«То было время, — писал Дюгем в своей биографии Монжа, — когда новая химия, выросшая из опытов Лавуазье, распространяла повсюду свои идеи и терминологию, а система молекулярных сил — притягательной и отталкивательной — имела своим законодателем Лапласа, применявшего в этой области точные математические приемы».
Энциклопедически образованный ученый, Бертолле был в курсе всего комплекса теоретических воззрений, господствовавших в науке того времени. И ум его захватила мысль, почерпнутая из геометрии и анализа бесконечно малых величин. Бертолле давно уже обсуждал ее со своими неразлучными друзьями — Монжем и Лапласом. Непрерывность преобразований! Но только ли в математике? Быть может…
Да, и в химии тоже!
Эта идея внезапно осенила ученого, когда он наблюдал кристаллизацию солей в натронных озерах Египта. Он видел, что состав содовых осадков непрерывно изменяется в зависимости от внешних условий. Чем выше поднималось к зениту немилосердно палящее африканское солнце, тем более жадно слизывал прибой соленую белесую кайму вдоль побережья. Когда над темными силуэтами древних пирамид недвижно нависали хрустальные блестки далеких созвездий, соли снова выбрасывались на берег. И химический состав их как в прибрежных водах, так и в донных отложениях становился уже иным! Еще заметнее был контраст между составом в летние и зимние месяцы.
Не без тайных сомнений внимала аудитория уже немолодому, имевшему заслуженный авторитет, но очень экспансивному и порывистому пришельцу из далекой Франции, когда тот на заседании Египетского института в Каире излагал свои соображения.
Шутка сказать: общепринятый взгляд на химическое взаимодействие неверен!
Еще во времена мрачного средневековья в лексиконе алхимии появился термин «химическое сродство». Под ним адепты полуколдовского искусства подразумевали причины, побуждающие вещества к химическому взаимодействию и прочно удерживающие разнородные элементы в соединении. В основе самого понятия «сродство» лежало предположение, что химический союз возможен лишь между родственными частицами, которые взаимно тяготеют друг к другу, подходя одна к другой, как ключ к замочной скважине. Лишь в конце XVIII века наивные представления алхимиков сменила стройная теория химического сродства. Ее создал шведский ученый Бергман. Преподаватель математики, ставший профессором химии и минералогии, он перенес в химию механистические идеи физики. Мельчайшие частицы вещества притягиваются неодинаково потому, считал Бергман, что их форма и расположение различны. И частица подбирает себе такого партнера, с которым она соединяется легче, прочнее, лучше. Бергман полагал, будто сродство между двумя реагирующими веществами всегда остается постоянным и не зависит от их количеств. А раз так, то реакция должна протекать только в одном определенном направлении. Вспять она не может пойти независимо от того, каковы внешние условия.
— Нет! — сказал Бертолле. — Это вовсе не процесс, неотвратимо направленный всегда в одну сторону, от начала к концу, от взаимодействия исходных веществ к выделению конечных продуктов. Это подвижное равновесие, которое устанавливается в результате двух параллельных реакции, идущих одновременно в противоположных направлениях! Но самым парадоксальным казалось другое заключение Бертолле. Исходя из непрерывности и обратимости химического процесса, ученый пришел к убеждению: состав образующихся соединений должен изменяться тоже непрерывно, а значит… быть переменным!
Шел 1799 год. В это самое время в далекой Испании, отрезанной от Африки враждебной английской эскадрой, заканчивал свое исследование другой замечательный химик — Жозеф-Луи Пруст. У него была великолепно оборудованная лаборатория в Мадриде. По распоряжению министра Прусту для изготовления посуды предоставили почти 65 килограммов платины. Такого количества благородного металла не видывали все испанские лаборатории, вместе взятые, даже столетие спустя. И не только испанские. Известный шведский химик Берцелиус имел один-единственный платиновый тигель. Да и то позаимствованный у коллеги — Гисингера. Сложнейшие аналитические процедуры с двумя тысячами веществ в этом драгоценном тигле принесли славу Берцелиусу. Легко себе представить, насколько богаче были возможности у Пруста. А его скрупулезности и тщательности мог позавидовать сам Берцелиус.
Здесь, в спокойной обстановке королевской лаборатории, испанский профессор провел тысячи экспериментов, прежде чем отважился на публичное выступление. В нем он со всей убежденностью формулировал закон постоянства состава.
Да, идеи путешествуют без виз.
Так на рубеже двух столетий появились два разных ответа на один и тот же вопрос. Вопрос огромного теоретического значения. Вначале авторы даже не подозревали о работах друг друга. Но столкновение двух диаметрально противоположных взглядов на природу химизма было неминуемо. Мало-помалу разгорается знаменитая полемика, «столь же замечательная как талантом, так учтивостью и хорошим вкусом. Как по форме, так и по содержанию это один из прекраснейших образцов научной дискуссии», — писал французский химик Дюма.
