Выше говорилось, что Шееле, поставивший подобный же опыт через несколько лет после Лавуазье, пришел к тому же выводу на основании подробного химического анализа осадка, образовавшегося при длительном нагревании воды в стеклянном сосуде.
В процессе исследования, посвященного возможности превращения воды в землю, Лавуазье столкнулся с явлением выделения какого-то «воздуха» при растворении в кислоте землистого остатка после выпаривания воды, нагревавшейся в стеклянном «пеликане». Возможно, что в связи с этим или же в соответствии с ранее намеченными планами Лавуазье решил написать после мемуара «О природе воды» другой мемуар — «О природе воздуха».
Выполнение этого намерения он, естественно, связывал с постановкой соответствующих опытов. О характере планировавшихся в этом, отношении опытов некоторое представление дает запись, сделанная Лавуазье в лабораторном дневнике 20 февраля 1772 г.(12) К этому времени Лавуазье уже хорошо знал о работах и открытиях многих химиков-пневматиков. Он упоминает, в частности, имена Гейлса, Блэка, Жакена, Пристлея и др. Но их исследования представлялись Лавуазье разрозненными и не направленными к единой цели. Он писал: «Важность предмета заставила меня начать сызнова всю эту работу, которая на мой взгляд создана для того, чтобы вызвать революцию в физике и химии [35] . Я решил, что обязан рассматривать все деланное до меня лишь как указания; я поставил перед собой задачу все повторить с новыми предосторожностями, дабы объединить все то, что мы знаем о том воздухе, который связывается или выделяется из тел, с другими добытыми познаниями и создать теорию, работы многочисленных авторов, которых я процитировал, будучи рассмотрены с этой точки зрения, представились мне в виде отдельных кусков одной большой цепи; они соединили меж собою несколько звеньев. Но остается сделать огромное число опытов, чтобы создать непрерывность» (13).
Из данного текста записи следует, что первоочередное внимание Лавуазье намеревался уделить исследованию тех процессов, которые сопровождаются поглощением «воздуха», природа которого оставалась в то время совершенно еще неясной. Лавуазье продолжает: «Операции, посредством которых можно добиться связывания воздуха, суть: рост растений, дыхание животных, горение, при некоторых обстоятельствах обжиг, наконец, некоторые химические реакции. Я признал, что должен начать с этих экспериментов» (14).
Эта запись свидетельствует о необычайной самоуверенности Лавуазье. Она производит такое впечатление, что была сделана после проведения многочисленных опытов, а не до этого. Возможно, именно в связи с этим и возник вопрос о дате записи и отсюда споры о ее историческом значении.
Во второй половине 1772 г. Лавуазье уже проводит намеченные опыты со сжиганием самых различных веществ, прежде всего фосфора. Вскоре на основании ряда опытов он установил, что для полного сжигания фосфора требуется значительное количество воздуха. Объясняя эти опыты, Лавуазье, однако, привлекает еще чисто флогистические представления. Он указывает, в частности, что при горении фосфора выделяется флогистон, а образующиеся при горении фосфора белые пары представляют собой смесь кислоты с большим количеством флогистона.
Почти одновременно Лавуазье поставил опыты и по сжиганию серы. 1 ноября 1772 г. он представил Академии наук запечатанный конверт с запиской, в которой были кратко изложены результаты его опытов. Записка эта начинается следующими словами: «Дней восемь тому назад я открыл, что сера при горении вовсе не теряет в весе, а напротив, увеличивается, т. е. из одного фунта [36] серы можно получить значительно больше, чем один фунт купоросной кислоты, независимо от влажности воздуха; то же самое можно сказать и о фосфоре; это увеличение веса происходит благодаря громадному количеству воздуха, который связывается при горении и соединяется с парами.
Это открытие, установленное путем опытов, которые я считаю решающими, заставило меня думать, что то, что наблюдается при горении серы н фосфора, могло иметь место у всех тел, вес которых увеличивается при горении и прокаливании; и я убедился, что увеличение веса металлов при превращении их в металлические земли происходит от той же причины» (15). Представляя эту записку академии, Лавуазье, как он сам указывает, имел целью «охранить свое право собственности» на это открытие, которое представлялось ему «наиболее интересным из всех, сделанных со времени Шталя». По-видимому, уже в это время приоритет мыслей, экспериментов и выводов Лавуазье оспаривался некоторыми его современниками (16).
В течение 1773 г. Лавуазье провел множество опытов и, прежде всего, по кальцинации свинца, олова, цинка и других металлов, в ретортах на огне и при помощи зажигательного стекла, а также опытов по изучению взаимодействия воды с металлическими "известями", по образованию осадков окиси ртути из растворов азотнокислой ртути и др. Он воспроизвел также опыты с фиксируемым воздухом Блэка, продолжил опыты с фосфором, серой и т. д. (17)
В начале 1774 г. Лавуазье представил Академии наук напечатанный экземпляр своего мемуара «Небольшие физические и химические исследования» ("Opuscules physiques et chimiques")(18). Выполняя намеченную за два года до этого программу, он дал в мемуаре большое историческое введение, перечислив и разобрав в нем исследования и представления о газах Парацельса, Ван-Гельмонта, Бойля, Бургаве, Шталя, Блэка, Кавендиша, Майера, Жакена, Пристлея, Дюамеля, Руэля, Комэ и других, пытаясь, очевидно, рассмотреть «разрозненные звенья цепи», которую он желал сделать цельной, неразрывной (19).
Основная часть работы, посвященная собственным опытам Лавуазье, озаглавлена: «Новые исследования о существовании фиксируемого упругого флюида». Здесь описываются разнообразные опыты, связанные с выделением и поглощением газов при химических превращениях и, в частности, при прокаливании металлов. В главах IX–XI речь идет об опытах по сжиганию фосфора, серы и других веществ. Лавуазье приходит здесь к интересным, хотя еще и недостаточно определенным с точки зрения будущей теории выводам. В частности, он пишет: «Эти опыты уже, казалось, приводили к мысли, что атмосферный воздух или какой-либо другой флюид, содержащийся в воздухе, соединялся во время горения с парами фосфора, однако от предположения до доказательства было довольно далеко, и основным делом было, прежде всего, твердо установить, что действительно происходило соединение какой-то субстанции с парами фосфора во время горения» (20).
В этом же мемуаре Лавуазье описывает и опыты по кальцинации металлов, прежде всего олова и свинца. При этом он пользовался зажигательным стеклом и прибором Гейлса. При помощи этого прибора (правда, несколько видоизмененного) он осуществил и восстановление свинцового глёта. Опыты эти отчетливо показали, что при кальцинации металлов происходит поглощение значительных количеств воздуха, при восстановлении же металлических "известей", наоборот, выделяется воздух.
Не желая оставить ничего существенного без внимания, Лавуазье, уже хорошо знавший о роли воздуха при кальцинации металлов, решил наглядно показать, что старое утверждение Р. Бойля, будто при кальцинации металлов поглощается «огненная материя», не соответствует действительности. Он поставил контрольный опыт, вернее серию опытов, тех же самых, какие были в 1756 г. проведены Ломоносовым. Эти опыты Лавуазье описал в особом мемуаре, опубликованном в 1774 г. Пользуясь весами и наблюдая кальцинацию олова в запаянной реторте, Лавуазье пришел к следующему выводу: «… Запаянные герметически реторты, взвешенные до и после содержащейся в них порции олова, не обнаруживают никакой разницы в весе; это, очевидно, доказывает, что увеличение веса, приобретенное металлом, не происходит ни от материи огня, ни от какой-либо иной материи извне реторты» (21).