«Основы химии, Том I»

Электронная книга Проекта Гутенберг, «Основы химии, том I (из 2)», Д. И. Менделеева, под редакцией Т. А. Лоусона, перевод Джорджа Каменского

Note:

Images of the original pages are available through Internet Archive. See

https://archive.org/details/cu31924012367441

ОСНОВЫ ХИМИИ

Д. МЕНДЕЛЕЕВЪ ПЕРЕВОДЪ СЪ РУССКАГО (ШЕСТАГО ИЗДАНIЯ) ДЖОРДЖА КАМЕНСКАГО, А.Р.С.М. ИМПЕРАТОРСКАГО МОНЕТНАГО ДВОРА, С.-ПЕТЕРБУРГЪ: ЧЛЕНЪ РУССКАГО ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАГО ОБЩЕСТВА ПОДЪ РЕДАКЦIЕЙ Т. А. ЛОУСОНА, БАК. НАУКЪ ДОКТОРА ФИЛОСОФИИ ЭКЗАМЕНАТОРА ПО ПРОДУКТАМЪ КАМЕННОУГОЛЬНОЙ СМОЛЫ ЛОНДОНСКОГО ГОРОДСКОГО И ГИЛЬДЕЙСКОГО ИНСТИТУТА ДЕЙСТВИТЕЛЬНОГО ЧЛЕНА ИНСТИТУТА ХИМИИ ВЪ ДВУХЪ ТОМАХЪ ТОМЪ I. LONGMANS, GREEN, AND CO 39 PATERNOSTER ROW, LONDON NEW YORK AND BOMBAY 1897 Все права защищены

ПРЕДИСЛОВИЕ К АНГЛИЙСКОМУ ПЕРЕВОДУ

Первое английское издание этого труда было опубликовано в 1891 году, и то, что теперь требуется второе издание, служит, по нашему мнению, достаточным доказательством того, что энтузиазм автора к своей науке и философский метод его преподавания были по достоинству оценены английскими химиками.

В научной работе, которой посвятил свою жизнь профессор Менделеев, его постоянным стремлением было объединить разрозненные факты химии в рамках закона, и соответственно в своем преподавании он старается внедрить в сознание студента принципы науки и те обобщения, насколько они были открыты, в соответствии с которыми факты естественным образом группируются.

Среди этих обобщений периодический закон является, пожалуй, наиболее важным из всех, выдвинутых со времени создания атомной теории. Поэтому интересно отметить, что профессор Менделеев пришел к его открытию во время подготовки первого русского издания этой книги.

Естественно также, что дальнейшее применение и развитие этого обобщения должны составлять главную особенность настоящего, новейшего издания.

Существуют особые трудности при переводе с русского языка на хороший английский, и мы сознаем, что они преодолены не полностью. Несомненно также, что в изложении имеются ошибки, которые ускользнули от исправления, но мы верим, что настоящее издание окажется в обоих отношениях лучше своего предшественника. Мы сочли своим долгом как переводчиков дать по возможности верное воспроизведение труда профессора Менделеева — шестого русского издания — без приумножения или изменения его утверждений, и в этом мы имеем одобрение автора.

Хотя другие обязанности помешали г-ну Гринуэю взять на себя заботу о настоящем издании, он был так любезен, что поделился с нами своими замечаниями по ряду вопросов. Мы также выражаем благодарность управляющим Королевского института за разрешение перепечатать лекцию, прочитанную профессором Менделеевым в Королевском институте (Приложение I), и Совету Химического общества за разрешение перепечатать Фарадеевскую лекцию, составляющую Приложение II.

В заключение мы признательны г-ну Ф. ЭвершедУ, оказавшему нам большую ценную помощь при вычитке гранок для печати.

Г. К. Т. А. Л.

Август 1897 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА К ШЕСТОМУ РУССКОМУ ИЗДАНИЮ

Настоящий труд был написан в 1868–1870 годах; его цель заключалась в том, чтобы ознакомить студента не только с методами наблюдения, экспериментальными фактами и законами химии, но также и с тем пониманием, которое эта наука дает в отношении неизменной основы, лежащей под многообразными формами вещества.

Если сами описания фактов зависят от наблюдающего лица, то насколько же ярче отражается личность того, кто излагает методы и философские размышления, составляющие сущность науки! По этой причине во всяком объективном изложении науки неизбежно будет много субъективного. И поскольку индивидуальное творение имеет значение лишь в силу того, что ему предшествовало и с чем оно современно, оно подобно зеркалу, которое, отражая, преувеличивает размеры и отчетливость соседних предметов и заставляет находящегося рядом человека видеть отраженными наиболее ясно те объекты, которые находятся на той стороне, куда оно направлено. Хотя я старался сделать свою книгу верным зеркалом, направленным на всю область химических изменений, тем не менее невольно те влияния, которые были близки мне, отразились наиболее четко, осветились ярче всего и окрасили весь труд в свои тона. Этим была определена главная особенность книги. Экспериментальные и практические данные занимают свое место, но главную тему труда составляют философские принципы нашей науки. В прежние времена науки, подобно мостам, могли строиться лишь на опоре из нескольких широких устоев и длинных ферм. Помимо изложения принципов химии, моим желанием было показать, как наука в настоящее время строится подобно висячему мосту, поддерживаемому соединенной силой множества тонких, но прочно закрепленных цепей, которые по отдельности обладают небольшой прочностью, и таким образом переведена через трудности, казавшиеся прежде непреодолимыми. Сравнивая науку прошлого, настоящего и будущего, сопоставляя подробности ее ограниченных экспериментов с ее стремлениями к беспредельной и бесконечной истине и удерживая себя от уклонения в сторону наиболее привлекательного пути, я старался возбудить в читателе дух исследования, который, не удовлетворяяйсь одними лишь умозрительными рассуждениями, подвергал бы каждую идею проверке опытом, поощрял бы привычку к упорному труду и побуждал к поискам новых цепей доказательств для завершения моста через бездонную неизвестность. История доказывает, что этим путем можно избежать двух одинаково пагубных крайностей: утопизма — мечтательного созерцания, проистекающего только из течения мысли, и застойного реализма, довольствующегося голыми фактами. Такие науки, как химия, которые имеют дело как с идеями, так и с вещественными субстанциями и создают возможность немедленной проверки того, что было или может быть открыто или предположено, на каждом шагу показывают, что труд прошлого принес великую пользу и что без него было бы невозможно продвинуться в океан неизвестного. Они также показывают возможность ознакомления с новыми частями этой неизвестности и заставляют нас, при должном уважении к урокам истории, отбросить классические иллюзии и включиться в работу, которая не только доставляет душевное удовлетворение, но и приносит практическую пользу всем нашим сородичам. [1]

