Но никогда атомистическое учение не исчезало из поля зрения естествоиспытателей. В средние века оно лишь на время отступило, оттеснённое учением Аристотеля. Учение Аристотеля было сильнее не только потому, что его поддерживала всесильная церковь, но и потому ещё, что оно было более «наглядным». Видел кто-нибудь атом? Никто! Да и невозможно было понять, как это из невидимых, неосязаемых частичек могут образовываться вещества, которые различаются цветом, запахом, плотностью и многим другим. А стихии-элементы объясняли это просто и доступно, потому что каждая стихия уже несла в себе свойство.
И вот теперь Бойль, вслед за Ф.Бэконом и П.Гассенди, обратился к атомистике и предпринял первую попытку на её основе объяснить понятие «элемент». Элементами Бойль назвал «корпускулы первого рода» (с оговоркой можно соотнести с современным определением молекулы), которые сами состоят из более мелких частиц материи (им Бойль названия не дал, но совершенно очевидно, что это атомы). Все химические превращения Бойль объяснял соединением и разъединением корпускул-элементов (по какой причине — не ясно!), каждая из которых «может быть выделена в первоначальном виде». Такими «первоначальными» элементами для него были известные к тому времени металлы, в первую очередь, конечно, золото и серебро. О существовании других элементов он ничего определённого сказать не мог — его время ещё не располагало необходимым для такого вывода теоретическим и экспериментальным материалом. Ещё не было объективных оценок веществ с точки зрения их химической простоты или сложности. Да и самому Бойлю не дано было полностью освободиться от груза традиции. Его можно сравнить с человеком, вступившим на первую, самую нижнюю ступень крутой лестницы. Куда она приведёт — неизвестно, а вот на каком она основании покоится — видно хорошо. Основание — алхимическое представление об универсальной материи, из которой состоят все тела, и вытекающее из этого представления убеждение, что «один вид металла может быть превращён в другой».
Сторонники идеи трансмутации металлов могли быть спокойны: их возлюбленной идее возрождение атомистики пока ничем не угрожало. И Бойль, и его великий современник Ньютон, принявший участие в разработке корпускулярной теории, ставили под сомнение не идею, а её «вульгарное» обоснование. Они сделали первый, но достаточно большой шаг к очищению химии и от алхимической зауми, и от алхимических чудес.
XVII в. — это век торжествующей механики. Она бралась объяснять решительно всё — от движения планет до взаимодействия корпускул. «Части всех однородных твёрдых тел, вполне прикасающиеся друг к другу, сцепляются очень сильно вместе, — пишет в своей работе «Оптика» Ньютон. — Для объяснения этого некоторые изобрели атомы с крючками… другие — что частицы связаны согласованными движениями, т. е. относительным покоем между ними. Я бы, скорее, заключил из сцепления частиц о том, что они притягивают одна другую с некоторой силой, которая очень велика при непосредственном соприкосновении и производит на малых расстояниях вышеупомянутые химические действия…»
Рождение и смерть флогистона
Человек давно связал свою судьбу с огнём. Настолько тесно, что с точки зрения взаимоотношений человека и огня можно посмотреть даже на всю историю земной цивилизации. Огонь — это тепло в жилище. Это переход со звериного на человеческий способ питания. Это замена дубины и камня орудиями труда из металла…
Роль огня становилась всё значительнее и всё разнообразнее, а сам он долгое время оставался таинственным и непознанным. До поры до времени это не очень беспокоило, хотя, конечно, о его природе задумывались всегда.
Рост промышленности и металлургического производства, особенно заметный, как уже отмечалось, с XVI–XVII вв., понуждал заняться этим вплотную. Надо было понять, почему, к примеру, так много теряется металла на окалину; почему вес его увеличивается при нагревании. И вообще, что такое горение?
История открытия химических элементов и создания научной теории горения богата фактами, подтверждающими одну парадоксальную мысль, высказанную современным учёным Джоном Берналом: сделать открытие проще, чем понять, что оно сделано.
