4 D. Лавуазьє і хімія XVIII ст.

Фігура Лавуазьє однозначно виділяється на тлі хімічної науки 2-ї половини XVIII ст. В історії хімії Саме з його іменем, його дослідами, його ідеями пов'язують розрив зі теорією флогістону, перехід всього хімічного світогляду на наукові рейки.

Перед тим, як розглянути складний життєвий шлях Лавуазьє і його внесок в розвиток хімії, потрібно зробити деякі зауваження щодо оцінки його діяльності, особливо в світлі і перебільшень, і приниження його ролі.

Переважно французькі дослідники, зокрема Вюрц, твердили, що Лавуазьє "створив хімію". Інші, переважно німецькі, намагалися довести протилежне − що наука могла би нібито взагалі обійтися без Лавуазьє. Більше того, лунали звинувачення, нібито він привласнив собі чужі результати. Останнє могло мати певні підстави, бо сам Лавуазьє писав про те, що він не знав результатів Рея про збільшення маси металів під час їх обпалювання. Потрібно чітко усвідомлювати, що в 17-18 ст. обмін науковою інформацією був дуже слабкий. У зв'язку з цим результати Ломоносова, який спостерігав збільшення маси металів при їх прожарюванні за рахунок приєднання частини повітря, хоча й були отримані за 40 років до Лавуазьє, теж не можуть поставити під сумнів заслуги Лавуазьє, оскільки праці Ломоносова до кінця XIX ст. не були відомі на Заході, тому вплив на розвиток хімічної думки жодним чином не виявили.

Антуан Лоран Лавуазьє народився 1743 року в Парижі, в багатій сім'ї. Отримав гуманітарну освіту, але незабаром виявив велику схильність до природничих наук і математики. Згодом він пов­ністю віддався хімічним дослідам у домашній лабораторії. Нещастям Лавуазьє стало те, що він був "відкупщиком податків" короля Франції. Таких людей народ не любив і після революції 1789 р. він був заарештований і засуджений до страти. Загинув на гільйотині 8.05.1794 р. Він міг цього уникнути, покинувши Францію, як інші відкупщики. Мабуть, Лавуазьє вірив, що Франція не знесе голови такому вченому, як він. Даремна ілюзія. Революційний трибунал на це не звернув уваги, а його колеги Фуркруа, Морво, Бертолле навіть не стали на його захист. Лавуазьє прийняв смерть мужньо, показавши, що він був не тільки великим ученим, але й видатною людиною. Очевидно, що така людина не могла привласнити собі наукові здобутки інших. Не можна без глибокого жалю думати про те, як передчасна смерть позбавила хімію людини, яка так багато зробила для її розвитку.

Наукова діяльність Лавуазьє ділиться на 2 частини:

1) Правильне висвітлення процесів спалювання та дихання, або боротьба проти теорії флогістону.

2) Реформа хімії з визначенням хімічного елемента й експериментальне доведення закону збереження речовини.

Розглянемо ці напрямки діяльності Лавуазьє.

1. Боротьба проти теорії флогістону. Ще 1694 року встановлено, що при сильному нагріванні алмаз поступово щезає без залишку. Лавуазьє показав, що це є процес горіння, при чому утворюється "повітря, яке зв'язується" (СО₂).

Також він установив, що при горінні S, Р має місце приріст ваги. Це ж спостерігається і при обпалюванні Sn, Pb. Далі він виявив, що дихання - це теж своєрідний процес горіння, пов'язаний з виділенням СО₂. Цим усім він привів у велике замішання прихильників ТФ. У цей же час (1771-1776) Прістлі і Шееле відкрили кисень, його отримав і Лавуазьє (1776):

HgSО₄ = Hg₂ SО₄ + Hg + SО₂ + О₂

Кисень він назвав: "повітря, придатне до дихання", "життєвий газ", зрештою "оксиген". Далі він довів, що саме цей газ зумовлює горіння і дихання. Це був смертельний удар по теорії флогістону.

