Погодин С. А.: Диссертации М. В. Ломоносова и И. Г. Пича о селитре

ДИССЕРТАЦИИ М. В. ЛОМОНОСОВА
И И. Г. ПИЧА О СЕЛИТРЕ

В 1747 г. Берлинская Академия наук предложила на соискание премии тему: «Объяснить происхождение селитры и вывести ее состав из ее истинных начал, доказывая опытами все утверждаемое».¹ В конкурсе, срок которого истекал 1 апреля 1749 г., принял участие Ломоносов; его работа поступила 29 марта 1749 г.

Через три месяца с небольшим, 3 июля 1749 г., Берлинская Академия объявила о присуждении премии доктору медицины И. Г. Пичу за «Диссертацию о производстве селитры». Вскоре эта работа была опубликована на немецком² и французском³ языках. Диссертация же Ломоносова, не удостоенная премии, увидела свет только в 1904 г., когда Б. Н. Меншуткин⁴ напечатал ее сокращенный перевод с латинского языка на русский. Полный латинский текст диссертации Ломоносова⁵ появился в печати только в 1934 г., а ее полный русский перевод, сделанный Меншуткиным,⁶ — в 1936 г. Наконец, в 1951 г. вышел в свет полный латинский текст этой работы Ломоносова⁷ вместе с ее русским переводом.

Судьба обеих диссертаций оказалась глубоко различной. Диссертация Ломоносова, пролежавшая свыше 150 лет в архивах Петербургской и Берлинской Академий наук, продолжает привлекать внимание исследователей вплоть до наших дней. Диссертация Пича, как будет показано ниже, была хорошо известна химикам второй половины XVIII в., но в XIX в. исчезла из поля зрения историков науки. Насколько удалось установить, последнее упоминание о ней имеется в «Истории химии» Г. Коппа.⁸

На это упоминание ссылается Б. Н. Меншуткин,⁹ но ни он, ни кто-либо другой из исследователей творчества Ломоносова не читал диссертации Пича. Поэтому изучение его работы и отзывов химиков XVIII в. о ней, а также сопоставление диссертаций Ломоносова и Пича представляет большой интерес, особенно в связи с тем, что в архивах Берлинской Академии наук «никаких актов о задаче на премию не сохранилось, нет ничего и в протоколах заседаний».¹⁰

Прежде чем перейти к этим вопросам, необходимо вспомнить некоторые обстоятельства, вызвавшие выбор темы конкурса и участие в нем Ломоносова и Пича.

***

Со времени начала применения пороха в военном деле (XIV в.) правительства всех европейских государств уделяли большое внимание производству селитры, чтобы не зависеть от ввоза этой главной составной части пороха и пиротехнических составов. По словам А. Ф. Фрезье, «селитра — душа большей части фейерверков».¹¹

В России, по данным П. М. Лукьянова,¹² производство селитры возникло уже в конце XIV в. и в начале XVIII в. достигло значительного развития благодаря мероприятиям Петра I.

По свидетельству Ф. Гофмана, «... теперь достоверно известно, что не только в Индии, жарчайшей стране, но даже в хладнейшей Московии производится огромное количество селитры и привозится к нам; эта самая [селитра] гораздо превосходнее нашей и оказывается весьма пригоднее для производства огнестрельного пороха».¹³ «нечистой землисто-соляной материи», которое теряет 1 центнер сырой селитры при ее очистке повторными кристаллизациями. По данным Гофмана, «индийская и московская селитры считаются наилучшими, так как 1 центнер их теряет при очистительной кристаллизации только 7 фунтов, польская же селитра — 15 фунтов, а та, которая вырабатывается в княжестве Гальберштадтском и герцогстве Магдебургском, уменьшается в весе на 25 фунтов, прежде чем стать пригодной для производства пороха».¹⁴

Из приведенных цитат видно, что Пруссия терпела недостаток в селитре и что получаемая там селитра по качеству сильно уступала индийской и русской. Понятно, почему прусские короли Фридрих Вильгельм I и Фридрих II принимали ряд мер для увеличения производства и улучшения качества селитры, необходимой для обеспечения порохом армии, создававшейся ими для ведения захватнических войн.

Об этих мерах Пич пишет в характерных для той эпохи раболепно-верноподданнических выражениях. «Согласно милостивейшему королевскому эдикту, данному в Берлине 17 мая 1735 г., селитроварам королевских прусских земель предоставлено право свободно собирать селитру со стен, за которыми нет построек, в погребах, амбарах и т. п. Ныне же, в благополучное царствование нашего всемилостивейшего величества короля Фридриха 18 января 1740 г., было объявлено другое распоряжение о сборе селитры. А именно для увеличения сбора селитры и для существенного облегчения верноподданных, в каждой городской, сельской и деревенской общине были построены толстые стены».¹⁵

Итак, тема, объявленная в 1747 г. на соискание премии Берлинской Академией наук, была тесно связана с мероприятиями прусского правительства, имевшими целью повысить добычу селитры и улучшить ее качество. Эту же цель преследовал указ Фридриха II от 18 января 1748 г. о ежегодном сборе селитры в порядке натуральной повинности во всех населенных пунктах Пруссии, на который ссылается П. Д. Львовский.¹⁶

Не установлено, кто участвовал в конкурсе на премию за сочинение о селитре, кроме Ломоносова и Пича. Из краткой заметки в дополнении к словарю Иёхера¹⁷ видно, что Иоганн Готфрид Пич (годы жизни не указаны) получил в 1747 г. степень доктора медицины, был городским врачом в Нейхальденслебене, затем состоял главным директором селитроделия в Брауншвейг-Люнебургских государствах и придворным врачом в Мансфельде. По словам Пича, он «... в течение многих лет постоянно занимался химией и таким образом непрерывно получал новый опыт, преимущественно в отношении селитры, ее начал и возникновения».¹⁸ Это наряду с практическим знанием производства селитры дало Пичу основание для участия в конкурсе.

