Третье явление. При всяком горении происходит разрушение или разложение чистого воздуха, и вес сгоревшего тела увеличивается точно на количество поглощенного воздуха.
Четвертое явление. При всяком горении горящее тело превращается в кислоту в результате прибавления того вещества, которое увеличило его вес; так, например, если под колоколом сжигать серу, то продуктом горения будет серная кислота; если сжигать фосфор, то получается фосфорная кислота; если сжигать какое-либо углистое вещество, то продуктом сгорания является связываемый (фиксируемый — Н. Ф.) воздух, называемый иначе меловой кислотой.
Обжигание металлов подчинено точно тем же законам, и Макёр совершенно правильно рассматривает его как медленное горение…» (34).
Развивая эти соображения, Лавуазье вскоре создает целую теорию кислот. Эта теория была представлена Академии наук 5 сентября 1777 г., в окончательном виде она опубликована в 1780 г. под заглавием «Мемуар о природе кислот и началах, их составляющих». Лавуазье формулирует следующее важное положение, ставшее затем основой его «кислородной теории»: «Многочисленные эксперименты дают мне сегодня возможность обобщить следствия и утверждать, что наиболее чистый воздух, воздух удобовдыхаемый, представляет собой образующее начало кислотности, что это начало является общим для всех кислот и что при этом в состав каждой из них входят одно или несколько других начал, которые их отличают и отделяют друг от друга» (35).
Далее, как бы подчеркивая особую важность в системе складывавшихся воззрений приведенного положения, Лавуазье предлагает «на основании твердо установленных фактов» переименовать «дефлогистированный воздух» Пристлея, или, как он сам обозначал, «удобовдыхаемый воздух», и называть его отныне кислотообразующим, началом, или оксигеном [от — «кислый» и — «рождаю»], или кислородом [37] .
Таким образом, Лавуазье полагал, что кислород представляет собой начало, без участия которого невозможно образовать кислоту. Эта концепция, как мы знаем, была ошибочной и явилась следствием явной переоценки роли кислорода в различных химических процессах. Однако сам Лавуазье, основываясь на собственных опытах сжигания фосфора, серы, углерода и других веществ в кислороде, безраздельно держался этой концепции и в случаях ее противоречия фактам прибегал к фантастическим допущениям, точно так же как это делали флогистики, которых он так резко критиковал. Например, для того чтобы объяснить с точки зрения этих представлений состав соляной кислоты, Лавуазье прибегнул к гипотезе о существовании особого элемента — «мурия» (от латинского muria — «рассол», «раствор соли»), который, по его мнению, при соединении с кислородом будто бы и давал соляную кислоту. Эта гипотеза, благодаря авторитету Лавуазье, вскоре сделалась общепринятой и просуществовала около 25 лет — до начала XIX в., когда она была отвергнута. Но введенное им латинское название соляной кислоты — «муриевая кислота» (acidum muriaticum) — удержалось почти до наших дней.
Завершающим этапом формирования кислородной теории явились опыты по сжиганию «горючего воздуха» (водорода) и выяснению состава воды. Опыты эти привели Лавуазье к весьма важным выводам уже в 1783 г.
С тех пор как Кавендиш в 1766 г. получил «горючий воздух» я принял его за флогистон, этот газ привлек пристальное внимание химиков-пневматиков. С «горючим воздухом» экспериментировали почти все химики-пневматики и, прежде всего, английские — Кавендиш и Дж. Уатт, известный изобретатель паровой машины. Лавуазье заинтересовался «горючим воздухом» в семидесятых годах, но из многочисленных опытов с этим газом не смог сделать в то время каких-либо существенных выводов. В 1781 г. Кавендиш, продолжая свои опыты над сжиганием «горючего воздуха», установил, что продуктом его сгорания является вода. «Почти весь горючий и весь дефлогистированный воздух превращается (при горении) в чистую воду», — писал он. Однако этот процесс образования воды Кавендиш объяснил как «флогистирование» воздуха, полагая, что вода представляет собой лишь конденсированное видоизменение воздуха.
В 1783 г. в Париж приехал видный английский физик, секретарь Королевского общества Чарлз Благден (1748–1820), который и рассказал французским академикам, в том числе и Лавуазье, об опытах Кавендиша, Пристлея и Уатта по сжиганию «горючего воздуха», а также об их толкованиях состава воды как «дефлогистированного воздуха», к которому присоединен флогистон. В это время Лавуазье занимался между прочим чисто практическим вопросом — конструированием горелки с кислородным дутьем. Для обеспечения достаточно длительной работы такой горелки он получал в больших количествах кислород и хранил его в изобретенных им газометрах. Кроме того, в распоряжении Лавуазье в то время имелась разнообразная аппаратура для производства всевозможных пневматических опытов. В связи с приездом Благдена Лавуазье, по просьбе академиков, согласился публично показать опыты сжигания «горючего воздуха» в кислороде и 24 июня 1783 г. продемонстрировал их с успехом. В последовавших затем докладах, объяснявших опыты, Лавуазье неточно отметил роль Кавендиша, первым осуществившего такой опыт. Благден высказал в связи с этим свое негодование.
Не касаясь здесь подробностей этого эпизода и возникшего затем спора о приоритете открытия (сообщение Кавендиша было опубликовано в печати лишь в 1784–1785 гг.), укажем, однако, что Лавуазье сделал из своих опытов сжигания «горючего воздуха» совершенно иные выводы, нежели английские ученые-флогистики. В частности, он заявил в докладе, что «вода отнюдь не является простым веществом, но она полным своим весом состоит из горючего воздуха и живительного воздуха».
Нужно, однако, сказать, что образование воды из кислорода и «горючего воздуха» противоречило общей концепции Лавуазье, согласно которой при горении неметаллических веществ в кислороде должны образовываться кислоты. Лавуазье высказывал удивление по поводу образования нейтральной воды при сжигании «горючего воздуха» и в течение нескольких лет пытался открыть в полученной при этом воде какие-либо следы кислоты (36).
Лавуазье не только констатировал образование воды при сжигании «горючего воздуха». Он попытался установить соотношение обоих компонентов, образующих воду. В то время он узнал об опытах своего коллеги, известного французского математика Гаспара Монжа (1746–1818), получившего при помощи разработанного им простого метода значительное количество воды при сжигании «горючего воздуха» (свыше 3 унций). Основываясь на опытах Монжа, Лавуазье рассчитал соотношение объемов обоих газов, образующих воду. Это соотношение оказалось равным 12:22,9, т. е. почти как 1: 2. Он пытался установить и весовые отношения обоих газов в воде.
Однако сама по себе констатация образования воды при сжигании «горючего воздуха» в кислороде и даже установление соотношений между обоими компонентами воды не удовлетворила Лавуазье. В свете прежних своих пневматических исследований он считал необходимым осуществить кроме синтеза и разложение воды, что дало бы ему возможность более основательно утверждать, что его вывод о составе воды и соотношениях в ней обоих газов вполне справедлив. Но вначале Лавуазье не имел возможности осуществить прямое разложение воды с получением обоих составляющих ее газов. Поэтому он был вынужден удовлетвориться получением лишь одного газа в свободном состоянии.
Лавуазье провел опыт разложения воды, исходя из своих представлений о большом сродстве кислорода к металлам, особенно к железу. Действуя на воду железными опилками в течение длительного времени, он получил водород, но не смог установить, сколько можно получить этого газа при полном окислении железа.