Вот кислород. Этот элемент вполне мог появиться уже в VIII в. Сведения о нём — косвенные, разумеется, — есть в трактате китайского алхимика Мао Хао. Китайцы знали «деятельное начало», входящее в состав воздуха, и называли его «йын». В XV в. следы кислорода можно обнаружить в трудах Леонардо да Винчи. Потом они снова теряются — до XVII в., когда голландец Дребелль изобретает подводную лодку и очень скоро убеждается, что обычного воздуха для дыхания в ней хватает ненадолго. И он использует селитру, чтобы её кислородом обогатить воздух в подводной лодке. Но этот факт остался незамеченным.
Или возьмём хлор. Трудно поверить, чтобы алхимики с ним ни разу не сталкивались, прокаливая поваренную соль с медным купоросом и квасцами. Алхимикам было не до него. Золото — вот что их интересовало. Да и как поймать и исследовать то, что поймать невозможно: формы оно не имеет и обладает «летучестью»? Первым, кто обратил внимание на эти «летучие» вещества, был знакомый нам Ван-Гельмонт, давший «летучим веществам» название — газы. Однако Ван-Гельмонт тут же предупреждает: газы «нельзя собрать ни в какой сосуд и нельзя сделать видимым телом».
Вряд ли был на свете такой алхимик, который не знал бы, что для горения нужен обычный воздух и что обжиг металла (тогда это называлось кальцинацией) сродни сгоранию дров в камине. Но за разъяснением этих явлений в силу традиции обращались к аристотелевым первоэлементам и к своим алхимическим принципам. Горение представлялось распадом вещества с выделением воздуха. Стало быть, кальцинация — это тоже распад металла.
В XVII в. эта точка зрения стала подвергаться сомнению. В 1673 г. Р.Бойль опубликовал работу «Новые эксперименты о том, как сделать огонь и пламя стойкими и весомыми». В ней он приходит к выводу, что увеличение веса металлов при прокаливании происходит в результате прилипания к нему «огненной материи», которую выделяет горящий уголь.
Чуть раньше, в 1665 г., соотечественник Бойля — Роберт Гук, начинавший у него ассистентом свою научную карьеру, в сочинении «Микрография» предложил, не называя кислорода, иную теорию горения. В воздухе, по мнению Гука, находится вещество, которое в связанном состоянии содержится в селитре (вспомним Дребелля!). Это вещество при высокой температуре растворяет горючие материалы и получается огонь.
И совсем уже незадолго до выхода книги Бойля ещё один его соотечественник, Джон Майов, выпустил на латинском языке трактат «О селитре и воздушном спирте селитры», в котором растворитель Гука был назван «воздушным спиртом». Горение, считал Майов, — это соединение «серных частиц» (дань алхимическому началу сере) с «воздушными огненными частицами»; они-то и увеличивают вес металла при кальцинации. Свою точку зрения Майов доказал опытами, которые стали хрестоматийными. Он погружал в воду стеклянный колокол и зажигал под ним серу, «воздушные огненные частицы» выгорали, общий объем воздуха под колоколом становился меньше, вода поднималась, а горение прекращалось. Если под колокол поместить мышь, горение прекратится еще раньше. Вывод: «воздушные частицы» одинаково нужны и для горения, и для дыхания.
Майов был не только химик, но и врач. И как врач высказал мысли, поразительные для того времени. «Воздушный спирт», считал он, поглощается лёгкими и кровью человека, при этом выделяется тепло, а кровь меняет цвет: тёмная венозная становится ярко-красной артериальной.
И всё-таки первая общая теория горения возникла на основе старых представлений о горении как о процессе, в котором происходит распад, а не соединение веществ. Её творцом был немецкий врач и химик Георг Эрнст Шталь (1660–1734), профессор Йенского университета. В разработке теории он опирался на учение своего предшественника И.И.Бехера о трёх землях и воде — «составных частях всех смешанных тел». Связь этого учения с алхимическими (натрохимическими) воззрениями несомненна. Есть, однако, и существенное отличие. Земля и вода Бехера — материальны, в то время как алхимики, следуя за Аристотелем, обозначали подобными понятиями абстрагированные стихии-качества. Первая земля, по Бехеру, сообщает смешанным телам «телесность, субстанцию и сущность»; вторая придаёт им «консистенцию, цвет, вкус», а третья — «форму, проницаемость, запах, блеск, свечение и т. д.».