История написания Ломоносовым диссертации о селитре достаточно хорошо известна.¹⁹ Однако необходимо попытаться выяснить, почему Л. Эйлер, сообщая Петербургской Академии наук 31 января 1748 г. об объявлении Берлинской Академией премии за сочинение о происхождении селитры, писал: «Я не сомневаюсь, чтобы об этом кто-нибудь мог представить лучше, чем г. Ломоносов, которого я прошу убедить взяться за эту работу».²⁰Можно полагать, что, кроме высокого мнения Эйлера о Ломоносове как ученом,²¹ здесь имело значение еще одно обстоятельство. Как сообщает Пекарский,²² Ломоносов переводил для «Примечаний к Ведомостям» статьи академика Крафта; переводы подписывались двумя буквами: К. (автор) и Л. (переводчик). Среди таких переводов имеется описание получения селитры в кучах и выщелачивания селитряной земли.²³

Не исключена вероятность, что эта статья была известна Эйлеру. Возможно также, что Крафт, пользовавшийся несколько лет помощью Ломоносова как переводчика,²⁴ убедился в его большой одаренности и рекомендовал Эйлеру привлечь его к участию в конкурсе.

***

Перейдем к диссертации Пича, посланной под девизом: «Jucundus est labor in perscrutandis naturae mysteriis occupari», т. е. «приятно заниматься работой по исследованию тайн природы».

Диссертация начинается пространным предисловием,²⁵ в котором Пич отмечает недостаточность и противоречивость имеющихся сведений о составных частях селитры и ее образовании. Попутно автор не упускает случая польстить Берлинской Академии. Например, он пишет: «... я очень рад тому, что наконец увидел их (состав и образование селитры, — С. П.) в том свете, который отвечает неоспоримой истине. И я считаю себя теперь тем более счастливым, что могу представить ее тем ученым, которые составляют прославленную Берлинскую Академию».²⁶ В конце предисловия Пич так излагает план своей работы: «... сначала я приведу сведения о ее (селитры, — С. П.) истинных составных частях, поскольку она может быть разложена химическими опытами, затем объясню приготовление селитры и то, как она образуется в природе; наконец, скажу о рафинировании сырой селитры и о ее отдельных составных частях, поскольку они исследованы, а также буду подтверждать все положения понятными опытами».²⁷ «доказывать опытами все утверждаемое». По его мнению, «в химии доказать что-нибудь без опытов — то же самое, что возводить здание без фундамента. И в самом деле, есть некоторое преимущество в том, что она может обходиться без выдумок, в отличие от различных других наук, основы которых часто опираются лишь на запутанные измышления. Если бы учение о монадах могло быть подтверждено опытами, то поистине оно не претерпело бы столь превратной судьбы».²⁸Итак, Пич совершенно сознательно отказывается от гипотез и даже ставит это в заслугу химии, а косвенно — самому себе.

Чтобы выяснить состав сырой селитры, извлеченной выщелачиванием селитряной земли, Пич произвел ряд опытов. Перегоняя раствор сырой селитры с известковой водой и углекислым калием,²⁹он получил дистиллят, имевший запах аммиака и посиневший через несколько часов после того, как в него всыпали медные опилки. Как пишет Пич, «это убеждает... в присутствии мочевой (аммониевой, — С. П.) соли в сырой селитре».³⁰

Действуя на селитряный щелок раствором углекислого калия, Пич наблюдал образование «белой земли»,³¹ оседающей на дно сосуда (очевидно, смеси карбонатов кальция и магния). При выпаривании селитряного щелока Пич заметил, что на поверхности жидкости появляется беловатая пленка, легко растворимая в воде.³²

Путем ряда примитивных опытов, на которых нет надобности останавливаться подробно, Пич пришел к выводу, что сырая селитра есть «огнепостоянная средняя соль, состоящая из особой кислоты и излишней известковой земли»,³³ и доказывал это тем, что: 1) на раскаленном угле селитра после вспышки оставляет землистый налет; 2) при прокаливании в тигле она плавится неполностью; 3) остаток после прокаливания не плавится даже на самом сильном огне и не растворяется в воде.

Далее Пич описывает ряд опытов, имевших целью выяснить природу кислоты, или, как он пишет, «кислой соли»,³⁴ входящей в состав селитры. Здесь необходимо напомнить, что Бехер и Шталь, а вслед за ними другие химики-флогистики называли солями³⁵ все вещества, растворимые в воде и имеющие вкус. В соответствии с этим к солям причислялись не только растворимые в воде продукты замещения водорода кислот металлами, но также известные тогда минеральные и органические кислоты, а также едкие щелочи («огнепостоянные щелочные соли») и водный аммиак («летучая щелочная соль»). Представления флогистиков о составе солей наиболее полно изложил Шталь в книге «Подробное рассмотрение и достаточное доказательство того, что соли состоят из тонкой земли, тесно связанной с водой».³⁶

Бехер и Шталь считали, что началами всех смешанных тел являются вода и три земли: 1) стеклующаяся, 2) горючая (флогистон) и 3) ртутная. Первая земля — мать и начало всех природных камней и земель; вторая — начало горючести, необходимая составная часть горючих смешанных тел — минералов, растений и животных; третья — начало металличности, непременная составная часть металлов и некоторых солей.

Эта теория состава солей явно противоречит древнему правилу: «Из чего нечто составлено и на что оно может быть разложено, из того оно состоит», на которое ссылается Шталь.³⁷ Однако, по словам Юнкера,³⁸на вопрос, можно ли получить соль, соединяя воду и землю, Шталь ответил, что в настоящее время это невозможно, но указанная невозможность еще не позволяет отрицать справедливости его теории. Если рассуждать так, продолжал Шталь, то можно было бы подвергнуть сомнению самые очевидные вещи. Например, очень хорошо известно, что несовершенные металлы содержат нечто, могущее быть отнятым при обжигании, и что уголь содержит вещество, возвращающее металлическим окалинам первоначальный блеск, отдавая им отнятое огнем. Однако еще никто не смог подметить, что металлы при обжигании теряют вещество, совершенно подобное тому, которое отдают окалинам угли и другие тела, богатые флогистоном.

Несмотря на очевидную слабость подобной аргументации, теория солей Шталя продержалась почти до конца XVIII в. и пала только после работ Лавуазье.