1783 року Лавуазьє показав, що кисень при сполученні з сіркою дає Н₂SO₄, з N₂ - HNO₃, з P - НРO₃, з С –СО₂ , з Н₂ - Н₂О. Він встановив якісний і кількісний склад води і тим показав, що вода не є "елемент", бо може бути розкладена і знову синтезована. Хоча деякі вчені до Лавуазьє проводили подібні досліди, вони не змогли узагальнити отримані результати − це зробив лише Лавуазьє, завдавши нищівного удару теорії флогістону.

Цікаво до цього додати, що Лавуазьє розглядав теплоту як "флюїд" і навіть у 1789 р. у своєму "Елементарному курсі хімії" помістив "теплород" у список хімічних елементів. Ці його дослідження, хоча й були об'єктивно хибними, поклали основу науковому трактуванню термохімії. Разом з Лапласом Лавуазьє дійшов висновку, що "кількість тепла, яка потрібна для розкладу сполуки на складові, точно дорівнює кількості тепла, яка виділяється при утворенні сполуки зі складових частин". По суті, це була предтеча закону Геса.

2. Лавуазьє і атомістика ХУІІІ ст. Власне, спеціально атомістикою Лавуазьє не займався; але в ході своїх дослідів націлених проти теорії флогістону, він змушений був визначитися і з цим питанням. Лавуазьє дійшов висновку, що немає сенсу спекулювати, скільки елементів (простих речовин) є в природі. На все відповідь повинен дати експеримент. Він писав: "... Я скажу лише, що якщо назвою "елемент" позначити прості і неподільні молекули, що складають тіла, то, ймовірно, ми всіх не знаємо..."

У своєму "Курсі" він наводить таблицю простих тіл, поділивши їх на 4 великих класи:

1. Які належать до трьох царств природи, тобто прості речовини, які можна розглядати як елементи: світло, теплород, кисень, азот, водень.

2. Прості неметалічні речовини, які здатні оксидуватись і давати кислоти: S, Р, С, мурієвий радикал (Сl), плавиковий радикал (F), борний радикал (В).

3. Прості металічні речовини, які здатні оксидуватись і давати кислоти (Sb, As, Ag, Ві, Co, Cu, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn).

4. Прості землисті речовини, здатні давати солі вапно, магнезія, барит, глинозем, кремнезем).

Як бачимо, в групі 4 є складні речовини. Лавуазьє відчував, що це сполуки, бо вони не реагують з киснем, тому припускав, що це наслідок того, що "вони вже насичені киснем"...

З проблемою елементів тісно пов'язане і формулювання закону збереження речовин (1789), хоча перші його спостереження відносяться до 1783 р. У 1787 р. разом із Морво, Бертолле і Фуркруа він складає "Метод хімічної номенклатури", де вперше дано позначення хімічних елементів, частково знаками, частково буквами, причому враховувалися три агрегатні стани. Наприклад:

Елемент	Твердий	Рідкий	Газоподібний
Азот
Водень
Срібло
Мідь
Алкоголь
Муріятний радикал

Отже, праці Лавуазьє були переломними в розвитку хімії. Він показав хибність теорії флогістону, заклав основи кількісних законів хімії, вніс ясність у питання горіння та дихання, ввів систематику елементів.

3. Нова школа та хімічна номенклатура. Праці Лавуазьє, чіткість і логіка його експериментів та ідей зробили прихильниками його поглядів усіх видатних хіміків того часу. З-посеред них у розвитку його ідей відзначимо Луї Бернара Гітон де Морво (1737-1816), який відомий головним чином як один з творців "Методу хімічної номенклатури". Проте його ставлення до Лавуазьє після арешту того не може не викликати осуду з боку тих, хто вважає великодушність однією з основних якостей людини і осуджує невдячність.

Клод Луї Бертолле (1748-1822) зблизився з Лавуазьє з 1786 р. Був науковим радником Наполеона, займався питаннями фарбування, вперше застосував хлор для відбілювання паперу і тканин, відкрив гіпохлорити лужних металів і калій хлорат (бертолетова сіль). Вважав, що елементи можуть сполучатися між собою в різних співвідношеннях залежно від маси реагуючих речовин, проти чого виступав Пруст.