Таким образом, стремление направить жаждущих истины к чистому источнику науки о силах, действующих во всей природе, составляет первую и важнейшую цель этой книги. Настало время, когда знание физики и химии составляет столь же важную часть образования, какую составляло знание классических языков два столетия назад. В те дни народы, преуспевавшие в классическом образовании, стояли во главе угла, точно так же как теперь наиболее передовыми являются те, которые превосходят в знании естественных наук, ибо они составляют силу и характер нашего времени. Следуя вышеуказанной и главной цели, я поставил перед собой вторую задачу: послужить учебником для начального знакомства с химией и тем самым удовлетворить потребность, несомненно существующую среди студентов и тех, кто прибегает к химии либо как к источнику истины, либо благосостояния. [2] Следовательно, хотя фундаментальной задачей этого труда было выразить и охватить общее химическое учение современности с личной точки зрения, я тем не менее повсеместно стремился выдерживать такой уровень, который делал бы «Основы химии» доступными для начинающего. Многие стороны этого труда определяются данным сочетанием зачастую весьма различных требований. Выход был возможен лишь при одном условии: не увлекаться кажущейся правдоподобной теорией при объяснении отдельных фактов и всегда стремиться передать простую правду данного факта, извлекая ее из обширного запаса литературы предмета и из проверенного личного опыта. Издавая новое издание этого труда, я стремился добавить все важные факты, открытые в последнее время, [3] и переработать прежнее издание в вышеуказанном духе. С этой целью я полностью пересмотрел данное издание, и его сравнение с предыдущим покажет, что дополнения и изменения стоили не меньшего труда, чем многие главы работы. Я также пожелал показать в элементарном трактате по химии поразительные преимущества, получаемые от применения периодического закона, который я впервые увидел во всей его полноте в 1869 году, когда был занят написанием первого издания этой книги, в котором, поистине, этот закон был впервые сформулирован. В то время, однако, этот закон не был установлен столь прочно, как теперь, когда столь многие его следствия были подтверждены исследованиями многочисленных химиков, и в особенности Роско, Лекока де Буабодрана, Нильсона, Браунера, Торпа, Карнелли, Лори, Винклера и других. Неожиданный для меня самого быстрый успех, с которым учение о периодичности элементов распространилось в нашей науке, и, быть может, также то упорство, с которым я собрал в этом труде по новому плану важнейшие данные об элементах и их взаимных отношениях, достаточно объясняют тот факт, что прежнее (5-е, 1889 г.) издание моего труда было переведено на английский [4] и немецкий [5] языки и переводится на французский. [6] Глубоко тронутый благоприятными отзывами английских людей науки о моей книге, я приписываю их главным образом периодическому закону, положенному в основу моего трактата и особенно второй части книги, содержащей большое количество данных, имеющих особое, а иногда и совершенно неожиданное значение с точки зрения этого закона. Поскольку весь план этого труда подчинен закону периодичности, который может быть проиллюстрирован в табличной форме путем расположения элементов по рядам, группам и периодам, две такие таблицы приводятся в конце этого предисловия.

В настоящем шестом издании я не изменил ни одной существенной черты оригинального труда и сохранил те изменения, которые были внесены в пятое издание. [7] Тем не менее я добавил множество вновь открытых фактов, и в этом отношении необходимо сказать несколько слов. Хотя все аспекты простейших химических отношений развиты в этой книге по возможности одинаково, однако, оглядываясь назад, я вижу, что я все же уделил наибольшее внимание так называемым неопределенным соединениям, примеры которых можно видеть в растворах. Я неоднократно возвращаюсь к ним и ко всем новейшим данным относительно них, ибо в них я вижу отправную точку для будущего прогресса нашей науки, и к ним я присоединяю многочисленные случаи определенных соединений, начиная с сплавов и силикатов и заканчивая комплексными кислотами. На это есть две причины. Во-первых, этот предмет глубоко интересовал меня с юности; я посвятил ему часть собственных исследований, и потому он занимал важное положение даже в первом издании моей книги; кроме того, все, что было впоследствии достигнуто в нашей науке, особенно за последние пять или шесть лет, показывает, что в настоящее время интерес к этим вопросам играет важную роль в умах широкого круга современных работников в области химии. Эта личная привязанность, если можно так выразиться, к вопросу о растворах и таких неопределенных соединениях невольно должна была наложить отпечаток на мой труд, и в позднейших изданиях мне даже приходилось бороться с тем, чтобы не придавать этому предмету большего развития, чем прежде, столь велик был накопленный материал, который однако еще не дает нам права считать решенными даже самые элементарные вопросы, касающиеся растворов. Так, мы еще не можем сказать, что такое раствор в действительности. Мой собственный взгляд заключается в том, что раствор представляет собой гомогенную жидкую систему неустойчивых диссоциирующих соединений растворителя с растворенным веществом. Но хотя такая теория многое мне объясняет, я не могу считать свое мнение доказанным и потому излагаю его с некоторой сдержанностью как одну из нескольких гипотез. [8] Будучи предметом еще далеко не решенным, я мог бы естественным образом обойти его молчанием или упомянуть лишь вскользь, но такое обращение с растворами, хотя и обычное в элементарных трактатах по химии, не отвечало бы моим взглядам на предмет нашей науки, и я хотел, чтобы читатель нашел в моей книге прежде всего выражение всего того, что сложилось для меня при изучении этого предмета. Если в растворах я вижу и могу часто доказать явные свидетельства существования тех определенных соединений, которые составляют более общую область химических данных, я не мог удержаться от того, чтобы не вдаваться в определенные подробности относительно растворов; в противном случае не осталось бы и следа от той общей идеи, что в них мы имеем лишь особый случай обычных определенных или атомных соединений, подчиняющихся законам Дальтона. Имея эту идею давно, я желал внедрить ее в сознание читателя моей книги, и именно это стремление составляет вторую из тех главных причин, почему я так часто возвращаюсь к растворам в данном труде. В настоящее время мои идеи относительно растворов разделяются немногими, но я уповаю, что постепенно приводимые мной примеры проложат путь к их общему признанию, и я надеюсь, что они найдут сторонников среди тех моих читателей, которые находятся в положении, позволяющем экспериментально разработать эту трудную, но весьма интересную проблему.

В заключение я выражаю благодарность В. Д. Сапожникову, который исправил корректуру всего настоящего издания и составил указатели, значительно облегчающие поиск тех подробностей, которые рассыпаны по всему труду.

Д. МЕНДЕЛЕЕВ.