С изложенной теорией солей непосредственно связано учение о первоначальной, или всеобщей, кислоте, высказанное Бехером и развитое Шталем и его школой. По словам Еркслебена, «общее почти всех химиков есть мнение, что не только все кислоты, но и все соли вообще первоначальное свое происхождение имеют от кислоты купоросной (серной, — С. П.), которую потому и прозвали всеобщею кислотою (acidum universale, catholicum, primigenium). Причину же к сему приводят ту, понеже следы сей кислоты везде почти находятся и притом думают, что кислота селитряная (азотная, — С. П.) наипаче от соединения огненного вещества (флогистона, — С. П.— ртутная — земля, — С. П.). Таким образом, и кислоты царства растений от неизвестных купоросной кислоты перемен производят».³⁹ Итак, Шталь и его последователи полагали, что селитряная (азотная) кислота образуется путем присоединения флогистона к всеобщей (серной) кислоте. Пич полностью разделяет это мнение. Он пишет: «Кислота или кислая часть сырой селитры... состоит из серной кислоты, которая в известной степени ослаблена горючим (флогистоном, — С. П.), внесенным гниением растительных и преимущественно животных веществ».⁴⁰

Далее он старается подтвердить опытами свое высказывание, однако оно далеко не оригинально. В работе Шталя «Некоторые отрывки, относящиеся к естественной истории селитры»⁴¹ читаем: «Действительно, селитра может образоваться, когда та сернистая (горючая, т. е. флогистон, — С. П.) часть, которая находится в растительных и животных (веществах, — С. П.), будучи освобождена и рассеяна гниением, более тесно соединяется с всеобщей и первоначальной кислотой, широко распространенной на Земле».⁴²

Пич заимствовал у Шталя не только положение об образовании азотной кислоты из серной кислоты и флогистона, но и почти все опыты, якобы подтверждающие это положение. Желая доказать присутствие флогистона в азотной кислоте, Пич приводит такой опыт. «Если взять 4 части кислого селитряного спирта и 1 часть перегнанного терпентинного масла, то после испарения излишней жидкости получают настоящий серный бальзам. Чтобы этот опыт удался, должно хорошо испытать крепость или слабость селитряной кислоты и соразмерить с этим добавку терпентинного масла».⁴³Последнее замечание вполне правильно, так как при действии дымящейся азотной кислоты происходит воспламенение терпентинного масла.⁴⁴ Однако на первый взгляд непонятно, почему Пич считает осмоление терпентинного масла азотной кислотой доказательством присутствия в ней флогистона, а также почему продукт этой реакции назван серным бальзамом.⁴⁵

Прежде всего, необходимо подчеркнуть, что вплоть до начала XIX в. в химии был широко распространен так называемый принцип сходства, который в формулировке Гиппократа гласит: «... подобное приходит к подобному».⁴⁶ Например, Шталь и его последователи полагали, что несовершенные металлы содержат много флогистона и потому легко растворяются в богатой флогистоном азотной кислоте.

Но Шталь считал несостоятельным мнение о том, что красно-бурые пары, выделяющиеся при перегонке селитряной кислоты, доказывают присутствие в ней флогистона (согласно положению «каждый цвет происходит от флогистона»). Более убедительным доказательством, по мнению Шталя, служит образование вещества, по запаху, вкусу, цвету, консистенции и действию напоминающего серный бальзам, если смесь 2 унций селитряного спирта и ½ унции терпентинного масла нагревать при взбалтывании либо очень слабо в течение 1 дня, либо сильнее в течение ¼ часа.⁴⁷ Отметим, что рекомендуемое Пичем соотношение количеств азотной кислоты и терпентинного масла точно совпадает с тем, которое указывает Шталь. Кроме того, продукт реакции, который Шталь считает лишь похожим на серный бальзам, Пич признает настоящим серным бальзамом.

Фогель, говоря о дальнейших опытах Пича, пишет в подробном реферате о его работе: «Присутствие и происхождение горючего вещества (флогистона, — С. П.) в сырой селитре, а также в ее кислоте он доказывает некоторыми опытами, но о них мы умалчиваем, так как они по большей части известны и уже напечатаны в химии Неймана».⁴⁸ Однако один из опытов Пича заслуживает особого внимания. По словам Пича, «... если насытить купоросный спирт (разбавленную серную кислоту, — С. П.) и́звестной землей, поместить продукт в сосуд и добавить туда мочи или других веществ, которые при гниении отдают много летучей соли (аммиака, — С. П.), дать перегнить и испариться, пока не получится нечто подобное сухому телу... [то] из этой смеси можно наконец выщелочить вполне природную селитру. Что может лучше доказать мои положения этой теории, чем только этот бесспорный опыт?».⁴⁹

«Ничто не подкрепляет положений Пича лучше, чем тот опыт, когда г-н доктор получил настоящую селитру из и́звестной земли, купоросного спирта и мочи или взамен нее другого вещества, склонного к гниению».⁵⁰ Спустя 10 лет Фогель дал тому же опыту совершенно противоположную оценку: «Но я все же удивляюсь тому, что славнейший Пич в столь важном опыте не упомянул ни веса каждого (из веществ, — С. П.), которые он смешивал, ни времени, в течение которого совершилось превращение, вследствие чего возникает сомнение, действительно ли он сам пытался это произвести. Итак, полагаем, что следует другим повторить этот опыт».⁵¹

Однако выводы Пича некритически цитировались некоторыми видными химиками. Например, Валлериус пишет: «Смесь купороса (надо: купоросной кислоты, — С. П.), мочи и извести, по опыту И. Г. Пича, спустя короткое время образует селитру»⁵² — и считает это одним из подтверждений теории о превращении купоросной кислоты в селитряную посредством присоединения флогистона из растений и животных. Макер, крупнейший французский химик-флогистик, изложив эту теорию, замечает: «Это мнение, в котором было нечто весьма правдоподобное, имело многочисленных сторонников, между прочим — доктора Пича, подкрепившего его несколькими доказательствами и даже опытами, изложенными в работе, премированной Берлинской Академией».⁵³

В 1780-х годах стали появляться возражения против флогистической теории кислот и солей. Например, Еркслебен пишет: «... признаюсь охотно, что я от часу более и более сему положению о превращении одной соли в другую не доверяю, да и не могу себя уверить, дабы кислота селитряная содержала в себе огненное вещество (флогистон, — С. П.), которого никаким образом, ни чрез воспламенение составленной с оною кислотой соли, ни чрез красные пары кислоты селитряной доказать не можно. Если те опыты отчасти суть справедливы, по которым одну соль можно превратить в другую, из каковых разные в разных местах приводятся для доказательства, куда также и художественная (искусственная, — С. П.) селитра господина Пича и других надлежит, то действительно из того об известном многих солей между собою сходстве заключить можно, но при всем том доказать нельзя, что все соли именно от купоросной происходят кислоты..., а посему Сталиево мнение будет несправедливо, что соли единственно из земли и воды состоят».⁵⁴

