Текст книги "Что скрывает атмосфера, или Как возник воздух…"

В определенном смысле этот итог вполне закономерен. Главный сообщник Смита в этом преступлении, кислород, создавал химические прецеденты на протяжении миллиарда лет: никакое другое вещество так сильно не расширило спектр реакций, которые могут протекать в атмосфере и внутри живых организмов. И теперь, когда мы узнали о способности кислорода вызывать химические реакции, пришла пора поговорить о том, как он появился и в какой степени изменил нашу планету.

Глава третья
Проклятье и благословение кислорода

Кислород (O₂) содержится в воздухе в концентрации 21 % (210 000 ppm); при каждом вдохе мы поглощаем около двух секстиллионов молекул кислорода

Сначала взбешенная толпа сожгла церковь Джозефа Пристли в Бирмингеме, а затем направилась к его дому, намереваясь изжарить живьем самого ученого. Можете себе представить разочарование толпы, когда выяснилось, что Пристли сбежал. Однако мародеры потратили довольно много времени на разгром дома, мебели и химической лаборатории. Для пущего удовольствия они подожгли чучело Пристли в седом парике, а потом еще и обезглавили его. Пристли наблюдал за собственной смертью с ближайшего холма. Это был один из первооткрывателей кислорода и один из немногих людей на Земле, способных объяснить, почему пламя горит так ярко.[18]18
  Джозеф Пристли был священником-диссентером, то есть противником англиканской церкви, и участвовал в создании первой унитаристской церкви Великобритании.


[Закрыть]

Лавуазье обнаружил связь между огнем, кислородом и дыханием, объявив, что дыхание представляет собой вариант медленного и контролируемого горения, происходящего у нас в легких. Это открытие до сих пор остается одним из важнейших достижений химии.

Всего через несколько лет, в разгар Французской революции, главный соперник Пристли тоже стал жертвой расправы, учиненной возбужденной толпой. Но Лавуазье был не только ученым, он был аристократом: он занимался сбором налогов в королевскую казну, а однажды заплатил невозможные деньги (эквивалент 280 000 долларов США) за портрет, на котором он и его жена были изображены на фоне химического оборудования. К сожалению, при всех своих научных талантах он был полностью лишен умения разбираться в людях. В частности, он так никогда и не понял, какое горячее пламя свободы может гореть в груди униженных и обездоленных людей, и именно поэтому оказался на гильотине.

Кислород и азот – соседи по периодической таблице, и оба образуют двухатомные газы (N₂ и O₂). Накопление азота миллиарды лет назад стало причиной возникновения третьей, менее суровой, атмосферы Земли, а появление кислорода ознаменовало зарождение четвертой атмосферы – весьма взрывоопасной. Азот – вещество сонное, малоактивное, а кислород изменчив и задирист. Он является ядом для многих форм жизни, а 2 млрд лет назад стал причиной самой страшной катастрофы в истории жизни на Земле – так называемой кислородной катастрофы.

Однако каким-то образом жизнь сохранилась, и бывший яд стал насущной потребностью. Это может показаться банальным, но данное превращение напоминает мне известную историю о том, что в китайском языке слово «кризис» складывается из двух иероглифов: один обозначает опасность, а другой – возможность. Правда, синологи утверждают, что это ерунда, но в отношении кислорода факт остается фактом: кислород уничтожил первые формы жизни, поскольку очень легко разрушает клетки, но, когда клетки научились контролировать содержание кислорода, его активность стала важнейшим преимуществом. Учитывая разрушительную мощь кислорода, не приходится удивляться, что он разрушил жизнь всех химиков, приложивших руку к его открытию. Это настоящий «алмаз Хоупа» в периодической таблице элементов.[19]19
  Алмаз Хоупа, или «Голубой француз», – очень крупный синий бриллиант, названный по имени первого известного владельца; находится в Музее естественной истории Смитсоновского института (США); считается, что с этим камнем связано проклятье.


[Закрыть]

Открытие кислорода связано с одним из важнейших открытий в области газов, которое заключается в том, что воздух представляет собой смесь нескольких газов. Раньше ученые не видели различий между разными типами газов; любой дым или пар был для них «воздухом».

