Антуан Лавуазье
Антуан Лоран де Лавуазье (1743-1794), французский химик и государственный деятель, вошёл в историю как основатель современной химии: он доказал несостоятельность господствовавшей теории флогистона, установил закон сохранения массы, создал систему химической номенклатуры и превратил химию из собрания алхимических рецептов в точную количественную науку.
Происхождение и образование
Антуан Лавуазье родился 26 августа 1743 года в Париже в обеспеченной буржуазной семье. Его отец, Жан-Антуан Лавуазье, был адвокатом Парижского парламента. Мать умерла, когда мальчику исполнилось пять лет, оставив ему значительное наследство. Воспитывала Антуана тётя по материнской линии, благодаря которой он получил превосходное образование.
С 1754 года Лавуазье учился в Коллеже Четырёх Наций (коллеж Мазарини), одном из лучших учебных заведений Парижа. Отец рассчитывал на юридическую карьеру сына, и в 1763 году Антуан получил степень бакалавра, а в 1764 году степень лиценциата права. Однако параллельно с юриспруденцией он слушал лекции по астрономии у аббата Никола Луи де Лакайля, изучал ботанику под руководством Бернара де Жюссье, минералогию и геологию у Жана-Этьена Геттара, а химию у прославленного Гийома Франсуа Руэля. Именно разнообразие этих наук сформировало у Лавуазье привычку мыслить количественно и проверять любую гипотезу взвешиванием.
В 1764 году, в возрасте двадцати одного года, он опубликовал свою первую научную работу. В 1765 году Лавуазье представил Академии наук обстоятельный мемуар о лучших способах освещения городских улиц, а в 1766 году король наградил его золотой медалью за это исследование. В 1768 году, в двадцать пять лет, Лавуазье был избран адъюнктом по химии Парижской академии наук, впоследствии став её полноправным членом и в 1785 году заняв должность секретаря академии.
Весы как главный инструмент науки
Принципиальное отличие Лавуазье от большинства современников состояло в методе работы. Там, где другие химики полагались на качественные наблюдения и умозаключения, он неизменно прибегал к точным весовым измерениям. Французский мастер Фортен по его заказу изготовил весы исключительной точности. Лавуазье ввёл в химическую практику барометр и термометр для учёта газов, разработал газометр для точного измерения объёмов газообразных веществ и создал калориметр совместно с Пьером-Симоном Лапласом в 1780 году.
Уже в 1770 году эта методичность принесла первый значимый результат. Бытовало мнение, что вода при длительном кипячении частично превращается в землю: в колбах после выпаривания действительно оставался осадок. Лавуазье провёл опыт, взвесив воду, колбу и осадок до и после кипячения в запаянном сосуде в течение нескольких недель. Итог: вес воды не изменился, осадок по массе точно соответствовал потере веса стекла колбы. Никакого превращения воды в землю не было: осадок происходил из самого стекла, растворённого кипятком. Этот опыт, описанный в мемуаре «О природе воды», стал образцовым примером применения весового метода и предвосхитил закон сохранения массы.
Кислород и крушение теории флогистона
В 1772 году Лавуазье обратил всё внимание на загадку горения. Господствовавшая тогда теория флогистона, разработанная немецким учёным Иоганном Иоахимом Бехером и его учеником Георгом Эрнстом Шталем, утверждала: любое горючее вещество содержит особый невесомый компонент, флогистон, который при горении выделяется в воздух. Трудность состояла в том, что металлы при прокаливании увеличивались в весе, а не уменьшались. Сторонники теории придумывали всё более изощрённые объяснения, приписывая флогистону отрицательный вес.
Лавуазье подошёл к вопросу иначе. Он установил, что при горении серы, фосфора и металлов продукты горения тяжелее исходных веществ, и в октябре 1772 года запечатал свои первые выводы в конверт, сданный на хранение в Академию наук: классический приём для фиксации приоритета. В августе 1774 года английский химик Джозеф Пристли посетил Париж и рассказал Лавуазье об открытом им «дефлогистированном воздухе»: газе, который поддерживал горение значительно лучше обычного воздуха. Пристли истолковал это открытие в рамках теории флогистона. Лавуазье увидел иное.