Окончательный удар этой теории был нанесен опытами Лавуазье и некоторых его современников. Лавуазье, занимавший много лет (с 1775 по 1791 г.) должность управляющего пороховым и селитряным делом во Франции, был инициатором конкурса на премию за лучшее сочинение о производстве селитры, объявленного в 1775 г. Парижской Академией наук.⁵⁵ В 1782 г. премия была присуждена врачу П. Тувенелю с братом. Работа их, напечатанная в 1786 г.,⁵⁶ содержит, в частности, доказательство невозможности превращения серной кислоты в азотную при действии гниющих животных и растительных веществ.⁵⁷

Лавуазье наряду с многочисленными работами по технологии селитры и пороха впервые установил истинный состав азотной кислоты и селитры. В статье «О присутствии воздуха в селитряной кислоте и о способах анализа и синтеза этой кислоты»⁵⁸ (1776 г.) он показал на опыте, что селитряная кислота состоит из «селитряного воздуха» (окиси азота) и «чистейшего воздуха» (кислорода), соединение которых растворено в воде. В этой же работе Лавуазье высказал теорию, согласно которой, кислород — носитель кислотных свойств, непременная составная часть всех кислот. Таким образом, «всеобщая кислота» Бехера и Шталя была заменена началом кислотности — кислородом.

В работе «Опыты разложения селитры углем»⁵⁹ (1784 г.) Лавуазье показал, что селитра состоит из азота, кислорода и едкой щелочи (кали). Так были окончательно опровергнуты теории химиков-флогистиков о природе азотной кислоты и селитры.⁶⁰ Лавуазье также получил данные о количественном составе азотной кислоты и селитры; эти данные, довольно приблизительные, были уточнены позднейшими исследованиями.

В конце XVIII в. академик Лаксман дал флогистической теории образования селитры весьма колоритную оценку: «Кто бы мог подумать, что еще в последние двадцать лет сумасбродная история о делании селитры новыми заблуждениями могла быть умножена. Однако сие учинили Боме в Париже, Симон в Дрездене и еще некоторые другие».⁶¹ В другом месте статьи Лаксмана читаем: «Никогда россиянин не имеет нужды прибегать к смешным умозрениям о селитре; никому не должно прийти на мысль с Бертрандом составить селитру из нечистой соли и купороса, ни с Юстием и Пичьем, ни с ученым Симоном из поваренной соли, ни с славным Боме из и́звестного камня (известняка, — С. П.) и прочая».⁶²

⁶³ в связи с теорией «всеобщей кислоты» и с опровержением этой теории в конце XVIII в.

***

Обратимся к диссертации Ломоносова. Своей работе он предпосылает многозначительный девиз: «Tanti est in Chymia principiorum cognitio, quanti sunt principia ipsa in corporibus» («Столько же значит для химии познание начал, сколько для тел — самые начала»).⁶⁴ Эту мысль Ломоносов повторяет и развивает в последующих работах.

В «Слове о пользе химии» (1752 г.) Ломоносов говорит: «К точному и подробному познанию какой-нибудь вещи должно знать части, которые оную составляют».⁶⁵ В «Рассуждении об обязанностях журналиста» (1754 г.) он пишет, ссылаясь на Бойля: «... познание частиц столь же необходимо для науки о природе, сколь сами частицы — для образования тел в природе».⁶⁶В «Слове о происхождении света» (1756 г.) мы читаем: «... знание первоначальных частиц толь нужно в физике, коль сами первоначальные частицы нужны к составлению тел чувствительных».⁶⁷ Наконец, в латинском тексте «Рассуждения о твердости и жидкости тел» (1760 г.) Ломоносов пишет: «Inquirere enim in principia corporum est tam necesse, quam ipsa principia ese»,⁶⁸ что в переводе означает: «Ибо исследовать начала тел так же необходимо, как [необходимы] сами начала». Но Ломоносов в русском тексте излагает эту мысль так: «... ибо первоначальные частицы исследовать толь нужно, как самим частицам быть».⁶⁹ Из приведенных цитат видно, что в девизе к своей диссертации Ломоносов подразумевал под «principia» не «начала» химиков того времени, но «первоначальные частицы», т. е. атомы, из которых сложены все тела. В русском тексте «Рассуждения о твердости и жидкости тел» Ломоносов поясняет: «Во тьме должны обращаться физики, а особливо химики, не зная внутреннего нечувствительного частиц строения. Между оными отчаянными, кои не радеющих о знании фигуры частиц нечувствительных называют осторожными физиками, считать себя не дозволяю. Не отгоняют меня от исследования частиц, убегающих малостию своею от зрения, неудачные физические вооружения, клинышки, иголки, крючки, колечка, пузырьки и прочие многочисленные без всякого основания в голове рожденные частиц фигуры; ибо по двадцатилетнем и частом о том рассуждении и с опытами сношении усмотрел я, что натура, одною круглостию довольствуясь, облегчает труд испытателей ее таинств».⁷⁰

Таким образом, девиз, под которым Ломоносов послал свою диссертацию в Берлинскую Академию, как бы определяет направления его теоретических работ в области химии и физики.

Диссертация Ломоносова состоит из предисловия и трех глав. Он пишет: «В первой мы изучаем состав селитры; выяснив его, мы считаем уже нетрудным объяснить рождение ее, что составляет предмет второй главы; в третьей говорится о взрывной силе селитры».⁷¹ По значительности содержания предисловие привлекает наибольшее внимание историка. В свое время уже Б. Н. Меншуткин⁷² подметил, что высказанные в предисловии мысли Ломоносов впоследствии осуществил в своем «Введении в истинную физическую химию».⁷³

По мнению Ломоносова, «... можно легче распознать скрытую природу тел, если мы соединим физические истины с химическими. А когда все химические истины будут объединены более строгим методом и будет ясно, насколько одна истина может быть объяснена или выведена из другой, то химия сама по себе будет наукой».⁷⁴ Здесь Ломоносов впервые отчетливо сформулировал мысль о том, что применение основных принципов и методов физики должно превратить химию в истинную науку, после чего она «... сделается почетным членом сообщества физических наук».⁷⁵Так в работе, посвященной хотя и весьма важному, но частному вопросу, Ломоносов высказал мысль о создании новой науки — физической химии.

