С начала XVIII века в науке почти безраздельно господствовала теория флогистона, таинственной невесомой материи, вызывающей своим появлением все процессы горения, то внезапно охватывающей вещество и бурно соединяющейся с ним, то улетучивающейся в пространство.
Сторонники этой теории полагали, что флогистон может принимать форму огня лишь в известной материальной среде, а потому объявили воздух универсальным растворителем невесомого флогистона, постоянно в нем присутствующего. Поэтому горение без воздуха и затруднительно. По воззрениям сторонников флогистона, металлы представляли собой сложное тело, состоящее из «окалины» и присоединившегося к ним флогистона, а «окалина» (соединение металла с кислородом) оказывалась простым телом.
Ломоносов, отрицательно относившийся к невесомым материям, давно размышлял о физических причинах теплоты, не упуская из виду и химической стороны этого явления — процессов горения и обжигания металлов. В своем исследовании «Физические размышления о причинах теплоты и холода», напечатанном в первом томе «Новых комментариев» Петербургской Академии наук в 1750 году, но составленном Ломоносовым значительно раньше, он рассматривает вопрос и о том, что происходит при обжигании металлов.
«Если не ошибаюсь, — писал Ломоносов, — весьма известный Роберт Бойль первый доказал на опыте, что тела увеличиваются в весе при обжигании… Если это действительно может быть доказано для элементарного огня, то мнение о теплотворной материи нашло бы себе в подтверждение твердый оплот».
Роберт Бойль во время своих опытов (в 1673 году) брал кусок свинца, помещал его в запаянную стеклянную реторту, взвешивал и подвергал действию огня. Свинец превращался в порошок — «окалину». Бойль взламывал реторту, причем не преминул заметить, что воздух со свистом врывается в нее. После того Бойль взвешивал сосуд и устанавливал увеличение веса! Отсюда он делал вывод, что при прокаливании металла особо тонкая, но все же обладающая весом огненная материя проникла через стенки сосуда и, присоединившись к металлу, утяжелила его. Применив к химическому исследованию весы, Бойль встретился с новым явлением, но дал ему неверное толкование, удовольствовавшись представлением об «огненной материи».
Размышляя над описанными Бойлем фактами, Ломоносов приходит к выводу, что эти опыты «показывают лишь, что либо части пламени, сжигающего тела, либо части воздуха, во время обжигания, проходящего над прокаливаемым телом, обладают весом». В письме к Л. Эйлеру, написанном в 1748 году, Ломоносов утверждал: «Нет никакого сомнения, что частички воздуха, непрерывно текущего над обжигаемым телом, соединяются с ним и увеличивают вес его»[43]. Ломоносов, несомненно, считал вопрос решенным, но он не забывал о нем и в 1756 году повторил опыты Роберта Бойля с соблюдением тех же самых условий. Но Ломоносов взвесил запаянный сосуд с образовавшейся окалиной до того, как он был вскрыт и в него впущен воздух. Увеличения веса не последовало!
В своем отчете Ломоносов писал:
«Делал опыт в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жару. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере».
Этот опыт являлся подтверждением и одновременно следствием того закона сохранения вещества при химических превращениях, которым Ломоносов неизменно руководствовался в своей экспериментальной работе. Еще в письме к Леонарду Эйлеру от 5 июля, 1748 года Ломоносов отчетливо во всеобъемлющей форме высказал великий и основной закон природы:
«Все перемены в натуре случающиеся такого суть состояния, что сколько чего от одного тела отнимается, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте… Сей всеобщий естественной закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своей силой другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».
43
Еще в 1674 году английский химик Джон Майов (1643–1679) высказал предположение, что увеличение веса сурьмы при кальцинировании (обжиге) происходит за счет «селитряных частиц», содержащихся в воздухе. Труды Майова были вскоре забыты и о них вспомнили только в конце XVIII века. Несомненно, что Ломоносов пришел к своим выводам об увеличении веса металлов при обжиге совершенно самостоятельно.