На протяжении 1775-1778 годов он провёл серию точных опытов, прокаливая металлы в запаянных сосудах и тщательно взвешивая все компоненты до и после реакции. В Пасхальном мемуаре 1775 года Лавуазье описал, что при прокаливании металлов к ним присоединяется компонент воздуха, и назвал его «чистым воздухом», а в 1778 году дал ему имя «кислород» от греческих слов, означающих «кислотообразующий». Он доказал, что горение есть не что иное, как соединение вещества с кислородом, а не выделение флогистона. В 1783 году Лавуазье опубликовал «Размышления о флогистоне», в которых последовательно опроверг теорию и показал её полную ненужность. Швед Карл Вильгельм Шееле и британец Пристли открыли кислород независимо раньше Лавуазье, однако именно Лавуазье разгадал природу вещества и дал ему правильную интерпретацию.
Закон сохранения массы и состав воды
В 1783-1784 годах Лавуазье совместно с математиком Жан-Батистом Робером Менье провёл опыты по синтезу воды из водорода и кислорода, получив 45 граммов воды из точно отмеренных количеств газов. Это подтвердило, что вода не является простым элементом, как полагали со времён Аристотеля, а представляет собой соединение двух газов.
Эти опыты стали прямым воплощением закона, который Лавуазье последовательно проверял с 1770-х годов: в химических реакциях масса веществ не исчезает и не возникает из ничего, суммарная масса реагентов равна суммарной массе продуктов. Этот принцип, известный сегодня как закон сохранения массы, он чётко сформулировал в «Начальном учебнике химии» 1789 года: «В природе ничего не создаётся ни в искусстве, ни в природе; можно принять как аксиому, что в каждой операции количество материи до и после остаётся одним и тем же». Именно этот принцип превратил химию в количественную науку, где каждая реакция должна быть сбалансирована по массе.
Совместно с Лапласом Лавуазье исследовал теплоту и дыхание. В 1783 году они опубликовали «Мемуар о теплоте», заложивший основы калориметрии. В 1789-1790 годах, совместно с Арман Сеганом, Лавуазье установил, что дыхание животных есть медленное окисление: живой организм поглощает кислород и выделяет углекислый газ, подобно горению, только медленному и управляемому. Это открытие стало отправной точкой научной физиологии.
Реформа химической номенклатуры
К 1780-м годам химия располагала тысячами веществ с беспорядочными, исторически сложившимися названиями: «купоросное масло», «философская ртуть», «горный зелёный», «спирит Нитри». Понять из названия состав вещества было невозможно. Лавуазье взялся за систематизацию совместно с тремя коллегами: Луи Бернаром Гитоном де Морво, Клодом Луи Бертоле и Антуаном Франсуа Фуркруа.
В 1787 году вышла в свет «Метода химической номенклатуры» (Méthode de nomenclature chimique), которая установила принципы, действующие по сей день: название соединения должно отражать его состав. Оксид железа называется оксидом железа, серная кислота получает имя по содержащемуся сере. Авторы ввели понятие «элемент» в современном смысле (вещество, которое нельзя разложить химическими методами), составили первый научный список из 33 элементов, предсказав существование ряда ещё не открытых веществ. Именно тогда появились систематические названия кислорода, водорода, азота, углерода и большинства других элементов, которые химики используют до сих пор.
В 1789 году Лавуазье опубликовал «Начальный учебник химии» (Traité élémentaire de chimie), который немедленно стал главным учебным пособием новой науки. Книга была переведена на несколько языков и выдержала множество изданий. Когда в 1792 году британский химик Ричард Кирван, один из последних защитников теории флогистона, прочёл французский учебник, он публично отказался от своих прежних взглядов и принял систему Лавуазье.