Необходимо отметить, что термин «физическая химия» существовал задолго до Ломоносова. Не повторяя здесь фактов, изложенных ранее,⁷⁶ напомним, что в 1701 г. Г. Горис писал как о чем-то общеизвестном о «... четырех видах химии: физической, медицинской, пробирной и златоделательной».⁷⁷ Все химики первой половины XVIII в., применявшие термин «физическая химия», подразумевали под ним теоретическую химию. Например, в рукописном конспекте лекции Генкеля, составленном Д. И. Виноградовым, читаем: «... искусство основательно исследовать тела и разумно разлагать их вообще называется Chymia physica»,^{78 79} а равным образом и химики, писавшие во второй половине XVIII в. после Ломоносова, как Валлериус и Еркслебен. Они подобно Ломоносову признают физическую химию наукой, но считают ее задачей разделение тел на их начала и составление тел из их начал.⁸⁰ По определению же Ломоносова, «физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях».⁸¹ Для сравнения приведем одно из современных нам определений физической химии, принадлежащее Г. Реми: «Основной задачей последней (физической химии, — С. П.) является исследование веществ и реакций физическими методами, выявление общих закономерностей и объяснение поведения веществ на основе важнейших принципов».⁸²

В предисловии Ломоносов приводит «химические положения», на которых он строит развитие темы.

Положение первое: «Смешанное тело сложено из тех составляющих, на которые оно разлагается анализом и из которых образуется синтезом»⁸³ — для Ломоносова вполне очевидно и не требует доказательств. Этим положением широко пользовались химики и до Ломоносова, в частности Шталь, о чем было сказано выше. Ломоносов считает, что «... в сочетании с синтезом анализ придает ему немало веса и много приобретает сам».⁸⁴

Положение второе: «Между началами одного и того же рода и смешанными телами, содержащими избыток одного и того же начала, имеется некое взаимное соответствие, в силу которого они охотнее соединяются между собой, чем с телами другого рода».⁸⁵ Это положение — не что иное, как расширенная формулировка упомянутого выше принципа «подобное приходит к подобному». Однако Ломоносов пытается дать этому принципу теоретическое обоснование. Исходя из гипотезы о корпускулярном строении материи и предполагая, что ее частицы имеют сферическую форму, он пишет: «Представляется вероятным, что поверхности частиц одного и того же рода более подходят друг к другу, чем частиц разного рода, и поэтому шероховатости их... лучше совмещаются друг с другом. Итак, допустим, что частицы одного и того же рода совмещаются шероховатостями наподобие зубчатых колес, а в частицах различного рода, вследствие различной величины выступов, это не имеет места... Тогда нетрудно представить себе, по какой причине частицы одного и того же рода, связанные сцеплением и обладающие внутренним вращательным движением, продвигаются друг около друга, а частицы различного рода — нет. Согласно этой гипотезе, мы называем взаимное соответствие частичек одного рода совмещением и убедились на опыте, что его можно с успехом использовать для объяснения химических и других явлений природы».⁸⁶

Насколько известно, здесь Ломоносов впервые применил свой принцип совмещения частиц⁸⁷ для истолкования химического сродства,⁸⁸и в частности принципа сходства, о котором было сказано выше.

Положение третье: «Если какое-либо тело A, первоначально соединенное с телом B, будучи от него отделено, оказывается обладающим видом и всеми теми свойствами, которые имеет оно же, будучи смешанным с телом D, то тело D действительно смешано с A и воспринято из тела B... Это положение можно обозначить довольно целесообразно названием перемещения... Все эти положения не только достаточны для нашей цели, но и могут быть легко применены для доказательства химических истин».⁸⁹

Не будем здесь подробно рассматривать содержание каждой из трех глав диссертации Ломоносова, так как это недавно сделал П. Д. Львовский.⁹⁰ В основном он ограничился пересказом работы Ломоносова, вследствие чего у читателя, незнакомого с подлинной химической литературой XVIII в., может создаться впечатление, будто приводимые в главе I экспериментальные факты и выводы из них были получены Ломоносовым. В действительности же все содержание главы I (за исключением ее конца, о чем сказано ниже) повторяет сведения, имеющиеся как в трудах по химии, которые Ломоносов приобрел во время своего обучения в Марбурге,⁹¹ так и в прочей химической литературе,⁹² библиографическими ссылками представлялось излишним. Впрочем, в отличие от Пича, не дающего ни одного конкретного указания на литературу, Ломоносов в ряде мест цитирует труды Бургаве, Гофмана, Лемери, Неймана, Шталя и других ученых.⁹³ Там, где Ломоносов полемизирует с теми или иными авторами, он всегда делает ссылки на их работы.

При изучении диссертации Ломоносова можно, зная химическую литературу того времени, установить источники приводимых им фактов и утверждений. В основном это учебные пособия и монографии, по которым Ломоносов изучал химию в Марбурге.⁹⁴ Главнейшие из них: «Элементы химии» Бургаве,⁹⁵ «Основания догматической и экспериментальной химии»⁹⁶ и «Основания догматико-рациональной и экспериментальной химии»⁹⁷ Шталя (последняя книга была приобретена вМарбурге Д. И. Виноградовым,⁹⁸ который несомненно обменивался книгами с Ломоносовым). Кроме того, в тексте диссертации имеются ссылки на монографии Шталя о солях,⁹⁹ о селитре,¹⁰⁰ о брожении¹⁰¹и на «Три книги избранных физико-химических наблюдений» Гофмана.¹⁰²

В перечисленных выше книгах, а также и в более ранней литературе можно найти описание всех экспериментальных фактов, изложенных в диссертации Ломоносова. Приведем несколько примеров.