Физик и алхимик Ян Баптист ван Гельмонт установил истину в начале XVII в. У него были для этого все возможности. Он и другие алхимики уже отказались от идеи греков о том, что все в мире состоит из четырех базовых элементов (веществ, которые нельзя разложить на более простые составляющие): воздуха, земли, огня и воды. В частности, алхимики заявляли, что земля и огонь вообще не элементы: земля представляет собой смесь различных материалов, а огонь – скорее явление, нежели субстанция. Однако после ряда экспериментов у ван Гельмонта не было твердой уверенности относительно природы воздуха. Он обратил внимание, что при нагревании некоторых веществ – древесины, угля или минералов – происходит выделение паров, свойства которых отличаются от свойств воздуха. Кроме того, он отметил различные свойства паров, выходящих из шахт, выгребных ям и человеческого желудка при отрыжке. Для обозначения этих субстанций ван Гельмонт стал использовать слово «газ», образованное им из греческого слова «хаос».

Эта этимология вполне обоснованна, учитывая неупорядоченное поведение молекул газов, однако ван Гельмонт пошел дальше и стал говорить о газах как о непобедимых диких духах. Он даже сравнивал газы с душами и утверждал, что ученым никогда не удастся заключить газы в какие-либо земные сосуды (возможно, ван Гельмонт никогда не плавал или, по крайней мере, не пытался удерживать дыхание под водой). Позднее ученые отказались от метафизики ван Гельмонта, но сохранили его идею о том, что воздух и газы – различные понятия: воздух – это вещество, а газ – состояние материи.

Следующие важные шаги в изучении воздуха в середине XVII в. сделал ирландский ученый Роберт Бойль, который исследовал физические, химические и биологические свойства воздуха. Физические свойства воздуха он исследовал путем анализа его эластичности, в данном случае легкости сдавливания. Он установил, что при сдавливании какого-то объема газа автоматически возрастает его давление (верно и обратное: расширение объема газа приводит к снижению давления). Что касается химических свойств воздуха, он обнаружил, что воздух необходим для поддержания горения – под колпаком пламя гаснет. Аналогичную и не очень благородную традицию он ввел и для изучения биологических свойств воздуха: помещал под колпак птиц, мышей, кошек, змей и сырных клещей и отмечал, когда они начнут задыхаться.

Для хранения и изучения газов Бойль обычно пользовался мочевым пузырем быка, но те, кто работал после него, выяснили, что удобнее пропускать пузырьки газов через слой воды или ртути, а затем собирать и хранить в перевернутых вверх дном сосудах. Благодаря новой технологии шотландский физик Джозеф Блэк в XVIII в. достиг заметного прогресса в изучении свойств воздуха.

Блэк скорее был похож на симпатичного весельчака, чем на ученого. Как Адам Смит и Дэвид Юм, он был членом знаменитого покерного клуба Эдинбурга, состоявшего из «литературных варваров», бочками поглощавших херес и кларет. Кроме того, Блэк выступал с яркими публичными лекциями. Он заполнял воздушные шары легким газом, отпускал их, и они взлетали к потолку (зрители подозревали, что шары подвешены на невидимых нитках). А затем собирал в резервуар более тяжелые газы и задувал невидимым содержимым резервуара горящие свечи.

В 1754 г. Блэк действительно открыл этот гасящий свечи газ – диоксид углерода, первый чистый газ. В 1764 г. он показал, что диоксид углерода содержится в выдыхаемом воздухе. Сделал он это с помощью забавного эксперимента. Однажды ранним зимним утром забрался под крышу местной церкви и установил там стакан с раствором гашеной извести. При взаимодействии с диоксидом углерода гашеная известь образует молочно-белый осадок. Когда через 10 часов служба закончилась – шотландцы относятся к религии серьезно, – Блэк поднялся за своим стаканом, и оказалось, что горячий воздух проповеди действительно заставил жидкость помутнеть.

Двое из учеников Блэка тоже внесли заметный вклад в изучение химических свойств газов. В 1772 г. двадцатитрехлетний Даниель Резерфорд (в будущем дядя сэра Вальтера Скотта) удалил из закрытого сосуда с воздухом все химически активные газы – сначала путем сжигания, а затем путем пропускания оставшихся веществ через гашеную известь, пока у него не осталось лишь неактивное вещество. Сегодня мы называем это вещество азотом. Но поскольку все мыши в закрытом сосуде с этим газом погибали, Резерфорд назвал его «ядовитым воздухом» (в разное время азот также называли «испорченным воздухом», «горелым воздухом» и «разложившимся воздухом»; короче говоря, любовью этот газ не пользовался).