Мари-Анн: партнёр и хранитель наследия
В 1771 году, в возрасте двадцати восьми лет, Лавуазье женился на Марии-Анне Пьеретте Польз, дочери Жака Польза, пайщика откупа. Невесте было тринадцать лет: в то время подобные браки по имущественным соображениям были обычной практикой французской буржуазии. Однако союз оказался редким в истории науки примером настоящего научного товарищества.
Мари-Анн брала уроки рисования у художника Жака-Луи Давида, впоследствии ставшего придворным живописцем Наполеона, и создавала точные гравюры лабораторных приборов для научных публикаций мужа. Она в совершенстве овладела английским языком, которого Лавуазье не знал, и переводила для него труды Пристли, Кирвана и других британских химиков, снабжая переводы критическими комментариями. Мари-Анн вела лабораторные журналы во время опытов, редактировала рукописи и встречала в их доме многих выдающихся учёных эпохи, в том числе американского государственного деятеля Бенджамина Франклина и физика Бенджамина Томпсона.
После казни мужа Мари-Анн добилась возвращения конфискованных бумаг и лабораторного оборудования и в 1805 году издала посмертный сборник его мемуаров. Она пережила Лавуазье на сорок два года и скончалась в 1836 году в возрасте семидесяти восьми лет.
Налоговый откуп и государственная служба
Наряду с научной деятельностью Лавуазье вёл активную деловую и общественную жизнь. В 1768 году он приобрёл пай в Генеральном откупе (Ferme générale), частной компании, собиравшей косвенные налоги по королевскому контракту. Это предприятие сделало его состоятельным человеком, позволив финансировать дорогостоящие химические эксперименты и строительство одной из лучших частных лабораторий Европы.
В 1775 году Лавуазье был назначен одним из четырёх королевских комиссаров по управлению порохом и селитрой. Следующие семнадцать лет он прожил в Арсенале, где в его распоряжении находилась великолепная лаборатория. За эти годы он радикально улучшил качество французского пороха: благодаря его реформам производство пороха в стране выросло вдвое, что сыграло роль в Войне за независимость США, снабжение которой шло в том числе через Францию. В 1783-1788 годах Лавуазье работал в комитете земледелия, изучал агрохимию и участвовал в разработке рекомендаций по улучшению сельскохозяйственного производства. В 1787 году он представлял третье сословие в Орлеанском провинциальном собрании. В 1790 году Лавуазье возглавил комиссию по разработке единой метрической системы мер и весов, чей доклад с рекомендацией принять метр за основу длины был представлен в марте 1791 года.
Революция, арест и казнь
Французская революция поставила Лавуазье в трагическое положение. Как откупщик он принадлежал к одному из самых ненавидимых народом институтов Старого режима: откупщики ассоциировались с вымогательством и угнетением бедных. В 1793 году якобинский Конвент упразднил Академию наук. В конце ноября того же года был отдан приказ об аресте всех членов Генерального откупа.
8 мая 1794 года Революционный трибунал осудил двадцать восемь откупщиков. Лавуазье был приговорён к смертной казни по обвинениям в государственной измене и махинациях с налогами. Попытки друзей и коллег вступиться за учёного не дали результата. По преданию, оспариваемому историками, председатель трибунала Жан-Батист Коффиналь ответил на просьбы о помиловании: «Республике не нужны учёные». В тот же день, 8 мая 1794 года, Лавуазье был гильотинирован на Площади Революции вместе с другими осуждёнными. Ему было пятьдесят лет. Останки захоронили в общей могиле на кладбище Эрранси. Полтора года спустя Лавуазье был полностью реабилитирован посмертно, а его вдова получила конфискованное имущество с запиской «Вдове Лавуазье, осуждённого по ложному обвинению».
Математик Жозеф Луи Лагранж, узнав о казни, произнёс: «Достаточно было одной минуты, чтобы срубить эту голову, и ста лет не хватит, чтобы создать вторую такую». В 1935 году Международный астрономический союз присвоил имя Лавуазье лунному кратеру, а имя учёного навсегда вписано на первом этаже Эйфелевой башни в список семидесяти двух величайших французских учёных.