Для обоснования положения о том, что «селитра состоит из постоянной щелочной соли и кислотного спирта»,¹⁰³Ломоносов сначала ссылается на ее анализ. Он пишет: «При перегонке селитра дает обильный и весьма кислый спирт»,¹⁰⁴ т. е. азотную кислоту. Получение последней посредством перегонки смесей селитры с железным купоросом, квасцами, глиной было известно еще средневековым алхимикам.¹⁰⁵ Его очень подробно описал в 1556 г. Агрикола.¹⁰⁶ Позднее (в первой половине XVIII в.) Глаубер, перегоняя смесь селитры с купоросным маслом, получил дымящуюся азотную кислоту. Бургаве называет ее «глауберовым селитряным спиртом»¹⁰⁷ и замечает: «В нем, как доказывают достоверные опыты, не содержится какой-либо примеси купоросного масла. Другая же составная часть селитры, которая при этом опыте не делается летучей, соединяется с прибавленным купоросным маслом, и оба (вещества, — С. П.) превращаются в одну белую, не кислую, не щелочную, но среднюю, новую соль, некоторым образом похожую на купоросный винный камень. Размышлявшие об этом знаменитейшие химики высказали мнение, что селитра первоначально образуется из чистой постоянной щелочной соли и из особого селитряного спирта».¹⁰⁸

То же заключение делает и Ломоносов: «... если перегонка (селитры, — С. П. вместе с купоросною кислотою эту среднюю соль, уже существовала в самой селитре, поскольку ее наличия никоим образом нельзя было предположить в купоросном масле (положение III)».¹⁰⁹

Ломоносов продолжает: «Химический синтез самым надежным образом подкрепляет справедливость сказанного. Затем селитра, после вспышки с углем, по израсходовании кислоты дает чистую постоянную щелочь... Щелочная часть селитры, отделенная вспышкою с углем от кислоты, по прилитии к ней селитряного спирта снова соединяется с ним и при кристаллизации дает чистейшую селитру со всеми ее свойствами. Если вместо селитряной щелочи взять щелочную соль, приготовленную из золы деревьев, особенно более твердых, и соединить ее с селитряным спиртом, то также образуется истинная селитра».¹¹⁰

В этих строках изложены опыты, описанные еще Глаубером.¹¹¹ Бросая кусочки древесного угля в расплавленную селитру и растворив продукт реакции в воде, он получил щелочную жидкость, которую назвал liquor nitri fixi¹¹² (дословно: «жидкость постоянной селитры»). Приливая эту жидкость по каплям к кислому селитряному спирту (приготовленному перегонкой селитры с белой глиной) до прекращения шипения, Глаубер выпарил раствор до появления пленки на его поверхности; при охлаждении из него выпали шестигранные кристаллы, тождественные с селитрой.

Полученная синтетическим путем селитра носила в литературе XVII—XVIII вв. название nitrum regeneratum (дословно «возрожденная селитра»). Шталь пишет: «Когда выделенная из селитры кислота, или селитряный спирт, или крепкая водка вновь соединяется со щелочью, то опять образуется та же селитра, которую поэтому называют возрожденной селитрой»¹¹³ (курсив Шталя, — С. П.). Бургаве подробно излагает приготовление «возрожденной селитры» взаимодействием селитряной щелочи с селитряным спиртом,^{114 115}

Из всего сказанного видно, что Ломоносову были хорошо известны все описанные в литературе факты, относящиеся к анализу и синтезу селитры. Несомненной заслугой его следует признать логически стройное изложение этих фактов, их истолкование на основе трех положений, сформулированных им в предисловии.

Далее Ломоносов рассматривает природу составных частей селитры — селитряного спирта и постоянной щелочной соли. Ломоносов, подобно многим своим современникам, придерживался учения Шталя о всеобщей кислоте. Приведя ряд заимствованных из литературы фактов и рассуждений, он пишет: «На этом основании самые известные из химиков называют купоросную кислоту всеобщей кислотою и считают ее самой простой из всех»¹¹⁶ и продолжает: «... селитряная кислота состоит из всеобщей кислоты... и флогистонного начала, соединенных вместе и плавающих в водной жидкости».¹¹⁷ Не повторяем здесь аргументации, приводимой Ломоносовым, так как она в основных чертах совпадает с той, которой пользовался Пич. Однако у Ломоносова она значительно обширнее и изложена несравненно лучше в смысле логической последовательности.

Точно так же при рассмотрении природы «постоянной селитряной щелочи» Ломоносов дает хорошо систематизированную критическую сводку опубликованных сведений по этому вопросу, причем не упускает случая подвести излагаемые факты к трем основным положениям.

Обсуждая работы Шталя и Неймана, считавших, что флогистон содержится в постоянных щелочных солях, и подкреплявших это мнение опытами Бургаве и Мушенбрука, Ломоносов приводит противоположное утверждение Бурделина, опирающееся «... на более глубокие рассуждения, подкрепленные опытом».¹¹⁸ На основании анализа цитированных работ Ломоносов признает «... вместе с Шталем и Нейманом, что щелочные соли имеют в своем составе начало флогистона» и утверждает с Бурделином, что «... постоянная щелочная соль образуется из сожженных растений не пропорционально их жировой материи, входящей в ее состав, но что при посредстве ее щелочь освобождается от более летучей кислоты растения и остается сама по себе».¹¹⁹

Конечный вывод Ломоносов излагает так: «... селитра есть тело двойного смешения, т. е. она прежде всего состоит из кислотного спирта и постоянной щелочной соли: последняя же слагается из кислотного начала, более прочно связанного с землею, и из небольшого количества флогистона и и́звестной земли, причем все это более или менее разбавлено водою.

А кислый спирт сложен из того же кислотного начала и флогистона, находящихся в воде».¹²⁰

Этот вывод интересно сопоставить с тем, что писал о составе селитры современник Ломоносова шведский химик Валлериус. По его словам, селитра состоит: «1) из свойственной ей кислоты, содержащей в качестве составной части горючую сущность (флогистон, — С. П.), которая придает ей цвет, способность дымиться и давать вспышку; 2) из небольшого количества воды, которая сопутствует кислоте; 3) из щелочной соли; 4) из некоторой земли, примешанной в большем или меньшем количестве..., которая находится в природной, но не в рафинированной селитре».¹²¹

Как видно из всего предыдущего, Ломоносов дал в главе I своей диссертации систематическую сводку литературных материалов о составе селитры, опубликованных к середине XVIII в., и истолковал их в полном соответствии с воззрениями Шталя. Однако в конце главы он высказал и нечто принципиально новое.

