Белла Дижур - Путешественники-невидимки
Он нарисовал отчетливую картину строения веществ; рассказал о химических элементах, сочетание которых создаёт многообразие мира; показал, как мельчайшие невидимые частички — атомы — соединены в более крупные частички — молекулы. Ломоносов не употреблял названий, к которым мы привыкли. Химический элемент он называл «началом», молекулу — «корпускулой». Но созданная им теория и теперь — двести лет спустя — является основой научной химии.
Древним же философам принадлежит мысль о том, что в природе ничего не исчезает бесследно и ничего не создаётся вновь.
Римский поэт Тит Лукреций Кар, живший на несколько столетий позднее Демокрита, оставил поэму «О природе вещей». В этом произведении излагаются философские взгляды того времени:
«Первоначальное правило ставит природа такое:
из ничего даже волей богов ничего не творится…» —
писал поэт.
«Из ничего не рождаются вещи.
Также не могут они, народившись, в ничто обратиться».
Эти мысли древних философов были известны учёным. Однако никто до Ломоносова не пытался доказать их опытами и вывести из этих опытов всеобщий закон природы.
На каждом шагу в жизни мы найдём подтверждение этого закона.
Представим себе для примера поле, засеянное рожью.
На один гектар надо затратить около ста шестидесяти килограммов зерна.
К осени с этого же гектара, если хорошо обработать землю и дать растениям хорошее удобрение, можно снять более двух тысяч килограммов зерна.
Откуда же взялся прирост?
Может быть, из ничего? Но тот, кто изучал жизнь растений, знает, что растение питается воздухом и солями из почвы. За счёт этой пищи оно растёт, созревает и даёт урожай.
Из «ничего» — прироста урожая не будет!
А вот другой пример.
Возьмём тридцать килограммов дров. Сожжём их в печи. А теперь взвесим золу. Ведь это всё, что у нас осталось от дров! Она весит всего полкилограмма.
Куда же девались двадцать девять с половиной килограммов? Может быть, бесследно исчезли?
Так кажется только с первого взгляда. Но представьте себе, что в дымоходе нашей печи установлен газоуловитель. Да такой мощный, что ни один пузырёк газа не удерёт от этого строгого контролёра!
Если мы взвесим всё собранное уловителем и прибавим к весу золы, то получим цифру большую, чем тридцать килограммов.
Откуда же взялся дополнительный вес?
Чтобы понять, что здесь произошло, надо вспомнить об одном химическом элементе, который входит в состав воздуха. Называется он кислородом. Это очень деятельный элемент. Он легко вступает в самые различные «химические дружбы». Он употребляется животными и людьми для дыхания, он участвует в горении.
Так вот, когда дерево горело, к каждому его элементу присоединился кислород. Весь углерод, соединившись с кислородом, улетел в виде углекислого газа, водород превратился в водяные пары. Азот и сера тоже образовали летучие вещества. А металлы, входившие в состав дерева, обратились в горсточку золы…
Но если даже мы не поставим газоуловителя в трубе нашей печи, дым не пропадёт бесследно. Он рассеется в воздухе. Водяные пары осядут в виде капель влаги, а углекислый газ пойдёт в пищу растениям. Может быть, ветер унесёт частички газа, который вылетел из нашей трубы, далеко-далеко на юг. И им будет питаться зелёный лист виноградной лозы или лист орехового дерева. А может быть, он улетит на север, где из-под снега выглядывает веточка мха. Ей тоже нужен углекислый газ.
Закон Ломоносова помогает нам понять жизнь невидимых путешественников — химических элементов. Они никогда не исчезают, хотя беспрерывно меняют своё местожительство. Они всегда в движении, соединяются друг с другом, расходятся и вновь встречаются.
Словно герои древних сказок, они меняют облик, прячутся под шапками-невидимками. Но ни один атом ни одного химического элемента не может ни потеряться, ни создаться из ничего.
Ломоносов писал:
«Сколько у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому. Так ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте…
Сей всеобщий закон простирается и в правила движения: ибо тело, движущее своей силой другое, столько же теряет, сколько сообщает другому…»
Мы теперь называем этот закон — законом сохранения материи и энергии.
Ломоносов доказывал его убедительными опытами. Он брал вещества и точнейшим образом взвешивал их до и после опыта. И оказывалось, что какие бы химические изменения ни происходили с этими веществами, общий их вес не изменялся.
