Титульный лист работы Г. Э. Шталя
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[78] и прочно пристает к ее мельчайшим частицам." [96].
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 [93, с. 103]. 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").
Приборы для демонстрации изменений в составе воздуха (из работы Дж. Мэйоу). Слева направо — при погружении железа в азотную кислоту; при сжигании камфоры с помощью нагревательной линзы; при дыхании животного (все опыты проводятся в закрытых объемах воздуха)
78
Металлической известью или просто известью назывались в то время оксиды металлов.- Прим. перев.