Еще более весомый вклад в науку внес второй ученик Блэка – Генри Кавендиш. Кавендиш хранил в Банке Англии больше сбережений, чем любой его современник. У него не было ни одного друга и никакой социальной жизни – за исключением посещения заседаний Королевского общества, но и оттуда он удирал как лань, если кто-то пытался с ним заговорить. Со слугами он общался посредством записок, а когда в 1810 г. собрался умирать, то отослал из комнаты всех, чтобы ему не мешали спокойно следить за происходящим. Сегодня мы бы точно нашли у Кавендиша аутизм или какой-нибудь другой синдром, но за всю историю существования Англия произвела на свет не много людей с таким необыкновенным интеллектом. Кавендиш определил плотность (а следовательно, и массу) Земли, не покидая своего дома в Лондоне, используя лишь четыре свинцовых шарика и металлическую проволоку. В 1766 г. он открыл водород, капая кислотой на поверхность различных металлов. Кавендиш назвал водород «горючим воздухом», поскольку пламя в его присутствии шумно разгоралось.

Кавендиш не только выделил водород, но и обнаружил одно его важное свойство. Однажды он смешал водород с воздухом в стеклянном сосуде и начал пропускать через эту смесь искру с помощью нового (и, без сомнения, чрезвычайно дорогого) электрического генератора. Через какое-то время на стенках сосуда образовалась «роса». Эта роса не имела никакого отношения к эксперименту, но, как все великие ученые во все века, Кавендиш исследовал образовавшуюся жидкость. К его чрезвычайному удивлению, это была вода. Кавендиш не понял всех деталей процесса, поскольку тогда еще не была развита современная теория химической реакции. Однако он понял, что два газа, причем два горючих газа – воздух и водород, – соединялись между собой с образованием жидкой воды, а вовсе не огня.

Понять это трудно даже сегодня, а в то время это казалось просто невероятным. В глобальном плане этот эксперимент уничтожил последний из четырех классических «элементов мироздания», о которых говорили древние греки. Земля и огонь перестали считаться «элементами» в исходном смысле слова уже несколько столетий назад. Воздух перестал быть «элементом» в середине XVII в., когда были проделаны первые химические эксперименты с газами. Но до последнего времени вода считалась неделимым веществом. И вот несколько капель росы и опытный глаз экспериментатора раскрыли эту ошибку. Кавендиш окончательно разрушил систему представлений, господствовавших в мире науки на протяжении двух тысяч лет, и теперь мир нуждался в новой системе. Престиж победителя был так высок, а соревнование между учеными таким жестоким, что в этой борьбе мог сгореть любой из участников.

Хотя кислород является для нас важнейшим компонентом воздуха, никто даже не подозревал о его существовании до тех пор, пока в начале 1770-х гг. шведский фармацевт Карл Шееле не начал прогревать различные минеральные соединения и собирать образующиеся пары. В этих парах (еще не было известно, что это кислород) свечи горели необыкновенно ярко, поэтому Шееле назвал их «огненным воздухом». Кроме того, он обнаружил, что, если находящимся под колпаком животным давать дышать этим газом, они живут дольше – чудесное отличие этого газа от всех прочих.

Химик Джозеф Пристли – один из первооткрывателей кислорода и жертва беспорядков в Бирмингеме, известных как «Беспорядки Пристли»

По неизвестным причинам Шееле не оглашал своих результатов на протяжении нескольких лет, а потом обратился к ленивому и недобросовестному издателю, который дополнительно затянул дело. Работа была опубликована лишь в 1777 г. – через несколько лет после того, как двое других ученых уже сообщили о выделении кислорода. К сожалению, в течение следующего десятилетия Шееле не получил возможности доказать свое первенство, поскольку имел две вредные привычки: во-первых, он работал в непроветриваемых помещениях, во-вторых, пробовал на вкус все полученные вещества, включая цианид ртути (это все равно что выстрелить в себя радиоактивной пулей – появляется возможность умереть несколькими способами). Не удивительно, что Шееле умер в неизвестности в возрасте 44 лет – первая жертва в погоне за кислородом.