Примечания:

[1] Химия, как и всякая другая наука, есть вместе средство и цель. Она есть средство достижения определенных практических результатов. Так, с ее помощью облегчается получение материи в различных ее формах; она показывает новые возможности использования сил природы, указывает способы приготовления многих веществ, выказывает их свойства и т. д. В этом смысле химия тесно связана с трудом фабриканта и ремесленника, ее сфера деятельна и служит средством поднятия общего благосостояния. Помимо этого почетного призвания, у химии есть другое. С ней, как со всякой разработанной наукой, связано множество возвышенных стремлений, созерцание которых служит для вдохновения ее деятелей и приверженцев. Это созерцание охватывает не только главные данные науки, но и общепринятые выводы, а также гипотезы, относящиеся к явлениям еще недостаточно изученным. В этом последнем смысле научное созерцание сильно меняется со временем и лицами, оно носит печать творческой силы и охватывает высшие формы научного прогресса. В том чистом наслаждении, которое испытывается при приближении к идеалу, в том стремлении сорвать завесу со скрытой истины и даже в том разладе, который существует между различными деятелями, мы должны видеть самые верные залоги дальнейшего прогресса науки. Наука таким образом продвигается вперед, открывая новые истины и в то же время получая практические результаты. Здание науки требует не только материала, но и плана, и обусловливает труд по заготовке материалов, их соединению, выработке планов и симметричных пропорций различных частей. Задумать, понять и охватить всю симметрию научного здания, включая его неоконченные части, равносильно вкушению того наслаждения, которое даруется лишь высшими формами красоты и истины. Без материала один лишь план есть лишь воздушный замок — простая возможность; в то время как материал без плана есть лишь бесполезное вещество. Все зависит от соответствия материалов плану и исполнению и достигаемой благодаря этому общей гармонии. В труде науки ремесленник, архитектор и творец очень часто суть одно и то же лицо; но иногда, как и на других жизненных путях, между ними существует различие; иногда план предначертан, иногда он следует за подготовкой и накоплением сырого материала. Свободный доступ в здание науки разрешен не только тем, кто разработал план, исполнил детальные чертежи, подготовил материалы или сложил кирпичную кладку, но и всем тем, кто желает составить близкое знакомство с планом и хочет избежать пребывания в подвалах или на чердаках, где хранится ненужный хлам.

Зная, как удовлетворенна, свободна и радостна жизнь в царстве науки, горячо желаешь, чтобы многие вступили в ее врата. По этой причине многие страницы этого трактата невольно отмечены тем серьезным стремлением, чтобы навыки химического созерцания, которые я старался привить в умах моих читателей, побудили их к дальнейшему изучению науки. Тогда наука расцветет в них и ими при более полном знакомстве не только с тем малым, что заключено в тесных пределах моей работы, но с тем дальнейшим учением, которое они должны впитать в себя, чтобы сделать себя мастерами нашей науки и участниками ее дальнейшего преуспеяния.

Вступающие на путь науки не имеют причин бояться, когда они помнят о насущной потребности в практических работниках в сферах сельского хозяйства, искусств и промышленности. Призывая сторонников к труду теоретической химии, я уверен, что призываю их к полезнейшему труду, к навыку правильно обращаться с природой и ее законами и к возможности сделаться истинно практичными людьми. Для того чтобы стать действительными химиками, новичкам необходимо хорошо и тесно познакомиться с тремя важными ветвями химии — аналитической, органической и теоретической. Та часть химии, которая рассматривается в этом трактате, составляет лишь фундамент здания. Для изучения и развития химии в ее истиннейшем и полнейшем смысле новички должны прежде всего обратить внимание на практическую работу аналитической химии; во-вторых, на практическое и теоретическое знакомство с каким-либо специальным химическим вопросом, изучая оригинальные труды исследователей этого предмета (сначала под руководством опытных учителей), ибо при разработке частных фактов способность суждения и правильной критики заостряется; в-третьих, на знание текущих научных вопросов через специальные химические журналы и издания и путем общения с другими химиками. Настало время отвернуться от мечтательного созерцания, от платонических стремлений и от классического многословия и вступить в области действительного труда на общее благо, доказать, что изучение науки есть не только превосходное образование для юношества, но что оно вселяет добродетели трудолюбия и правдивости и создает прочное народное богатство, материальное и умственное, каковое без него было бы недостижимо. Наука, имеющая дело с бесконечным, сама по себе не имеет границ.

[2] Я рекомендую тем, кто начинает изучение химии по моей книге, сначала читать только то, что напечатано крупным шрифтом, ибо в этой части я старался сосредоточить все фундаментальные, непреложные знания, необходимые для этого изучения. В примечаниях, напечатанных мелким шрифтом (которые следует читать лишь после усвоения крупного текста), обсуждаются определенные подробности; они представляют собой либо дальнейшие примеры, либо спорные вопросы по существующим идеям, которые я счел полезным изложить тем, кто вступает в сферу науки, либо определенные исторические и технические детали, которые можно было бы изъять из фундаментальной части книги. Не имея намерения достичь в своем трактате полноты справочного издания, я все же старался выразить главные достижения науки в том виде, в каком они касаются химических элементов, рассмотренных в том аспекте, в каком они представились мне после долгого непрерывного изучения предмета и участия в современном продвижении знаний.

[3] Я также поместил свои личные взгляды, предположения и аргументы в примечаниях, которые главным образом предназначены для подробностей и ссылок. Но я старался избегать здесь, как и в тексте, не только всего того, что считаю сомнительным, но и тех деталей, которые относятся либо к специальным отраслям химии (например, к аналитической, органической, физической, теоретической, физиологической, сельскохозяйственной или технической химии), либо к различным отраслям естествознания, которые все теснее и теснее соприкасаются с химией. Химия, я убежден, должна занимать место среди естественных наук бок о бок с механикой; ибо механика рассматривает материю как систему весомых точек, почти не имеющих индивидуальности и находящихся лишь в определенном состоянии подвижного равновесия. Для химии материя представляет собой целый мир жизни с бесконечным разнообразием индивидуальности как в элементах, так и в их комбинациях. Изучая общую закономерность с механической точки зрения, я думаю, что высшая точка познания природы не может быть достигнута без учета индивидуальности вещей, в которой химия призвана искать общие высшие законы. Механику можно уподобить науке государственного управления, химию — наукам юриспруденции и социологии. Всеобщая вселенная не могла бы быть построена без частной индивидуальной вселенной и была бы сухой абстракцией, если бы ее не оживляло реальное разнообразие индивидуального мира. Механика образует классическую основу натуры философии, в то время как химия, как сравнительно новая и все еще молодая наука, уже стремится — и будет в будущем — внести новый, живой аспект в философию природы; тем более что химия одна никогда не стоит на месте и нигде не мертва — ее жизненная деятельность имеет всеобщее господство и неизбежно определяет общий облик вселенной. Подобно тому как микроскоп и телескоп расширяют поле зрения и открывают жизнь в кажущейся неподвижности, так и химия, открывая и стремясь распознать жизнь невидимого мира атомов и молекул и их предельного предел деления, внесет ясные и важные проблемы в наше понимание природы. И я думаю, что ее роль, которая сейчас значительна, будет возрастать все больше и больше в будущем; то есть я думаю, что в своем дальнейшем развитии она займет место бок о бок с механикой для постижения тайн природы. Но здесь нам требуется некий второй Ньютон; и я не сомневаюсь, что он скоро появится.

