СТРОЕНИЕ И
ПРЕВРАЩЕНИЕ ВЕЩЕСТВ

Продолжение. Начало см. в № 39/2003

Ломоносов — основоположник химической науки
и атомно-молекулярной теории строения вещества

В замечательном труде «Элементы математической химии», написанном в 1741 г., Ломоносов впервые представляет химию в виде науки, объединяющей в себе задачи изучения химических явлений и химических процессов.
В первом параграфе этой работы ученый дает следующее определение химии: «Химия — наука изменений, происходящих в смешанном теле, поскольку оно смешанное».
И далее он раскрывает содержание этой науки: «Практическая часть химии состоит в историческом познании изменений смешанного тела... Теоретическая часть химии состоит в философском познании изменений смешанного тела. Истинный химик должен быть теоретиком и практиком».
Чтобы понять значение такого определения химии и ее задач, необходимо напомнить, что во всех учебниках и научных работах того времени химия рассматривалась только как искусство изготовления различных веществ и описания свойств природных и искусственно полученных тел, т. е. химия была ремеслом, лишенным теоретических основ.
Следовательно, Ломоносов первый поставил химию в ряд наук и 200 лет назад дал ее определение, соответствующее современному.
С именем Михаила Васильевича связана организация научных исследований в России. Несмотря на явное сопротивление со стороны фактического в то время управителя академией И.Д.Шумахера и возглавлявшейся им немецкой группировки, в 1748 г., после семилетней борьбы с Шумахером, была построена в России первая научная химическая лаборатория, которая одновременно служила и учебным целям.

Титульный лист книги «Слово о пользе химии»

Сопротивление Шумахера Ломоносов объяснял следующим: «Шумахеру было опасно происхождение науки и произвождение в профессоры природных россиян, от которых он уменьшения своих сил больше опасался, того ради учение и содержание российских студентов было в таком небрежении, по которому ясно оказывалось, что не было у него намерения их допустить к совершенству учения».
Вся научная деятельность Ломоносова неразрывно связана с развитием химической науки в России.
Ломоносов придавал большое значение количественным определениям, работам «по мере и весу».
«При всех упомянутых опытах, — пишет он в программе своих работ по физике и химии, – буду я примечать и записывать не токмо самые действия, вес или меру употребляемых к тому материй и сосудов, но и все окрестности, которые надобны быть покажутся».
Достижения химической науки он связывал с решением практических задач. Эту мысль он ясно выражает следующими словами: «Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие», и поясняет ее такими примерами: «Химия, выжимая из трав и цветов соки, вываривая коренье, растворяя минералы, и разным образом их между собой соединяя... тем сколько нас украсила...» И далее указывает, что ни одно художество, т. е. промышленное производство и искусство, не может обходиться без химии.
Ломоносов не только поставил химию в ряд наук, но и создал теоретические основы для развития этой науки. Именно ему принадлежит создание основ атомно-молекулярной теории строения вещества.
В упомянутом выше труде «Элементы математической химии» Ломоносов пишет, что все изменения тел происходят при помощи движения, и далее доказывает, что без движения нельзя представить никакого изменения. В основе этого движения лежат элементы (по-современному – атомы), которые, соединяясь между собой, образуют корпускулы (молекулы). «Элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших и отличающихся от него тел... Корпускулы есть собрание элементов, образующее одну малую массу... Корпускулы однородны, если состоят из одинакового числа одних и тех же элементов, соединенных одинаковым образом... Корпускулы разнородны, когда элементы их различны и соединены различным образом или в различном числе; от этого зависит бесконечное разнообразие тел».
Корпускулы, состоящие из элементов, находятся в движении, чем и определяются, по мнению ученого, все изменения тел. Химические превращения могут быть изучены только методами математики, физики, химии, тесно связанными между собой. Он вводит впервые понятие «элемент» как простейшей частицы вещества. Вводя понятие «корпускулы», он считает их сложенными из элементарных частиц. Корпускулы химически различны, если составляющие их частицы элементов неодинаковы или различно сложены. Агрегатное состояние тела определяется разным способом связи частиц.
Таким образом, Ломоносов одной из причин разнообразия веществ считает различное расположение элементов в корпускуле.
Если мы заменим в его рассуждениях корпускулы молекулами, а элементы – атомами, то перед нами вырисовывается современная атомно-молекулярная теория строения вещества.
Изучая произведения Ломоносова, можно увидеть, что все его работы по химии, физике и естественным наукам основаны на этой теории.