По этой причине большинство историков отдают пальму первенства в открытии кислорода священнику и возмутителю спокойствия Джозефу Пристли. Пристли был старшим из шести детей, и его мать умерла, когда ему было шесть лет (если вы не справляетесь с математикой, объясню, что за шесть лет она родила шестерых детей; неудивительно, что она скончалась так рано). Пристли жил у тетки, состоявшей в либеральной протестантской секте. Она готовила талантливого племянника к пасторской деятельности. К ее огромному сожалению, Пристли стал радикалом практически сразу после получения сана, а впоследствии даже сомневался в божественном происхождении Христа. Вскоре он стал посмешищем для всей Англии и излюбленным объектом карикатуристов. Некоторые изображали его в виде дятла, намекая на нос, похожий на клюв, и на заикание, другие пририсовывали ему рога и называли Сатаной. В результате всю жизнь Пристли с семьей вынужден был скитаться. Он всегда оставался верен своим убеждениям, но никогда не имел уверенности в завтрашнем дне.

Не желая выбрасывать использованную бумагу (тогда это было дорогое удовольствие), Пристли стал искать способ стереть следы карандаша и обнаружил, что для этой цели прекрасно подходит «индийский каучук», – так был изобретен первый в истории ластик.

Пристли занялся наукой по нескольким причинам. Во-первых, из-за любопытства: он хотел понять, как Бог создал мир. Во-вторых, из-за того, что в научной среде никого не интересовали его нетрадиционные теологические взгляды. Он даже дружил с Бенджамином Франклином, который и привил ему интерес к электричеству. В 1769 г. Пристли писал книгу об электричестве и хотел самостоятельно сделать рисунки, но это оказалось чертовски трудно.

Кроме того, верьте или не верьте, Пристли занялся наукой с целью заработать немного денег. Он приобрел несколько книг по математике и глобусов, чтобы начать учить студентов, а затем попробовал себя в доблестном труде написания научных трактатов. Странным образом, создание научных книг оказалось дорогим удовольствием: необходимые для исследований книги стоили невозможно дорого. Поэтому в качестве более дешевой альтернативы он предпочел самостоятельно проводить эксперименты и их описывать (заметьте это, современные ученые: оборудование и реактивы стоили меньше книг).

Интерес к изучению воздуха появился у Пристли после 1767 г., когда он переехал в Лидс. Он поселился рядом с пивоварней, и его развлекал звук пузырящегося пивного сусла (выделяющихся при брожении пузырьков углекислого газа). В конечном счете ему запретили появляться на пивоварне, поскольку в какой-то момент он добавил в пиво немного эфира, чем испортил всю партию (пивоварам и до этого не нравилось, что Пристли постоянно крутился около пивных чанов). В скором времени Пристли перенес свои эксперименты с «воздухом» в собственную лабораторию (elaboratory).

Он был всего лишь бедным проповедником, и поэтому ему приходилось довольствоваться самым примитивным оборудованием*. Он нагревал вещества в прочном ружейном стволе, служившем ему пробиркой. Для сбора выделяющихся газов Пристли присоединял к стволу курительную трубку и выводил ее в кадку для стирки белья или в чайник. По мере выхода пузырьков газа из воды он собирал их в бутыль и заполнял ими пивную кружку, под которой сидела мышь. Если что-то шло не так, весь дом наполнялся зловонием, и все домашние разбегались. Однако наука благодарна жене и детям Пристли за их христианскую терпимость. До 1770 г. ученые смогли выделить лишь два чистых газа – диоксид углерода и водород. За несколько десятилетий Пристли в одиночку открыл девять новых «воздухов», включая аммиак, диоксид серы и оксид азота (веселящий газ).

После мучений в Лидсе Пристли наконец нашел покровителя в лице графа Уильяма Петти Шелберна и в августе 1774 г. выполнил эксперимент, который сделал его знаменитым. Наверное, это было необыкновенное зрелище. С помощью двадцатисантиметровой линзы он сфокусировал на стеклянном сосуде солнечные лучи (редкие в Англии); в сосуде находилась маленькая горка красного порошка оксида ртути (HgO). По мере нагревания порошка под действием солнечного света ртуть начинала плавиться и выделять пузыри, похожие на маленькие серебряные шарики. В воздух из порошка поднимался чистый газ. Это был кислород.

Мы точно не знаем, что понял Пристли об этом газе, но он, совершенно определенно, не думал, что открыл новый элемент. Он описал кислород в рамках старой теории «флогистона». Теперь, кроме красивого названия, от теории флогистона остались одни воспоминания, однако эта ошибочная, по сути, теория в свое время способствовала прогрессу науки. Я не буду посвящать этой теме десятки страниц, но упомяну лишь два факта, которые говорят сами за себя. Во-первых, ученые представляли флогистон как невидимую, но материальную сущность, выделявшуюся в воздух при горении вещества. Во-вторых, Пристли верил во флогистон сильнее, чем другие ученые, и интерпретировал все свои открытия в рамках этой теории. Это же относилось и к кислороду, который он назвал «воздухом, лишенным флогистона» (вам все ясно?).