[4] Мне очень помог в сборе данных из различных химических журналов последних пяти лет рефераты, составленные для меня г-ном Ю. В. Курилиным, которому я приношу свою искреннюю благодарность.

[5] Английский перевод выполнен Г. Каменским и отредактирован А. Д. Гринуэем; опубликован издательством Longmans, Green & Co.

[6] Немецкий перевод выполнен Л. Явейном и А. Тилло; опубликован Рикером (С.-Петербург).

[7] Французский перевод начат Э. Ачкинази и Э. Каррионом с пятого издания и издается Тиньолем (Париж).

[8] Пятое издание было не только значительно расширено по сравнению с предыдущим, но и основания периодической системы элементов были заложены в нем гораздо прочнее, чем в прежних изданиях. Материал также был разделен на текст и примечания, содержавшие подробности, ненужные для первого знакомства с химией. Пятое издание разошлось быстрее, чем я ожидал, так что вместо выпуска дополнений (содержащих новейшие открытия в химии), как я предполагал, я был вынужден опубликовать настоящее совершенно новое издание труда.

[9] Эта гипотеза не только упоминается в разных частях этой книги, но отчасти (с точки зрения удельного веса растворов) разработана в моем труде «Исследование растворов по их удельному весу», 1887.

ТАБЛИЦА I Распределение элементов по группам и рядам

Group I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII.

Series 1 H — — — — — —

„ 2 Li Be B C N O F

„ 3 Na Mg Al Si P S Cl

„ 4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu

„ 5 (Cu) Zn Ga Ge As Se Br

„ 6 Rb Cr Y Zr Nb Mo — Ru Rh Pd Ag

„ 7 (Ag) Cd In Sn Sb Te I

„ 8 Cs Ba La Ce Di? — — — — — —

„ 9 — — — — — — —

„ 10 — — Yb — Ta W — Os Ir Pt Au

„ 11 (Au) Hg Tl Pb Bi — —

„ 12 — — — Th — U —

R2O R2O2 R2O3 R2O4 R2O5 R2O6 R2O7 Higher oxides

— RO — RO2 — RO3 — RO4

— — — RH4 RH3 RH2 RH Hydrogen compounds

ТАБЛИЦА II Периодическая система и атомные веса элементов (с указанием страниц, на которых они описаны)

2nd Series,

Typical

elements 4th Series 6th Series 8th Series 10th Series 12th Series

I. Li 7 K 89 Rb 86 Cs 133 — —

vol. i. 574 vol. i. 558 vol. i. 576 vol. i. 576

II. Be 9 Ca 40 Sr 88 Ba 137 — —

vol. i. 618 vol. i. 590 vol. i. 614 vol. i. 614

III. B 11 Sc 44 Y 89 La 138 Yb 173 —

vol. ii. 60 vol. ii. 94 vol. ii. 93 vol. ii. 93 vol. ii. 93

IV. C 12 Ti 48 Zr 91 Ce 140 ? 178 Th 232

vol. i. 338 vol. ii. 144 vol. ii. 146 vol. ii. 93 vol. ii. 148

V. N 14 V 51 Nb 94 ?Di 142 Ta 183 —

vol. i. 223 vol. ii. 194 vol. ii. 197 vol. ii. 93 vol. ii. 197

VI. O 16 Cr 52 Mo 96 — W 184 U 239

vol. i. 155 vol. ii. 276 vol. ii. 290 vol. ii. 290 vol. ii. 297

VII. F 19 Mn 55 ? 99 — — —

vol. i. 489 vol. ii. 303

Fe 56 Ru 102 — Os 192

vol. ii. 317 vol. ii. 369 vol. ii. 369

VIII. Co 59 Rh 103 — Ir 193

vol. ii. 353 vol. ii. 369 vol. ii. 369

Ni 59·5 Pd 106 — Pt 196

vol. ii. 353 vol. ii. 369 vol. ii. 369

3rd Series 5th Series 7th Series 9th Series 11th Series

I. H 1 Na 23 Cu 64 Ag 108 — Au 197

vol. i. 129 vol. i. 533 vol. ii. 398 vol. ii. 415 vol. ii. 442

II. Mg 24 Zn 65 Cd 112 — Hg 200

vol. i. 590 vol. ii. 39 vol. ii. 47 vol. ii. 48

III. Al 27 Ga 70 In 114 — Tl 204

vol. ii. 70 vol. ii. 90 vol. ii. 91 vol. ii. 91

IV. Si 28 Ge 72 Sn 119 — Pb 207

vol. ii. 99 vol. ii. 124 vol. ii. 125 vol. ii. 134

V. P 31 As 75 Sb 120 — Bi 209

vol. ii. 149 vol. ii. 179 vol. ii. 186 vol. ii. 189

VI. S 32 Se 79 Te 125 — —

vol. ii. 200 vol. ii. 270 vol. ii. 270

VII. Cl 35·5 Br 80 I 127 — —

vol. i. 459 vol. i. 494 vol. i. 496

Примечание. — Две черты под элементами обозначают те, которые очень широко распространены в природе; одна черта обозначает те, которые, хотя и реже встречаются, имеют общее употребление в искусствах и промышленности.

СОДЕРЖАНИЕ ПЕРВОГО ТОМА

PAGE

TRANSLATORS' PREFACE v

AUTHOR'S PREFACE TO THE SIXTH RUSSIAN EDITION vii

TABLE OF THE DISTRIBUTION OF THE ELEMENTS IN GROUPS AND SERIES xv

TABLE OF THE PERIODIC SYSTEM AND ATOMIC WEIGHTS OF THE ELEMENTS xvi

INTRODUCTION 1

CHAP.

I. ON WATER AND ITS COMPOUNDS 40

II. THE COMPOSITION OF WATER. HYDROGEN 113

III. OXYGEN AND THE CHIEF ASPECTS OF ITS SALINE COMBINATIONS 152

IV. OZONE AND HYDROGEN PEROXIDE. DALTON'S LAW 198

V. NITROGEN AND AIR 223

VI. THE COMPOUNDS OF NITROGEN WITH HYDROGEN AND OXYGEN 246

VII. MOLECULES AND ATOMS. THE LAWS OF GAY-LUSSAC AND AVOGADRO-GERHARDT 299

VIII. CARBON AND THE HYDROCARBONS 338

XI. COMPOUNDS OF CARBON WITH OXYGEN AND NITROGEN 379

X. SODIUM CHLORIDE. BERTHOLLET'S LAWS. HYDROCHLORIC ACID 417

XI. THE HALOGENS: CHLORINE, BROMINE, IODINE AND FLUORINE 459

XII. SODIUM 513

XIII. POTASSIUM, RUBIDIUM, CÆSIUM AND LITHIUM. SPECTRUM ANALYSIS 543

XIV. THE VALENCY AND SPECIFIC HEAT OF THE METALS. MAGNESIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, AND BERYLLIUM 581