Восемь долгих лет длится публичный диспут, за которым напряженно следит весь ученый мир. Словом и делом отстаивает Бертолле свою правоту. Он проводит серию экспериментов, чтобы подтвердить результаты, полученные в беспокойной походной обстановке. Смотрите, говорит он, одни и те же металлы соединяются с разными количествами кислорода. К примеру, свинец. У его окисей пропорции между Pb и O образуют непрерывную последовательность.
Но Пруст бесстрастно и методично опровергает доводы своего оппонента. Он доказывает, что Бертолле оперирует плохо очищенными веществами. Что он упускает из виду проверить, не с грубой ли смесью имеет дело. Что его анализы не отличаются необходимой точностью.
Пруст демонстрирует высший класс ювелирного искусства в химии. Снова и снова придирчиво и беспристрастно экзаменует он сам себя, пока не убеждается в максимально возможной чистоте исследуемых соединений. И вот результат: да, соединения свинца действительно составляют ряд. Но этот ряд прерывен! Число членов в нем отнюдь не бесконечно, а равно четырем. И каждый из четырех окислов свинца всегда имеет один и тот же состав. Конечно, если в образце присутствуют не индивидуальные вещества, а их смеси, то может показаться, будто элементы и впрямь соединяются между собой в любых соотношениях.
«Соединение есть привилегированный продукт, которому природа дала постоянный состав, — резюмирует Пруст. — Природа, даже через посредство людей, никогда не производит соединения иначе, как с весами в руках, — по весу и по мере. От полюса до полюса соединения имеют тождественный состав. Их внешний вид может различаться в зависимости от способа их сложения, но их свойства никогда не бывают различными. Никакой разницы мы не видим между окисью железа южного полушария и северного; японская киноварь имеет тот же состав, что и у испанской киновари; хлористое серебро совершенно тождественно, независимо от того, происходит оно из Перу или из Сибири; во всем свете имеется только один хлористый натрий, одна селитра, одна сернокальциевая соль, одна сернобариевая соль. Анализ подтверждает эти факты на каждом шагу».
Почва уходит из-под ног Бертолле. Сколько фактов «против» и хоть бы один «за»! Тогда парижанин переводит экспериментальное состязание в терминологический спор. Что подразумевает мадридский ученый, когда он говорит о смесях и соединениях? В чем разница между ними?
Нельзя, конечно, утверждать, что такой поворот дела смущает Пруста. Просто его осмотрительной натуре куда больше импонирует сухой язык цифр лабораторного журнала, чем опасное витание в тумане поспешных теоретических обобщений. Поэтому испанский профессор ограничивается списком примеров. Вот-де смеси, а вот химически индивидуальные соединения. И действительно, границы намечены четко!
Но тут Бертолле вводит в бой резерв, таившийся до поры до времени в засаде. Растворы! Сумеет ли Пруст доказать, что у них постоянный состав?
Увы, и это не спасает французского ученого. В определении понятия «раствор» царил тогда сущий произвол. Смесь это или соединение? Четкого однозначного ответа химия не знает. Лишь много лет спустя появится менделеевская теория растворов.
Что есть истина? Так вроде бы, если верить библейской легенде, спрашивал Понтий Пилат у Христа. Бертолле не претендовал на святость, но если бы он знал, что его идеи будут распяты!..
К 1809 году для всех стала очевидной шаткость позиций, занимаемых Бертолле. Его выводам суждено крушение. Химики единодушно рукоплещут славной победе испанского ученого.
Идеи Бертолле, которые еще совсем недавно привлекали рой почитателей своей логической стройностью, глубокой внутренней связью с математическими теориями, дерзостью обобщений, теперь отвергнуты химиками. Выплеснуты за борт вместе со всеми драгоценными крупицами истины, которые могли бы дать всходы уже тогда, а не много лет спустя, как случилось в действительности. Надолго забыто учение Бертолле о подвижном равновесии, которое лишь через семьдесят лет обретет строгую математическую формулировку в виде закона действующих масс. Прочно забыто и то обстоятельство, что Бертолле, утверждая в химии непрерывность, вовсе не отрицал существования соединений с постоянным составом, а считал их просто-напросто частным проявлением своей более общей классификации. Но такова уж, видно, жестокая логика непримиримой идейной схватки: если победителей не судят, то побежденных судят вдвое строже, вменяя им в вину любое инакомыслие. Даже такое, которое при ближайшем рассмотрении могло бы стать ценным приобретением для самих победителей.
Казалось бы, только что наметившаяся помолвка химии и математики окончательно расторгнута. А химии уготовано идти своей дорогой, отгородившись китайской стеной от строгих критериев точных наук. Но нет, этого не происходит! Напротив, именно закону постоянства состава суждено начать эпоху математизации древнего пробирного искусства. Эпоху, пришествие которой предсказывал еще Михаил Васильевич Ломоносов в «Элементах математической химии».