Как и Шееле, Пристли обнаружил, что в «лишенном флогистона» воздухе свечи горят ярче, и с радостью отметил, что мышь от него не задыхается. Более того, мыши чувствовали себя настолько хорошо, что Пристли сам решился подышать этим газом. И этот опыт оправдал его ожидания: «Я почувствовал в груди необыкновенную легкость, – писал он. – Со временем этот чистый воздух может стать замечательным предметом роскоши». (Подумайте только: действительно, через две сотни лет Майкл Джексон будет спать в гипербарической камере!) Но хватит восторгаться, давайте подведем итог: эксперименты подтвердили глубокую связь между горением и дыханием, поскольку новый газ поддерживал оба процесса.

Опять-таки, как Шееле, Пристли не тратил время на публикацию своих экспериментальных результатов. И когда граф Шелберн предложил Пристли оплатить поездку в Париж в октябре 1774 г. – всего через несколько месяцев после проведения первых экспериментов с кислородом, – Пристли пообедал с несколькими коллегами из Французской Академии наук и рассказал им обо всех своих открытиях. Из всех ошибок, допущенных им на протяжении жизни, эта была самой вопиющей.

Мы не знаем точно, что подавали на ужин, но поскольку дело происходило в одном из богатейших домов предреволюционного Парижа, можем приблизительно представить меню: жареная утка с трюфелями, ветчина в соусе из шампанского, рагу из языков карпа, айва, конфеты и сливки. Но в тот вечер Антуан Лавуазье и его жена, скорее всего, были увлечены не только трапезой. Вероятно, они чрезвычайно внимательно слушали, как их гость Джозеф Пристли рассказывает о новом мощном воздухе, который он получил из красного порошка.

Хитрый Лавуазье не упомянул о том, что месяц назад проделал похожий эксперимент, но не заметил никакого газа. Однако, как только Пристли покинул Париж, Лавуазье стал просто одержим мыслями об этом газе – до такой степени, что попытался присвоить первенство в его открытии. За ужином Лавуазье и Пристли встретились как друзья, но кислород сделал их врагами.

У Лавуазье было одно гигантское преимущество над соперником: у него были деньги. Он родился богатым, стал еще богаче, когда женился на Анн-Мари, а потом еще богаче, когда приобрел половину акций частной компании «Генеральный откуп» (Ferme Générale), занимавшейся сбором налогов в королевскую казну. Каждый год советники короля сообщали компании, какие доходы правительство ожидало получить от продажи таких товаров, как овес или табак. И компания начинала вытрясать деньги из фермеров и производителей табака по всей Франции, а излишек оставляла себе. Под ее контроль попали тысячи наименований товаров, и акционерам даже не приходилось злоупотреблять своими полномочиями: система была специально создана для их обогащения. Это была лучшая инвестиция Лавуазье (в какие-то годы он получал до 5 млн долларов в современном эквиваленте), но одновременно и худшая, поскольку стоила ему жизни.

Антуан Лавуазье, осуществивший революцию в химии и казненный во время Французской революции

В 1772 г., когда Лавуазье исполнилось 29 лет, он начал вкладывать значительную часть средств в научные исследования. Наибольшую известность он приобрел в связи с экспериментом по сжиганию алмазов под действием солнечного света. Он сконструировал гигантские линзы и установил их на подвижную платформу (устройство напоминало гибрид телескопа и катапульты). В целом это было бессмысленное устройство – кому, кроме старорежимных аристократов, могло понадобиться сжигать алмазы? Но оно продемонстрировало неимоверную мощь солнечного света (в следующий раз, пытаясь поглядеть на солнце, вспомните о горящих алмазах). Кроме того, этот эксперимент заставил Лавуазье задуматься о природе вещества: исчезали ли алмазы бесследно или переходили в иное состояние?

Созданные Лавуазье гигантские линзы для сжигания алмазов

В этом же году Лавуазье узнал о работах Пристли, который был десятью годами старше. За несколько лет до этого Пристли получил газированную воду, пропуская через воду пузырьки CO₂. Французские моряки сочли, что газированная вода может помогать от цинги, и попросили Лавуазье разобраться в этом вопросе*. Идея не подтвердилась, но Лавуазье заинтересовался работами Пристли. Случайно или нет, но вскоре он сам начал заниматься изучением газов.