Ломоносов — автор
фундаментальных законов
физики и химии

За 40 лет до Лавуазье Ломоносов открыл законы сохранения массы вещества и энергии, которые он впервые в истории науки четко сформулировал, понимая их как единый всеобщий «естественный закон природы». Эти открытия – одна из величайших заслуг Ломоносова как химика и физика.
Первую формулировку закона сохранения массы вещества мы находим в его письме, датированном июлем 1748 г., академику Л.Эйлеру. Критикуя выводы Бойля из опытов по прокаливанию металлов, он писал: «Все изменения, случающиеся в природе, происходят так, что если что-либо прибавится к чему-либо, то столько отнимается от чего-либо другого».
В этом письме Эйлеру Ломоносов повторяет мысль, высказанную им в диссертации «Физические размышления о причинах теплоты и холода» (1744). «Если не ошибаюсь, – писал он, – первый, весьма известный Р.Бойль доказал на опыте, что тела увеличиваются в весе при обжигании и что можно сделать части огня и пламени стойкими и взвешиваемыми. Если это действительно может быть показано для элементарного огня, то мнение о теплотворной материи нашло бы себе в подтверждение твердый оплот. Однако большая часть, почти что все опыты его над увеличением веса при действии огня показывают лишь, что либо части пламени, сожигающего тело, либо части воздуха, во время обжигания проходящего над прокаливаемым телом, обладают весом». И далее он остроумно доказывает, что в процессе обжигания к телам присоединяется материя, однако не та, которая приписывается огню.

Ломоносов не ограничивался только общими рассуждениями по этому вопросу, а произвел проверку опытов Бойля во вновь организованной лаборатории Академии наук, прокаливая металлы в закрытых сосудах.
Нужно отметить, что Бойль, прокаливая свинец в запаянной реторте, взвешивал реторту после прокаливания, предварительно впустив в нее воздух, и наблюдал увеличение веса металла. Исходя из этих наблюдений, он объяснил увеличение веса металла тем, что при обжиге участвует «теплотворная материя», которая, по мнению Бойля, настолько тонка, что проходит сквозь стенки стеклянного сосуда.
Ломоносов поставил опыт по-иному. Он взвесил запаянную реторту с металлом до прокаливания и после прокаливания, не впуская воздуха, и обнаружил, что вес запаянного сосуда не изменяется.
В своем докладе в 1758 г. «Об отношении количества материи и веса», основываясь на своих опытах, Ломоносов четко формулирует, что в процессе обжига металла участвует воздух. «Нет никакого сомнения, – говорит он, – что частички из воздуха, текущего непрерывно над подвергаемым обжиганию телом, соединяются с последним и увеличивают его вес». Таким образом, Ломоносов устанавливает, что прибавление веса металла при прокаливании есть результат соединения его с воздухом, причем при прокаливании металла в закрытом сосуде вес его увеличивается на столько же, на сколько уменьшается вес воздуха.
В ежегодном отчете о своей деятельности за 1756 г. ученый, описывая свои опыты, отмечает: «...что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере».
В своем классическом труде, опубликованном в 1760 г., «Рассуждение о твердости и жидкости тел» Ломоносов вновь повторяет формулировку закона сохранения массы веществ, связывая его с законом сохранения энергии. «Но как все перемены, – пишет он, – в натуре 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. Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».
Таким образом, закон сохранения массы веществ не является случайным высказыванием Ломоносова, как это пытались изобразить некоторые авторы, а красной нитью проходит через все его работы. Все научные обобщения Ломоносов делает на основе этого закона.
Если приоритет ученого в открытии закона сохранения массы вещества у многих авторов вызывал споры, то закон сохранения энергии даже и не связывался с его именем. Однако, изучая работы Ломоносова, нужно с полной определенностью признать, что в общей форме закон сохранения энергии был впервые высказан также им.

