы дал в руки учёных новый, неоценимый способ исследования природы. В науке начинают определять количественный состав тел.

Это позволяет в ближайшие же несколько десятков лет — на рубеже XIX века — открыть ряд важнейших законов современной химии, что даёт в свою очередь учёным ключ к разгадке природы вещества.

2. Что такое химическое соединение

Уже давно учёных занимал такой вопрос: постоянен ли состав сложных тел природы? Возьмём, например, воду. Химики знают, что это сложное тело: оно состоит из водорода и кислорода. Но каково отношение этих двух элементов в воде друг к другу? Содержит ли вода кислород и водород всегда в одинаковом процентном отношении? Быть может, вода рек отличается по своему составу от воды озёр, а вода подземных источников отлична от той и другой?

Пока в химии не существовало точного количественного анализа, ответить на такой вопрос было невозможно. С открытием Ломоносовым закона постоянства вещества и движения положение изменилось. Каждый опыт учёного стали контролировать чувствительные весы. Тогда и был найден ответ на вопрос о том, постоянен ли состав сложных тел.

Но далеко не сразу был найден правильный ответ на этот важнейший для химии вопрос. Многие химики считали, что состав химических соединений непостоянен, он зависит от того, в каких количествах были взяты действующие друг на друга вещества. Так, при образовании окиси железа процент кислорода и железа в этом соединении зависит от того, сколько частей кислорода взято на одну часть железа. Такой взгляд подтверждался опытами, и потому возражать против этого утверждения, казалось, было нельзя.

Но вот этим вопросом занялся химик Пруст. Он решил более подробно изучить состав различных веществ. Первое вещество, которое он исследовал, было природное соединение меди — водная углекислая соль меди. В науке о горных породах — минералогии — это соединение называют малахитом. Прежде всего химик решил получить углекислую медь в чистом виде. Для этого он взял небольшое количество малахита, растворил его в азотной кислоте и добавил к полученному раствору поташ. На дно сосуда выпал осадок. Это была чистая углекислая медь. Учёный отделил осадок углекислой меди от раствора и определил её состав. В углекислой меди оказалось по весу 51,5 процента меди, 9,7 процента углерода и 38,8 процента кислорода, то-есть, иными словами, в 100 весовых частях углекислой меди содержалось 51,5 части меди, 9,7 части углерода и 38,8 части кислорода.

Не изменится ли, однако, состав углекислой меди, если её ещё раз растворить в кислоте и затем снова выделить в осадок? Это можно было проверить только опытом. И Пруст поставил новый опыт — он растворил чистую углекислую медь и вновь выделил её в осадок при помощи поташа.

Но и теперь состав химического соединения не изменился: в углекислой меди содержалось по-прежнему 51,5 процента меди, 9,7 процента углерода и 38,8 процента кислорода.

Учёный снова переосадил углекислую медь, — и в этом случае процентный состав соединения не изменился.

Это было уже интересно. Получалось, что различные простые вещества — элементы — такие, как углерод, кислород, медь или железо, соединяются друг с другом только в определённых количественных соотношениях.

Сделав такое предположение, учёный начал проверять состав других тел природы. Он брал различные образцы соединений олова, сернистого железа, воду из разных источников, тщательно проверял их состав и находил его постоянным. К учёному поступали запечатанные бутылки с водой северных и южных морей, больших и малых рек, высокогорных и подземных озёр. Вода приходила со всех концов света. Но откуда бы ни была получена вода, её состав был совершенно одинаков — 88,9 процента кислорода и 11,1 процента водорода.

Выходило, что сложные химические соединения, где и как бы они образованы ни были, имели постоянный весовой состав, содержали всегда одни и те же весовые количества входящих в их состав элементов.