Эксперименты он проводил вместе с женой. Анн-Мари рано лишилась матери и воспитывалась в монастыре – одном из немногих мест, где в то время девушка могла получить хоть какое-то образование. Потом она вышла замуж за Лавуазье, и, несмотря на разницу в возрасте (ей было 13, ему 28), Лавуазье относился к ней как к равной. Поскольку она владела несколькими языками, он попросил ее перевести на французский язык статьи о флогистоне. Во время работы она обратила внимание на некоторые несоответствия, и Лавуазье согласился с тем, что теория флогистона не выдерживала критики.

В ноябре 1772 г. ему представился случай это доказать. Флогистон как материальная сущность должен был иметь массу. Действительно, когда такие вещества, как дрова или свечи, горели и, как считалось, испускали флогистон, их масса уменьшалась. Но когда Лавуазье с помощью линз начал сжигать металлы, выяснилось, что их масса увеличивалась, что казалось бессмыслицей. Некоторые химики объясняли это тем, что иногда флогистон имеет «отрицательную массу», но большинство понимали, что это несусветная чушь. Но даже эта несуразица не могла уничтожить теорию флогистона, поскольку никаких других теорий горения не существовало – до тех пор, пока Пристли не поболтал за обедом с Лавуазье.

Лавуазье предположил, что Пристли, сам того не понимая, выделил новый газ, и отправился экспериментировать (между прочим, в лаборатории Лавуазье, расположенной в здании Арсенала, была галерея для зрителей, которые время от времени следили за его работой). Лавуазье выделил новый газ, который назвал кислородом, и путем нескольких экспериментов установил, что кислород гораздо лучше объясняет химическую суть горения, чем мистический флогистон. Было понятно, что горение, происходящее с выделением тепла и света, представляет собой соединение кислорода с другим веществом. Например, углерод из древесины и угля соединяется с кислородом, в результате чего образуется и улетучивается углекислый газ. Таким же образом кислород соединяется с атомами горящего металла. Но в отличие от углекислого газа соединения кислорода с металлами слишком тяжелые и не могут улетать. Вот почему масса металлов при горении увеличивается – они присоединяют кислород. Такие рассуждения позволили Лавуазье объяснить процесс горения без помощи теории флогистона.

Следующая серия экспериментов Лавуазье, посвященная изучению горения и дыхания, была гораздо интересней для публики. Пожалуй, за исключением одного человека – коллеги Лавуазье Армана Сегена. На протяжении нескольких дней Лавуазье «мумифицировал» Сегена, заматывая его в тафту и покрывая сверху слоем каучукового латекса. Затем он подвел к губам Сегена трубочку, соединенную с бутылью кислорода. Эксперимент заключался в том, что Сегену предлагалось выполнять различные задания (спокойно сидеть, переваривать еду, нажимать на педаль), тогда как Лавуазье измерял, сколько он при этом потребляет кислорода и выдыхает углекислого газа. Эксперимент позволил обнаружить очевидную корреляцию между потреблением кислорода и дыханием: чем тяжелее была работа, тем больше кислорода потреблял Сеген и тем больше углекислого газа он выдыхал. И в этот раз суть процесса можно было объяснить, не прибегая к идее флогистона.

Лавуазье «мумифицировал» коллегу, чтобы исследовать процесс дыхания (Рисунок любезно предоставлен фондом Wellcome Trust)

Заметим, что эти эксперименты впервые позволили получить осмысленный ответ на старый вопрос: почему при выполнении тяжелой работы человек худеет? Бо́льшая часть «потерь» выделяется в воздух в виде таких газов, как диоксид углерода, – еще одно доказательство того, что все мы произошли из газа и обратимся в газ.

В сентябре 1775 г., ровно через год после беседы с Пристли, Лавуазье представил совокупность результатов работ по изучению кислорода научному сообществу в Париже. Это блестящее выступление, основанное на фактах и элегантной логике, в корне изменило химию. Однако после выступления Лавуазье и его жена позволили себе небольшую шалость. Они наняли актеров и поставили небольшую пьеску с участием персонажей по имени Кислород и Флогистон (понятно, кто был умный, а кто простак). После спектакля переодевшаяся в жрицу мадам Лавуазье сожгла несколько книг о флогистоне, как бы изгоняя его дух. Когда семейство Лавуазье разделывалось с какой-нибудь теорией, оно делало это эффектно.