ОСНОВЫ ХИМИИ ВВЕДЕНИЕ

Изучение естественных наук, быстрое развитие которых ведет свое начало со времен Галилея (†1642) и Ньютона (†1727), и более тесное их применение к внешнему миру [1] привели к выделению химии как особой ветви натурфилософии не только вследствие возрастающего запаса наблюдений и опытов, относящихся к взаимным превращениям веществ, но также и главным образом потому, что в дополнение к тяжести, сцеплению, теплоте, свету и электричеству стало необходимым признать существование особых внутренних сил в мельчайших частях всех веществ, сил, которые проявляются при превращениях веществ друг в друга, но остаются скрытыми (латентными) при обычных обстоятельствах и существование которых поэтому не может быть непосредственно воспринято и потому долгое время оставалось непризнанным. Первичная цель химии заключается в изучении однородных веществ, [2] из которых состоят все тела вселенной, превращений этих веществ друг в друга и явлений, [3] сопровождающих такие превращения. Каждое химическое изменение, или реакция, [4] как ее называют, может происходить только в условиях самого интимного и тесного соприкосновения реагирующих веществ [5] и определяется силами, свойственными наименьшим невидимым частицам (молекулам) материи. Мы должны различать три главных класса химических превращений.

1. Соединение есть реакция, при которой союз двух веществ дает новое или, говоря общими словами, из данного числа веществ получается меньшее число. Так, при нагревании смеси железа и серы [6] образуется одно новое вещество — сульфид железа, в котором составные вещества не могут быть различимы даже при помощи сильнейшего увеличительного стекла. До реакции железо могло быть отделено от смеси магнитом, а сера — путем ее растворения в некоторых маслянистых жидкостях; [7] вообще, до соединения они могли быть механически отделены друг от друга, но после соединения оба вещества проникают друг в друга и после этого уже неразделимы механически и неразличимы индивидуально. Как правило, реакции прямого соединения сопровождаются выделением теплоты, и обычный случай горения с выделением тепла состоит в соединении горючих веществ с частью (кислородом) атмосферы, причем газы и пары, содержащиеся в дыме, являются продуктами соединения.

2. Реакции разложения представляют собой случаи, обратные реакциям соединения, то есть такие, в которых одно вещество дает два или, вообще говоря, из данного числа веществ получается большее число. Так, при нагревании дерева (а также угля и многих животных или растительных веществ) без доступа воздуха получаются горючий газ, водянистая жидкость, деготь и углерод. Именно таким образом в больших масштабах приготавливаются деготь, светильный газ и древесный уголь. [8] Все известняки, например плитняк, мел или мрамор, при калении разлагаются на известь и особый газ, называемый углекислотным ангидридом. Подобное разложение, происходящее однако при гораздо более низкой температуре, протекает с зеленым углекислым карбонатом меди, содержащимся в природном малахите. Этот пример будет более подробно рассмотрен в свое время. В то время как при обычных реакциях соединения выделяется теплота, при реакциях разложения она, наоборот, поглощается.

3. Третий класс химических реакций, где число реагирующих веществ равно числу образующихся веществ, можно рассматривать как одновременное разложение и соединение. Если, например, взять два соединения A и B и они реагируют друг с другом с образованием веществ C и D, то, предполагая, что A разлагается на D и E, а E соединяется с B с образованием C, мы имеем реакцию, в которой были взяты два вещества A (или D E) и B и получены два других C (или E B) и D. Такие реакции должны быть отнесены к общему термину реакций «перегруппировки», а частный случай, когда два вещества дают два новых, — к реакциям «замещения». [9] Так, если погрузить кусок железа в раствор медного купороса (сульфата меди), то образуется — вернее, выделяется — медь, а в растворе получается зеленый купорос (сульфат железа, который отличается от синего купороса лишь тем, что железо заменило медь). Таким образом железо может быть покрыто медью, равно как и медь серебром; такие реакции часто используются на практике.

Большинство химических изменений, происходящих в природе и используемых технически, весьма сложны, так как состоят из совокупности многих раздельных и одновременных соединений, разложений и замещений. Главным образом вследствие этой естественной сложности химических явлений химия в течение столь многих веков не существовала как точная наука; то есть иначе говоря, хотя многие химические изменения были известны и находили применение, [10] их истинная природа оставалась неизвестной, и их нельзя было ни предсказать, ни направить по воле. Другой причиной медленного прогресса химических знаний является участие газообразных веществ, особенно воздуха, во многих реакциях. Истинное понимание воздуха как весомого вещества и газов вообще как особых упругих и рассеивающих состояний материи было достигнуто лишь в шестнадцатом и семнадцатом веках, и только после этого превращения веществ смогли составить науку. До того времени, не понимая невидимого и тем не менее весомого газообразного и парообразного состояний веществ, невозможно было получить никаких фундаментальных химических доказательств, потому что газы ускользали от внимания между реагирующими и образующимися веществами. На основании впечатления, производимого на нас наблюдаемыми явлениями, легко составить мнение, что материя создается и уничтожается: целая масса деревьев сгорает, и остается лишь немного угля и золы, в то время как из одного маленького семечка мало-помалу вырастает величественное дерево. В одном случае материя кажется уничтоженной, а в другом — созданной. К такому выводу приходят потому, что образование или потребление газов, будучи при данных обстоятельствах невидимым для глаза, не замечается. Когда дерево горит, оно претерпевает химическое изменение в газообразные продукты, которые улетучиваются в виде дыма. Очень простой опыт докажет это. Собирая дым, можно заметить, что он содержит газы, которые совершенно отличны от воздуха, будучи неспособными поддерживать горение или дыхание. Эти газы можно взвесить, и тогда будет видно, что их вес превышает вес взятого дерева. Это увеличение веса происходит оттого, что при горении составные части дерева соединяются с частью воздуха; точно так же железо увеличивает свой вес при ржавении. При горении пороха его вещество не уничтожается, а лишь превращается в газы и дым. То же самое происходит и при росте дерева; семечко не увеличивается в массе само по себе и из самого себя, но растет потому, что поглощает газы из атмосферы и всасывает воду и растворенные в ней вещества из земли через свои корни. Сок и твердые вещества, придающие растениям форму, производятся из этих поглощенных газов и жидкостей посредством сложных химических процессов. Газы и жидкости превращаются в твердые вещества самими растениями. Растения не только не увеличиваются в размерах, но погибают в газе, который не содержит составных частей воздуха. Когда влажные вещества сохнут, они уменьшаются в весе; когда вода испаряется, мы знаем, что она не исчезает, а возвращается из атмосферы в виде дождя, росы и снега. Когда вода поглощается землей, она не исчезает там навсегда, а накапливается где-то под землей, откуда впоследствии вытекает в виде родника. Таким образом, материя не исчезает и не создается, а претерпевает лишь различные физические и химические превращения — то есть изменяет свое местоположение и форму. Материя остается на земле в том же количестве, что и прежде; словом, она, насколько мы можем судить, вечна. Эту простую и первоначальную истину химии было трудно подвергнуть исследованию, но, будучи однажды уяснена, она быстро распространилась и теперь кажется столь же естественной и простой, как и многие истины, признаваемые веками. Мариотт и другие ученые семнадцатого века уже подозревали существование закона неразрывности материи, но они не предпринимали усилий выразить его или применить к требованиям науки. Опыты, с помощью которых был достигнут этот простой закон, были поставлены во второй половине прошлого века основоположником современной химии Лавуазье, французским академиком и откупщиком. Многочисленные опыты этого ученого проводились с помощью весов, которые служат единственным средством прямого и точного определения количества материи.