Размышляя над различными явлениями природы, Ломоносов задавал себе вопрос: что происходит с металлом, который подвергают прокаливанию?
«Нет никакого сомнения, — писал он, — что частички воздуха, непрерывно текущего над обжигаемым телом, соединяются с ним и увеличивают его вес».
Теперь это утверждение Ломоносова нам понятно. Мы знаем о вездесущем газе кислороде, который является составной частью воздуха и соединяется со многими элементами во время горения, а особенно охотно с металлами.
Но современники Ломоносова иначе объясняли процессы горения.
Среди некоторых учёных утвердилась вера в особое загадочное вещество «теплотвор». Где оно находится, как выглядит и какие имеет свойства, никто точно не знал. Но учёные думали, что «теплотвор» входит в нагретые тела, а когда они охлаждаются — из них выходит.
М. В. Ломоносов за опытами.
Убеждение это было прочно, и никто не осмеливался подвергнуть его сомнению.
Один английский учёный, Роберт Бойль, проделал такой опыт. Он поместил кусок свинца в тугоплавкую стеклянную колбу с узким изогнутым горлом. Такие колбы называются ретортами. Отверстие реторты он запаял и взвесил её. Затем поставил на огонь. Два часа длилось нагревание. Кусок свинца за это время превратился в порошок — в окалину. Тогда Бойль снял реторту с огня и вскрыл её. Воздух со свистом ворвался внутрь реторты, но Бойль не обратил на это никакого внимания.
Взвесив реторту с окалиной свинца и сравнив с первоначальным весом, учёный увидел прибавку.
Какой же вывод из этого сделал Бойль? Не подозревая о роли газа кислорода, о его способности соединяться с металлами, Бойль и не искал никаких новых объяснений своему опыту. Он удовольствовался старым.
«Всё дело в теплотворе! — решил Бойль. — Во время нагревания он проник сквозь стеклянные стенки реторты, вошёл внутрь металла и отяжелил его…»
Ломоносов не верил в существование загадочного теплотвора.
«Что происходит в запаянной реторте во время прокаливания? — думал он. И сам себе отвечал: — Химическая реакция. Частички воздуха, которые остались в реторте, присоединяются к частичкам свинца. Образуется новое вещество — окалина. Вес металла, конечно, становится при этом больше. Но одновременно должен убавиться вес воздуха, потому что часть его использовалась на образование окалины. Значит, общий вес всех веществ, заключённых в реторте, не убавился и не прибавился. — Таков закон природы…»
Когда Ломоносов все эти свои сомнения излагал перед учёными, они только плечами пожимали.
— Дерзкий человек! Он хочет нарушить основы науки! — говорили учёные. — Он не верит в «теплотвор»!
Ломоносов решил повторить опыт Роберта Бойля и показать, в чём была его ошибка. Он взвесил запаянную реторту, в которой находился свинец, прокалил её и снова взвесил.
После прокаливания вес не изменился. В чём же дело? Почему у Бойля получилось иначе?
— Очень просто, — объяснил Ломоносов. — Бойль открыл реторту до взвешивания. Впустил в неё внешний воздух. Он занял место того, который во время опыта соединился с металлом. Вот за счёт этого ворвавшегося внешнего воздуха реторта и стала тяжелее…
А Ломоносов взвешивал, не открывая. В его реторту не проникло ничего извне. И, конечно, результаты его опыта надо было признать более точными. Так просто и наглядно доказал великий учёный справедливость своих слов о том, что материя не может ни исчезнуть, ни возникнуть из ничего.
Несмотря на убедительность опытов и ясность мыслей, учение Ломоносова мало распространялось. Русские цари и все те, кто правил Россией, относились с недоверием к своим отечественным учёным.
Многие труды Ломоносова остались ненапечатанными. Проходили десятки лет, рукописи Ломоносова лежали покрытые архивной пылью. Другие учёные открывали то, что давно было открыто Ломоносовым. Слава о них гремела на весь мир, а имя гениального русского учёного оставалось неизвестным.
Так случилось и с законом сохранения вещества.
Много времени спустя после Ломоносова его вновь открыл французский учёный Лавуазье. Некоторые исследователи утверждают, что Лавуазье знал о работах Михаила Васильевича Ломоносова. Другие считают, что Лавуазье открыл закон самостоятельно. Но как бы там ни было, документы, письма и статьи, найденные в архивах, свидетельствуют, что первооткрывателем величайшего закона природы надо признать Ломоносова.