Очень часто ссылаются только на одну формулировку Ломоносова, а именно на ту, которая приведена выше, где он говорит о том, что «сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения». На основании этого утверждают, что Ломоносов ограничивался только признанием сохранения количества движения, однако он много шире понимал это явление.
Так, в своей диссертации «О действии химических растворителей вообще» (1743) он указывает: «Когда какое-либо тело ускоряет движение другого, то сообщает ему часть своего движения; но делает это, лишь само теряя точно такую же часть. Поэтому частички воды, ускоряя вращательное движение частичек соли, теряют часть своего вращательного движения. А так как последнее — причина теплоты, то нисколько не удивительно, что вода охлаждается при растворении соли».
Здесь Ломоносов совершенно четко формулирует, что одна форма движения – механическая – может переходить в другую – тепловую.
Необходимо отметить, что Ломоносов закон сохранения массы вещества и энергии рассматривает в единстве, как всеобщий естественный закон природы.
В научной литературе появлялись сведения о заимствовании А.Л.Лавуазье ломоносовской формулировки закона сохранения и подтверждении его истинности собственными экспериментами.
Лавуазье, образованнейший человек, член Французской академии наук, живший в то время, когда слава о русском ученом гремела по всему миру, не мог не знать о работах последнего. С уверенностью можно сказать, что, делая свои опыты с прокаливанием металлов в закрытой реторте, Лавуазье лишь повторил известные ему опыты Ломоносова. Однако он нигде не упоминает имени русского ученого.
Оценивая работы Лавуазье, следует, однако, отметить, что он правильно понял основные положения Ломоносова, сумел молекулярно-кинетическую теорию газов связать с открытым Шееле и Пристли кислородом и создать кислородную теорию горения, а также обобщить в своем учебнике все достижения химиков того времени.
Будучи мастером эксперимента, уяснив всю важность союза химии и математики, Лавуазье использовал имеющие громадное научное значение опыты Ломоносова с прокаливанием металлов. Так, 20 февраля 1772 г. он делает заметку в своей записной книжке. «Я осознал, – пишет Лавуазье, – необходимость сперва повторить опыты, сопровождающиеся поглощением воздуха, и умножить их число, чтобы, зная происхождение этого вещества, я мог бы проследить его действие в различных соединениях. С этих опытов я считаю должным начать».
Спустя 17 лет после опытов Ломоносова, в 1774 г., Лавуазье повторил их и пришел к тому же заключению, что и русский ученый.
Лавуазье прекрасно понимал фундаментальность закона сохранения массы вещества, но он нигде явно себе его не приписывал, т. к. в памяти ученых того времени еще свежи были опыты Ломоносова и выводы, которые он делал из этих опытов.
В 1789 г. Лавуазье выпустил в свет «Начальный учебник химии», в котором обобщил мировые достижения в области химии того времени. Только здесь Лавуазье впервые, спустя 41 год после Ломоносова, привел точную формулировку закона сохранения массы вещества, но, не приписывая открытие закона себе, он говорит о нем как о хорошо известном и давно установленном. Повествуя об этом законе на протяжении всей книги, Лавуазье поместил полную формулировку его не в начале, а лишь на 141-й странице, в главе о процессах брожения. Это является свидетельством того, что Лавуазье знал о работах Ломоносова и не указал автора этого закона.
Учебник химии Лавуазье охватывает все существенные открытия в области химии. С появлением его для большинства исследователей отпала необходимость обращаться к изучению научных трудов, опубликованных ранее, в особенности отдельных статей, напечатанных в старых журналах.

Основная же причина того, что Ломоносова «забыли», – его страстная борьба с мистицизмом, его материалистические философские взгляды. Ломоносов считал, что всякое знание должно опираться на опыт и наблюдения. «Из наблюдений установить теорию, – пишет он в работе “Рассуждение о большей точности морского пути”, – через теорию исправлять наблюдения — есть лучший из всех способов к изысканию знаний». Он, следовательно, из своих опытов умел делать выводы и широкие теоретические обобщения. Ломоносов едко высмеивает тех химиков, которые дальше «пеплу и дыму» не могут ничего видеть. С исключительной убежденностью он верил в могущество науки и возможность познания мира. Все это после французской революции, когда материализм вызывал ужас у господствующих классов, не могло способствовать популяризации его работ. Можно сказать, что «ученые» — представители господствующих классов – сделали все, чтобы «забыть» работы Ломоносова в области естествознания.

П.А.КОШЕЛЬ