Лавуазье обнаружил путем взвешивания всех веществ и даже аппаратуры, использованных в каждом опыте, а затем взвешивания веществ, полученных после химического изменения, что сумма весов образовавшихся веществ всегда равна сумме весов взятых веществ; или, иными словами: материя не создается и не исчезает, иначе говоря, материя вечна. Это выражение естественно включает в себя гипотезу, но наша единственная цель при его использовании заключается в том, чтобы кратко выразить следующий пространный период: что во всех опытах и во всех исследованных явлениях природы никогда не наблюдалось, чтобы вес образовавшихся веществ был меньше или больше (насколько позволяет точность взвешивания [11]) веса первоначально взятых веществ, а так как вес пропорционален массе [11 bis], или количеству материи, то отсюда следует, что никому еще не удавалось наблюдать исчезновение материи или ее появление в новых количествах. Закон неразрушимости материи наделяет все химические исследования точностью, так как на его основе для каждой химической реакции может быть составлено уравнение. Если в какой-либо реакции весы взятых веществ обозначить буквами A, B, C и т. д., а веса образовавшихся веществ — буквами M, N, O и т. д., то

A + B + C + ... ... ... = M + N + O + ... ... ...

Следовательно, если вес одного из реагирующих или образующихся веществ неизвестен, его можно определить путем решения уравнения. Химик, применяя закон неразрушимости материи и пользуясь химическими весами, никогда не должен упускать из виду ни одно из реагирующих или образующихся веществ. Если допустить такое упущение, то сразу же будет замечено, что сумма весов взятых веществ не равна сумме весов образовавшихся веществ. Весь прогресс, сделанный химией в конце прошлого и в нынешнем столетии, полностью и непоколебимо основан на законе неразрушимости материи. Абсолютно необходимо приступая к изучению химии ознакомиться с той простой истиной, которая выражена этим законом, и с этой целью теперь будут приведены несколько примеров, поясняющих его применение.

1. Общеизвестно, что железо ржавеет во влажном воздухе [12] и что при калении на воздухе оно покрывается окалиной (окислом), имеющей, подобно ржавчине, вид землистого вещества, напоминающего некоторые железные руды, из которых добывается металлическое железо. Если взвесить железо до и после образования окалины или ржавчины, то окажется, что в ходе этой операции металл увеличился в весе. [13] Легко доказать, что это увеличение веса достигается за счет атмосферы и главным образом, как доказал Лавуазье, за счет той ее части, которая называется кислородом. В самом деле, в вакууме или в газах, не содержащих кислорода, например в водороде или азоте, железо ни ржавеет, ни покрывается окалиной. Если бы железо не было взвешено, участие атмосферного кислорода в его превращении в землистое вещество могло бы легко остаться незамеченным, как это бывало прежде, когда подобные явления по этой причине понимались неправильно. Из закона неразрушимости материи очевидно, что, поскольку железо увеличивается в весе при своем превращении в ржавчину, последняя должна представлять собой более сложное вещество, чем само железо, и ее образование обусловлено реакцией соединения. Мы могли бы составить о ней совершенно ошибочное мнение и, например, счесть ржавчину более простым веществом, чем железо, и объяснить образование ржавчины как удаление чего-либо из железа. Именно таково было общее мнение до Лавуазье, когда полагалось, что железо содержит некоторое неизвестное вещество, называемое «флогистоном», и что ржавчина представляет собой железо, лишенное этого предполагаемого вещества.

Рис. 1. — Аппарат для разложения красной окиси ртути.

2. Углекислая медь (в виде порошка или в виде хорошо известного зеленого минерала, называемого «малахитом», который используется для изготовления украшений или в качестве руды для добычи меди) при калении превращается в черное вещество, называемое «окисью меди». [14] Это черное вещество получается также путем нагревания меди докрасна на воздухе — то есть оно является окалиной или продуктом окисления меди. Вес оставшейся черной окиси меди меньше веса первоначально взятой углекислой меди, и поэтому мы считаем происшедшую реакцию разложением и полагаем, что при ней из зеленой углекислой меди что-то отделилось; и действительно, закрыв отверстие сосуда, в котором нагревается углекислая медь, хорошо подогнанной пробкой, через которую проходит газоотводная трубка, [15] конец которой погружен под воду, можно заметить, что при нагревании образуется газ, который выделяется пузырьками через воду. Этот газ можно легко собрать, как будет описано в настоящее время, и обнаружится, что он существенно отличается от воздуха во многих отношениях; например, в нем гаснет горящая лучина, как если бы ее погрузили в воду. Если бы взвешивание не доказало нам, что какое-то вещество отделилось, образование газа могло бы легко ускользнуть от нашего внимания, ибо он бесцветен и прозрачен, как воздух, и поэтому выделяется без каких-либо бросающихся в глаза особенностей. Выделяющийся углекислотный ангидрид можно взвесить, [16] и будет видно, что сумма весов черной окиси меди и углекислотного ангидрида равна весу первоначально взятой углекислой меди, [17] и таким образом, тщательно прослеживая различные стадии всех химических реакций, мы приходим к подтверждению закона неразрушимости материи.