Антуан Франсуа Фуркруа (1755-1809). Соратник Лавуазьє, який також залишив його в біді підчас Революції. Зробив внесок у хімію фізіологічних і патологічних процесів. Співавтор "Номенклатури", написав ще й "Хімічну філософію" (1792) та "Систему хімічних знань" у 11-ти томах (1801-2).

Луї Ніколя Воклен (1763-1829) провів серйозні і точні дослідження в неорганічній та органічній хімії. Відкрив хром, оксид берилію.

Мартін Генріх Клапрот (1743-1817). Працював з великою точністю за методом Лавуазьє, Воклена. Відкрив 4 елементи: U і Zn (1789), Ti (1795), Се (1803). Зробив великий внесок у розвиток аналітичних методів.

4 Е. Експериментальна хімія в XVIII ст.

18-те століття, безсумнівно, багате відкриттями, які значно сприяли становленню хімії як науки. Почала розвиватися промисловість, на місці малих феодальних князівств поставали великі об'єднані держави. Це все сприяло розвиткові технічної хімії. Поступово, вслід за фізиками, хіміки відкидали нічим не підтверджені теорії та гіпотези, серед яких було багато фантастичних, і все більше схилялися до думки, що в основі всякої науки лежить експериментальний доказ гіпотез і теорій. У першу чергу це вплинуло на розвиток аналітичної хімії, бо треба ж було знати склад руд, з яких витоплювали метали, оцінювати якість сировини для фарб, скла, кераміки тощо. Більшість учених схиляється до думки, що засновником аналітичної хімії є Р. Бойль, а її кількісний бік інтенсивно почав розвивати німецький хімік Берґман. Він, зокрема, до аналізів за допомогою паяльної трубки (Кронштедт) долучив аналіз мінералів мокрим шляхом (дією кислот). Він же розробив методи визначення кислот і основ тощо.

Усе це привело до успіхів у відкритті нових елементів: Co (1742, Брандт), Ni (1750, Кронштедт), Pt, Те, U, Zr, Cr, Мn − все це сталося у 2-ій половині XVIII ст. Важливим був і дальший (після кисню) пошук Шееле:

1774. − хлор: МnO₂ + HC1(к) = МnС1₂ + Н₂O + С1₂

1774. − розробив промисловий спосіб добування фосфору дією кислоти на обпалені кістки тварин:

Са₃(РO₄)₂ + H₂SO₄ = Ca(H₂PO₄)₂ + CaSO₄

Са(Н₂РO₄)₂ = Са(РO₃)₂ +H₂O

Са(РO₃)₂ + С = Са₃(РO₄)₂ + Р + CO .

Він же відкрив і гліцерин (1779): нагрівав оливкову олію зі свинцевим глетом. Група органічних кислот була ним значно розширена − винна, молочна, цитринова, оксалатна (окисненням цукру нітратною кислотою), слизева, сечева, галлева, бензойна, ціанідна:

K₄[Fe(CN)₆] + H₂SO₄(p.) = K₂SO₄ + K₂Fe[Fe(CN)₆] + HCN.

Хоча процеси бродіння використовувались уже давно, хіміки вважали, що до складу спирту входять олія і вода. Лише Лавуазьє показав, що (як і для інших органічних речовин) складові частини − це С, О, Н. З кислот і спиртів отримували рідкі ефіри (головно, Шееле).

На підставі цього всього накопичилось достатньо даних, щоби провести різницю між неорганічними й органічними речовинами (Берґман,1784). Проте вважалося, що перші і другі не піддаються взаємоперетворенню. Лише 1828 р. Велер спростував це, здобувши штучно сечовину.

У цей період також істотно розвивалась фармацевтична хімія. Були отримані важливі солі : K₂SO₄, MgSO₄ (гірка або англійська сіль, бо в природі її знаходили в англійських озерах), MgCl₂ (біла магнезія), FeCl₃ .