При описании свойств селитры химики XVII и XVIII вв. часто отмечают вид ее кристаллов. Например, Глаубер пишет, что селитра выпадает из растворов в виде «... тонких и продолговатых шестиугольных (кристаллов, — С. П.), без зазубрин, но прямых и гладких, как будто они были простроганы рубанком в продольном направлении».¹²² Шталь также указывает, что кристаллы селитры «шестиугольны».¹²³ По словам Бургаве, если раствор селитры в шестикратном количестве воды выпарить до появления пленки на его поверхности и поставить в холодное место, вложив предварительно чистые деревянные палочки, то на них «... немедленно образуются длинные шестиугольные прозрачные призмы».¹²⁴

В отличие от цитированных ученых Ломоносов¹²⁵ не ограничивается описанием вида кристаллов селитры, но, основываясь на гипотезе сферической формы частиц и принципе плотнейшей упаковки шаров, объясняет, почему селитра вырастает в шестигранные кристаллы. Исходя из тех же положений, он впервые дает теоретический вывод закона постоянства гранных углов и добавляет: «Хотя все это основано почти на одном воображении, однако превосходно отвечает природе составных частей селитры и потому приобретает некоторый вес».¹²⁶

Истинное историческое значение мыслей Ломоносова о строении кристаллов селитры было раскрыто далеко не сразу. Правда, в 1904 г. Б. Н. Меншуткин считал, что «это едва ли не первая попытка объяснить кристаллическое строение твердых тел»,^{127 128} показал, что Ломоносов с «... достаточной отчетливостью» сформулировал закон постоянства гранных углов, открытый в 1669 г. Стеноном и вновь открытый в 1783 г. Роме де Лилем. Позднее Г. Г. Леммлейн, Г. Б. Бокий, И. И. Шафрановский, Т. Н. Агафонова и другие в ряде работ¹²⁹ дали подробный историко-критический анализ взглядов Ломоносова на строение кристаллов. По словам И. И. Шафрановского, «... в лице Ломоносова мы действительно имеем великого зачинателя кристаллографии в России. Его высказывания о кристаллах во многом как бы содержат программу работы, рассчитанную чуть ли не на два века вперед и отчасти требующую завершения в наши дни».¹³⁰

Естественно, возникает вопрос: пришел ли Ломоносов самостоятельно к объяснению строения кристаллов, исходя из мысли о сферической форме частиц и их плотнейшем расположении? Собственное высказывание Ломоносова (1756 г.) гласит: «Из круглой фигуры (корпускулы, — С. П.) — все фигуры солей, снега и т. д. Ее еще без доказательства молчаливо предполагали знаменитейшие ученые».¹³¹ Оно позволяет считать, что из гипотезы о сферической форме частиц, известной ранее, Ломоносов намеревался вывести формы кристаллов солей и снега.¹³² Однако неясно, знал ли Ломоносов работы «Новогодний подарок, или о шестиугольном снеге» Кеплера,¹³³ «Микрографию» Гука¹³⁴ и «Трактат о свете» Гюйгенса.¹³⁵

Как замечает И. И. Шафрановский,¹³⁶ подробно рассмотревший взгляды этих трех ученых на строение кристаллов, Ломоносов сочинения Кеплера «судя по всему... не знал... По-видимому, оно не было известно и Р. Гуку, пришедшему своим путем к идее о сложении кристаллов из мельчайших шариков»;¹³⁷ «... никаких сведений о знакомстве Ломоносова с „Микрографией“ выдающегося английского ученого не сохранилось. Следующим автором, трактовавшим структуру кальцита (исландского шпата) как укладку из „маленьких круглых телец, не сферических, но сплющенных, сфероидальных“, был Х. Гюйгенс. Его „Трактат о свете“... был хорошо известен Ломоносову».¹³⁸

Действительно, в «Слове о происхождении света» (1756 г.) Ломоносов говорит о волновой теории света Гюйгенса (без указания источника) и отдает ей предпочтение перед теорией истечения Гассенди—Ньютона. Однако нет прямых доказательств того, что Ломоносов пользовался «Трактатом о свете» Гюйгенса. В «127 заметках к теории света и электричества» (1756 г.), значительная часть которых послужила материалом для «Слова о происхождении света», Ломоносов дает ссылку: «NB. L’Année 1679».¹³⁹

Значительно ранее, в «276 заметках по физике и корпускулярной философии» (1741—1743), он ссылается на «Мемуары Парижской Академии наук» 1668 и 1679 гг.¹⁴⁰ и приводит выписку¹⁴¹ из доклада Мариотта (на французском языке).

Реферат доклада Мариотта «О цветах»,¹⁴² помеченный 1679 годом, напечатан в томе I сборника «История королевской Академии наук» вслед за рефератом работы Гюйгенса «О свете»,¹⁴³ доложенной в том же году. В этом реферате изложена сущность волновой теории света, описаны явления двойного лучепреломления в кристаллах исландского шпата и сделана попытка объяснить эти явления тем, что волны обыкновенного света круговые, а необыкновенного — овальные. Гюйгенс пишет: «Без сомнения, только фигура нечувствительных частиц исландского шпата может изменить природную фигуру волн, но разгадать внутреннюю конфигурацию этих частиц — исследование пока еще очень трудное».¹⁴⁴Итак, доклад, сделанный Гюйгенсом в 1679 г., не содержит его гипотезы о том, что кристаллы исландского шпата построены «... из маленьких круглых телец, не сферических, но сплющенных сфероидальных».¹⁴⁵

—1743 гг. знал реферат доклада Гюйгенса 1679 г. Однако, поскольку Ломоносов в «127 заметках...» пишет: «Исландский кристалл (кристалл кальцита, — С. П.) нарушает все правила преломления»,¹⁴⁶ но не объясняет этих нарушений, можно полагать, что «Трактат о свете» не был ему известен даже в 1756 г., не говоря о 1749 г., когда он писал диссертацию о селитре. Поэтому утверждение о том, что Ломоносов хорошо знал «Трактат о свете» Гюйгенса, кстати сказать, ничем не доказанное, кроме ссылки на книгу Г. М. Коровина,¹⁴⁷следует признать по меньшей мере сомнительным. Более вероятно считать на основании приведенных данных, что Ломоносов самостоятельно пришел к мыслям о строении кристаллов, изложенным в диссертации о селитре.

В главе II¹⁴⁸ Ломоносов излагает способы получения селитры в Европе, затем объясняет, что и как способствует ее образованию и, наконец, предлагает способ быстрого получения селитры.