3. Красная окись ртути (которая образуется в виде ржавчины ртути при нагревании ртути на воздухе) разлагается подобно углекислой меди (только при более медленном нагревании и при несколько более высокой температуре) с образованием особого газа — кислорода. Для этого окись ртути помещают в стеклянную трубку или реторту, [18] к которой с помощью пробки присоединена газоотводная трубка. Эта трубка согнута книзу, как показано на чертеже (рис. 1). Открытый конец газоотводной трубки погружен в сосуд, наполненный водой, называемый пневматической ванной. [19] Когда газ начинает выделяться в реторте, он вынужден, не имея другого выхода, уходить через газоотводную трубку в воду в пневматической ванне, и поэтому его выделение станет видимым по пузырькам, выходящим из этой трубки. При нагревании реторты, содержащей окись ртути, находящийся в аппарате воздух сначала частично вытесняется вследствие его расширения от теплоты, а затем выделяется особый газ, называемый «кислородом», который можно легко собрать по мере его выделения. Для этой цели сосуд (обычный цилиндр, как на чертеже) наполняют доверху водой и закрывают его горлышко; затем его переворачивают и помещают в таком положении под воду в ванне; после этого горлышко открывают. Цилиндр останется полным воды — то есть вода останется в нем на более высоком уровне, чем в окружающем сосуде, благодаря атмосферному давлению. Атмосфера давит на поверхность воды в ванне и препятствует вытеканию воды из цилиндра. Горлышко цилиндра помещают над концом газоотводной трубки, [20] и выходящие из нее пузырьки будут подниматься в цилиндр и вытеснять содержащуюся в нем воду. Газы обычно собирают таким образом. Когда в цилиндре накопится достаточное количество газа, можно наглядно показать, что это не воздух, а другой газ, который отличается способностью энергично поддерживать горение. Чтобы показать это, цилиндр закрывают под водой и вынимают из ванны; затем его горлышко поворачивают вверх и погружают в него тлеющую лучину. Как известно, тлеющая лучина гаснет на воздухе, но в газе, выделяющемся из красной окиси ртути, она горит ярко и энергично, показывая свойство этого газа поддерживать горение более энергично, чем воздух, и тем самым позволяя отличить его от последнего. В этом опыте можно заметить, что помимо образования кислорода образуется металлическая ртуть, которая, улетучиваясь при высокой температуре, требуемой для реакции, конденсируется на более холодных частях реторты в виде зеркала или в капельках. Таким образом, при нагревании красной окиси ртути получаются два вещества — ртуть и кислород. В этой реакции из одного вещества получаются два новых вещества — то есть произошло разложение. Способы собирания и исследования газов были известны до времен Лавуазье, но он впервые показал ту действительную роль, которую они играли в процессах многих химических изменений, которые до его эпохи либо понимались неправильно (как будет объяснено впоследствии), либо не объяснялись вовсе, а лишь наблюдались в своих поверхностных проявлениях. Этот опыт с красной окисью ртути имеет особое значение в истории современной Лавуазье химии, потому что выделяющийся здесь газообразный кислород содержится в атмосфере и играет важнейшую роль в природе, особенно при дыхании животных, при горении на воздухе и при образовании ржавчин или окалин (земель, как их тогда называли) из металлов — то есть землистых веществ, подобных рудам, из которых добываются металлы.

4. Чтобы проиллюстрировать опытом еще один пример химического изменения и применения закона неразрушимости материи, мы рассмотрим реакцию между обычной поваренной солью и ляписом, который хорошо известен по своему применению для прижигания ран. Взяв прозрачный раствор каждого из них и смешав их вместе, можно сразу заметить, что образуется твердое белое вещество, которое оседает на дно сосуда и нерастворимо в воде. Это вещество может быть отделено от раствора фильтрованием; тогда обнаруживается, что оно представляет собой совершенно иное вещество, чем каждое из тех, что были первоначально взяты в растворах. Это сразу очевидно из того факта, что оно не растворяется в воде. При выпаривании жидкости, прошедшей через фильтр, обнаружится, что она содержит новое вещество, непохожее ни на поваренную соль, ни на ляпис, но, подобно им, растворимое в воде. Таким образом, поваренная соль и ляпис, два вещества, растворимые в воде, произвели в результате взаимного химического действия два новых вещества, одно из которых нерастворимо в воде, а другое остается в растворе. Здесь из двух веществ получаются два других, следовательно, произошла реакция замещения. Вода служила лишь для переведения реагирующих веществ в жидкое и подвижное состояние. Если ляпис и соль высушить [21] и взвесить, и если взять около 58½ граммов [22] соли и 170 граммов ляписа, то получится 143½ грамма нерастворимого хлористого серебра и 85 граммов азотнокислого натрия. Видно, что суммы весов реагирующих и образующихся веществ аналогичны и равны 228½ граммам, что с необходимостью вытекает из закона неразрушимости материи.

Принимая истинность вышеуказанного закона, естественно возникает вопрос: существует ли какой-либо предел различным химическим превращениям или они неограничены по числу — то есть иными словами, возможно ли из данного вещества получить эквивалентное количество любого другого вещества? Другими словами, существует ли вечное и бесконечное изменение одного вида материи во всякий другой вид, или круг этих превращений ограничен? Это вторая существенная проблема химии, вопрос о качестве материи, и он, очевидно, является более сложным, чем вопрос о количестве. Его нельзя решить простым поверхностным взглядом на предмет. Действительно, видя, как все разнообразные формы и цвета растений строятся из воздуха и элементов почвы и как металлическое железо может превращаться в такие краски, как чернила и берлинская лазурь, можно прийти к мысли, что качественным изменениям, которым подвержена материя, нет конца. Но, с другой стороны, опыт повседневной жизни заставляет нас признать, что нельзя сделать пищу из камня или золото из меди. Таким образом, определенного ответа можно ожидать лишь при тщательном и усердном изучении предмета, и эта проблема в разное время решалась по-разному. В древние времена наиболее распространенным было мнение, что все видимое состоит из четырех элементов — воздуха, воды, земли и огня. Происхождение этой доктрины можно проследить далеко вглубь пределов Азии, откуда она была передана грекам и наиболее полно изложена Эмпедоклом, жившим до 460 г. до н. э. Эта доктрина не была результатом точных изысканий, а по-видимому обязана своим происхождением четкому делению тел на газы (подобные воздуху), жидкости (подобные воде) и твердые тела (подобные земле). Арабы, по-видимому, первыми попытались решить этот вопрос экспериментальными методами и привнесли через Испанию вкус к изучению подобных проблем в Европу, где с того времени появляется множество адептов химии, которая считалась нечестивым искусством и называлась «алхимией». Поскольку алхимики не знали никакого точного закона, который мог бы руководить их изысканиями, они получали самые аномальные результаты. Их главной заслугой перед химией было то, что они проставили множество опытов и открыли много новых химических превращений; но хорошо известно, как они разрешили фундаментальную проблему химии. Их взгляд можно принять за позитивное признание бесконечной взаимопревращаемости материи, ибо они стремились отыскать Философский Камень, способный превращать все в золото и алмазы и делать старых молодыми вновь. Это решение вопроса впоследствии было полностью отброшено, но по этой причине нельзя думать, что надежды, питавшиеся алхимиками, были лишь плодом их воображения. Первые химические опыты вполне могли привести их к таким выводам. Они брали, например, блестящий металлический минерал галенит и извлекали из него металлическое свинцование. Таким образом они видели, что из металлического вещества, непригодного к употреблению, они могут получить другое металлическое вещество, которое ковко и ценно для многих технических целей. Кроме того, они брали этот свинец и получали из него серебро — еще более ценный металл. Таким образом они могли легко заключить, что возможно облагораживать металлы посредством целого ряда превращений — то есть получать из них те, которые становятся все более и более драгоценными. Получив серебро из свинца, они предполагали, что можно получить золото из серебра. Ошибка, которую они совершали, заключалась в том, что они никогда не взвешивали и не измеряли вещества, использованные или полученные в их опытах. Если бы они сделали это, они бы узнали, что вес свинца был намного меньше веса галенита, из которого он был получен, а вес серебра ничтожен по сравнению с весом свинца. Если бы они пригляделись ближе к процессу извлечения серебра из свинца (а серебро в настоящее время добывается главным образом из свинцовых руд), они бы увидели, что свинец не превращается в серебро, а лишь содержит в себе некоторое небольшое количество оного, и это количество, будучи однажды отделено от свинца, уже не может дать больше при никакой дальнейшей операции. Серебро, которое алхимики извлекали из свинца, находилось в свинце и не было получено путем химического изменения самого свинца. Теперь это хорошо известно из опыта, но первоначальный взгляд на природу процесса весьма легко мог оказаться ошибочным. [23] Методы исследования, принятые алхимиками, могли дать мало успеха, ибо они не ставили перед собой четких и простых вопросов, ответы на которые помогли бы им продвинуться дальше. Таким образом, хотя они не пришли ни к какому точному закону, они тем не менее оставили химии в наследство многочисленные и полезные экспериментальные данные; в частности, они исследовали превращения, свойственные металлам, и по этой причине химия долгое время впоследствии целиком ограничивалась изучением металлических веществ.