Никто из присутствующих не аплодировал. Пристли заявил, что Лавуазье присвоил его открытие, и споры о том, кого считать истинным первооткрывателем кислорода, продолжаются до сих пор. Очевидно, что Шееле первым выделил и собрал кислород, а после него независимым образом это сделал Пристли. Очевидно также, что Лавуазье никогда не упоминал о кислороде до беседы с Пристли. Некоторые историки на этом ставят точку, и Лавуазье остается не у дел. Однако ни Шееле, ни Пристли не поняли, что именно они нашли. Представьте охотника за окаменелостями, который выкопал череп и заявил, что обнаружил примата какого-то древнего вида. А потом этот череп увидел палеонтолог, который понял, что эта находка гораздо интереснее – что это вымерший вид человека, целая неизвестная ветвь филогенетического дерева. Да, первый нашел череп, но только второй понял его значение. Именно в таком положении находится Лавуазье по отношению к Шееле и Пристли.

Вообще говоря, споры о том, кого правильно считать первооткрывателем кислорода, не имеют смысла. Лавуазье интересовал не столько кислород сам по себе, сколько возможность объяснить суть химических превращений в целом. Например, некоторые химики до него предполагали, что между горением и дыханием есть некая связь, но только Лавуазье понял, что оба процесса происходят с участием кислорода. Историки иногда обвиняют Лавуазье в том, что он копировал работы других ученых, однако они не учитывают тот факт, что он практически всегда шел дальше. Как когда-то Генри Кавендиш, Лавуазье поджег смесь кислорода и водорода и получил воду. Как Кавендиш, он сравнил массу двух газов до реакции с массой образовавшейся воды и понял, что они равны (для этой цели Лавуазье сконструировал поразительно чувствительные весы, точность которых достигала 0,0005 г). Но в отличие от Кавендиша, Лавуазье увидел в этом эксперименте нечто большее: он рассудил, что аналогичное равенство должно существовать в любой химической реакции – масса продуктов всегда равна массе исходных веществ. И отсюда он вывел общий химический закон – закон сохранения массы. Этот закон гласит, что в любой химической реакции, даже при изменении цвета или фазового состояния веществ, их масса должна, должна, должна оставаться постоянной. Вещество не исчезает бесследно.

По мнению некоторых историков, установить этот закон Лавуазье помогла его работа в качестве сборщика налогов. Формулировка закона сохранения массы потребовала взвешивания множества реагирующих веществ и продуктов реакции и составления «химического баланса» – химического дебета и кредита.

В химии, как и в торговле, атомы (или доллары) не могут появляться ниоткуда и бесследно исчезать. Так что если у вас остались жуткие школьные воспоминания об уравнивании химических реакций, в этом вам следует винить экономику.

Но на этом вклад Лавуазье в развитие химии вовсе не заканчивается. Он первым объяснил, что одно и то же вещество, скажем, вода, в зависимости от температуры может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. Он также предположил, что все вещества делятся на простые, которые состоят из одинаковых атомов (таких как кислород, углерод или железо), и сложные, которые состоят из атомов нескольких элементов. Возможно, это самая важная идея в химии. Как заметил один химик в XIX в., «Лавуазье не открыл ни нового вещества, ни нового свойства, ни нового явления. Его бессмертная слава объясняется тем, что он вдохнул в тело науки новый дух».

Этот «новый дух» Лавуазье отразил в «Элементарном курсе химии» (Traité Élémentaire de Chimie) – химическом аналоге таких основополагающих научных трудов, как «Математические начала натуральной философии» и «Происхождение видов». Так случилось, что книга Лавуазье была издана в 1789 г., когда во Франции разразилась революция, и историки не преминули заметить, что произведенная Лавуазье революция в химии всколыхнула мир не в меньшей степени. К сожалению, сам Лавуазье прожил недостаточно долго, чтобы увидеть плоды обеих революций.

Ученые прекрасно понимают, что бо́льшая часть кислорода в воздухе образуется благодаря фотосинтетической активности растений и бактерий. Гораздо менее понятно, как организмы впервые начали синтезировать кислород и как за счет этого насыщенная азотом атмосфера прошлого сменилась пригодной для жизни современной атмосферой.