Получение сырой селитры при гниении животных и растительных отбросов, смешанных с землей и глиной, Ломоносов в основном описывает по цитированной работе Шталя. Она же является источником изложения хода выщелачивания сырой селитры и обработки селитряного щелока древесной золой и известью. Последняя операция служит для перевода соли, находящейся в сырой селитре или сходной с той, которая готовится из «летучей мочевой соли и селитряного спирта», в «истинную постоянную селитру»,¹⁴⁹ т. е. для осуществления реакции

2NH₄NO₃ + K₂CO₃=2KNO₃ + (NH₄)₂CO₃.

Рассмотрев кристаллизацию селитры из выпаренного раствора, Ломоносов обсуждает вопрос о происхождении «летучей селитры или селитряного нашатыря»,¹⁵⁰ т. е. азотнокислого аммония. На основании многих соображений он приходит к заключению, что «... селитряная кислота, родившаяся в растениях, добавленных к селитроносной массе, и выделенная из них гниением, соединялась в селитроносных кучах с мочевой щелочью в летучую селитру».¹⁵¹

Рассуждения, приведшие Ломоносова к такому выводу, малопонятны современному читателю. Приведем для примера только один из его аргументов. Ломоносов полагает, что при гниении животных остатков образуется «летучая щелочь»,¹⁵²т. е. аммиак. С другой стороны, при брожении растительных остатков получаются винный спирт и две кислоты: одна переходит в уксус и остается, а другая улетучивается «... она действует на чувство обоняния так же, как селитряный спирт, услащенный винным спиртом; это не наблюдается в уксусе... Когда брожением разрыхлена селитряная материя, селитряный спирт с винным стремится улететь в воздух. Но так как почти всюду он встречает рядом с собою летучую щелочную соль, образовавшуюся из гниющего животного вещества..., то остается уловленный ею».¹⁵³

Эта теория образования селитры, конечно, совершенно ошибочная, находится в противоречии с теорией Шталя,¹⁵⁴ образует селитряную кислоту. Ломоносов же считает такой процесс невозможным и даже доказывает это расчетом.¹⁵⁵

Чтобы подтвердить справедливость своей теории образования селитры, Ломоносов описывает произведенный им опыт — единственный во всей диссертации. В один сосуд помещались растительные отбросы, в другой — животные. Как только начиналось брожение и гниение, часть бродящей массы переносилась из первого сосуда во второй, а через час порция массы переносилась из второго сосуда в первый. «От повторения таких переносов в обоих сосудах возникало движение... Наконец, когда все было помещено в один сосуд, тщательно закрытый, на день и ночь, движение прекратилось, и над осадком находилась вполне прозрачная жидкость. Она, пропущенная обычным образом через золу, дала довольно значительное количество самой настоящей селитры».¹⁵⁶

В переводе на современный нам язык этот опыт объясняется так: азотная кислота, образующаяся при брожении растительных остатков, соединяется с аммиаком, выделяющимся при гниении животных остатков; продукт взаимодействия — азотнокислый аммоний — при обработке древесной золой (в основном углекислым калием) дает азотнокислый калий. Нет никакой необходимости доказывать, что правильно только последнее утверждение.

На главе III, в которой Ломоносов рассматривает «взрывчатую силу селитры», останавливаться не будем, тем более что ее подробный анализ недавно сделал П. Д. Львовский,¹⁵⁷ проследивший связь этой главы с работами Ломоносова по упругости воздуха.¹⁵⁸ Ломоносова — Галезий). По мнению Ломоносова, «... сила селитры или селитряного пороха происходит от внезапно вырывающегося воздуха, освободившегося из уничтоженной селитры».¹⁵⁹Роль составных частей пороха он поясняет так: «... частицы серы сохраняют пламя, уголь распространяет воспламенение, а селитра, флогистон которой, сильно действующий в кислоте, возбуждается примесью серы, внезапно распадаясь, родит пламя громадной силы».¹⁶⁰

***

При сравнении диссертаций Ломоносова и Пича отметим прежде всего черты сходства обеих работ. И Ломоносов, и Пич, как почти все химики середины XVIII в., были сторонниками теории флогистона и рассматривали все излагаемые ими факты с позиций этой теории. Сходство, а иногда и тождество высказываний обоих авторов объясняется тем, что они пользовались одними и теми же литературными источниками, как это было показано выше.

Главной чертой различия обеих диссертаций следует признать неодинаковый и даже противоположный подход к поставленной задаче. Пич пытается ее разрешить как ограниченный эмпирик, не желающий ничего знать, кроме опытов, совершенно неспособный к теоретическому мышлению и даже отрицающий его необходимость. Стараясь изо всех сил удовлетворить условию конкурса — доказать все утверждения опытом, он проделывает и описывает множество хорошо известных экспериментов. Единственный же оригинальный опыт Пича — получение селитры при действии разбавленной серной кислоты и мочи на известь — оказался не отвечающим действительности. О диссертации Пича можно сказать: то, что в ней было верно, — не ново, а то, что было ново, — неверно.

Ломоносов подходит к задаче совершенно по-другому. Описываемые факты он стремится подвести под те немногие общие положения, которые были сформулированы в предисловии. Он пользуется атомистическими представлениями для объяснения строения кристаллов и вывода закона постоянства гранных углов. Наконец, он высказывает мысль о том, что химия сделается наукой тогда, когда она станет применять принципы и методы физики.

этого было совершенно недостаточно, чем в свое время Б. Н. Меншуткин¹⁶¹объяснил неуспех диссертации Ломоносова.

Необходимо указать еще на одну причину ее неудачи. Нет никакого сомнения в том, что судьба работ, представленных на конкурс, всецело зависела от берлинских академиков-химиков — Маргграфа, Потта и Эллера.¹⁶² Все они были убежденными флогистиками, занимались только экспериментальной работой и не проявляли ни малейшей склонности к теоретическим изысканиям. Поэтому вполне понятно, что Берлинская Академия наук отдала предпочтение диссертации узкого эмпирика Пича, который хотя и не высказывал никаких новых научных идей, но неукоснительно выполнял основное требование конкурса — доказывать опытами все утверждаемое.

Диссертация Ломоносова — образец того, как он, работая над частным и сравнительно узким вопросом, поднимался до самых общих, самых основных проблем науки.