В своих исследованиях алхимики часто пользовались двумя химическими процессами, которые в настоящее время называются «восстановлением» и «окислением». Обугливание металлов и вообще превращение их из металлической формы в землистую называется «окислением», тогда как извлечение металла из землистого вещества называется «восстановлением». Многие металлы — например, железо, свинец и олово — окисляются при нагревании на одном воздухе и могут быть снова восстановлены при нагревании с углеродом. Такие окисленные металлы встречаются в земле и составляют большинство металлических руд. Металлы, такие как олово, железо и медь, могут быть извлечены из этих руд путем их совместного нагревания с углеродом. Все эти процессы были хорошо изучены алхимиками. Впоследствии было показано, что все земли и минералы образованы из подобных металлических окалин, или оксидов, либо их комбинаций. Таким образом, алхимикам были известны две формы химических изменений: окисление металлов и восстановление образующихся при этом оксидов в металлы. Объяснение природы этих двух классов химических явлений послужило средством для открытия важнейших химических законов. Первая гипотеза об их природе принадлежит Беккеру и, в особенности, Шталю, хирургу прусского короля. Шталь пишет в своей работе «Fundamenta Chymiæ» (1723 г.), что все вещества состоят из невесомого огненного вещества, называемого «флогистоном» (materia aut principium ignis non ipse ignis), и другого элемента, обладающего особыми свойствами для каждого вещества. Чем больше способность тела к окислению или чем оно горючее, тем оно богаче флогистоном. Углерод содержит его в изобилии. При окислении или горении флогистон выделяется, а при восстановлении он поглощается или вступает в соединение. Углерод восстанавливает землистые вещества, потому что он богат флогистоном, и отдает часть своего флогистона восстанавливаемому веществу. Таким образом, Шталь полагал, что металлы представляют собой сложные вещества, состоящие из флогистона и землистого вещества или оксида. Эта гипотеза отличается чрезвычайной простотой, и по этой и другим причинам она приобрела множество сторонников.

Рис. 3. Аппарат Лавуазье для определения состава воздуха и причины увеличения веса металлов при их прокалывании на воздухе.

Лавуазье доказал с помощью весов, что каждый случай ржавления металлов, или окисления, либо горения сопровождается увеличением веса за счет атмосферы. У него, следовательно, сложилось естественное мнение, что более тяжелое вещество сложнее более легкого. Знаменитый опыт Лавуазье, поставленный в 1774 г., оказал несомненную поддержку его мнению, которое во многих отношениях противоречило учению Шталя. Лавуазье налил четыре унции чистой ртути в стеклянную реторту (рис. 3), горлышко которой было изогнуто, как показано на чертеже, и погружено в сосуд R S, также наполненный ртутью. Выступающий конец горлышка был накрыт стеклянным колоколом P. Вес всей взятой ртути и объем воздуха, остающегося в аппарате, а именно в верхней части реторты и под колоколом, были определены до начала опыта. В этом опыте было чрезвычайно важно знать объем воздуха, чтобы выяснить, какую роль он играет в окислении ртути, поскольку, согласно Шталю, флогистон выделяется в воздух, тогда как, согласно Лавуазье, ртуть при окислении поглощает часть воздуха; следовательно, было абсолютно необходимо определить, увеличивается или уменьшается количество воздуха при окислении металла. Поэтому было крайне важно измерить объем воздуха в аппарате как до, так и после опыта. Для этого необходимо было знать общую емкость реторты, объем налитой в нее ртути, объем колокола выше уровня ртути, а также температуру и давление воздуха во время его измерения. По этим данным можно было определить объем воздуха, содержащегося в аппарате и изолированного от окружающей атмосферы. Расположив свой аппарат таким образом, Лавуазье нагревал реторту со ртутью в течение двенадцати дней при температуре, близкой к температуре кипения ртути. Ртуть покрылась количеством мелких красных чешуек; то есть она окислилась или превратилась в землю. Это вещество представляет собой тот же оксид ртути, о котором уже упоминалось (пример 3). По истечении двенадцати дней аппарат охладили, и тогда было замечено, что объем воздуха в аппарате за время опыта уменьшился. Этот результат находился в прямом противоречии с гипотезой Шталя. Из 50 кубических дюймов первоначально взятого воздуха осталось только 42. Опыт Лавуазье привел к другим не менее важным результатам. Вес взятого воздуха уменьшился ровно настолько, насколько увеличился вес ртути при окислении; то есть часть воздуха не уничтожилась, а лишь соединилась со ртутью. Эта часть воздуха может быть снова отделена от оксида ртути и обладает, как мы видели (пример 3), свойствами, отличными от свойств воздуха. Она называется «кислородом». Та часть воздуха, которая осталась в аппарате и не соединилась со ртутью, не окисляет металлы и не поддерживает ни горения, ни дыхания, так что зажженная лучина немедленно гаснет, если ее погрузить в газ, остающийся под колоколом. «Она гаснет в остаточном газе так, будто ее погрузили в воду», — пишет Лавуазье в своих мемуарах. Этот газ называется «азотом». Таким образом, воздух не является простым веществом, а состоит из двух газов — кислорода и азота, и поэтому мнение о том, что воздух представляет собой элементарное вещество, ошибочно. Кислород воздуха поглощается при горении и окислении металлов, а земли, получающиеся при окислении металлов, представляют собой вещества, состоящие из кислорода и металла. Смешивая кислород с азотом, вновь получают тот же воздух, который был взят первоначально. Прямым опытом также было показано, что при восстановлении оксида углеродом кислород, содержащийся в оксиде, переходит к углероду и дает тот же газ, который получается при сгорании углерода на воздухе. Следовательно, этот газ представляет собой соединение углерода и кислорода, точно так же как землистые оксиды состоят из металлов и кислорода.