Огонь не отнимает у вещества, а прибавляет. И это объяснило дыхание

Посмотрите на костёр: тяжёлое полено превращается в горстку лёгкой золы, и кажется очевидным, что огонь что-то из вещества выгоняет. Так думали лучшие химики XVIII века и даже дали этому «чему-то» имя. В 1770-е годы весы показали обратное: горящее вещество ничего не теряет, а забирает из воздуха его невидимую часть. Эта поправка оказалась куда важнее спора о кострах: она объяснила, почему мы дышим.

Огонь объясняли тем, что вещество теряет невидимую суть

В начале XVIII века немецкий врач и химик Георг Эрнст Шталь развил идею своего предшественника Иоганна Бехера и дал ей имя «флогистон», от греческого слова «горючий». По этой теории всё, что горит, богато флогистоном. Огонь означает бегство флогистона в воздух, а зола или окалина остаётся, когда он ушёл.

Теория была не глупой, а удобной. Она объясняла, почему дерево сгорает до лёгкой золы и почему свеча под колпаком гаснет: воздух «насытился» флогистоном и больше его не принимает. Объясняла и то, почему уголь возвращает металл из руды: он просто отдаёт ей свой флогистон. Почти столетие химики Европы говорили на этом языке.

Но у теории была заноза, о которой знали все и о которой старались не думать.

Металл после обжига становится тяжелее

Если долго нагревать олово или свинец на воздухе, металл покрывается тусклым порошком, окалиной. Ещё в XVII веке заметили, что окалина весит больше исходного металла. Вещество будто бы что-то потеряло и при этом прибавило в весе.

Сторонники флогистона выкручивались. Одни списывали всё на ошибки опытов. Другие предполагали, что у флогистона отрицательный вес и, уходя, он делает тело тяжелее. Заплатки звучали неловко, но во всём остальном теория работала, и бросать её не спешили.

Молодой парижский химик Антуан Лавуазье отнёсся к весам серьёзнее остальных. Осенью 1772 года он сжигал серу и фосфор и увидел, что продукты тяжелее исходных веществ, а воздуха вокруг становится меньше. Свой вывод он сдал в Академию наук в запечатанном конверте, чтобы закрепить первенство. Оставался вопрос: какую именно часть воздуха поглощает огонь?

Кислород открыли люди, которые его не поняли

Первым его получил шведский аптекарь Карл Вильгельм Шееле. Около 1771–1772 годов он выделил газ, в котором всё горело ярче, и назвал его «огненным воздухом». Но книга с описанием вышла только в 1777 году, и слава досталась другому.

1 августа 1774 года английский священник и естествоиспытатель Джозеф Пристли направил большую линзу на красную ртутную окалину. Солнечный луч нагрел порошок, и из него пошёл газ. Свеча в этом газе вспыхнула ослепительно. Позже мышь под колпаком с ним прожила заметно дольше, чем в обычном воздухе, а сам Пристли вдохнул его и записал, что в груди стало необыкновенно легко.

Он назвал газ «дефлогистированным воздухом», то есть воздухом, настолько очищенным от флогистона, что он жадно впитывает его из горящих тел. Пристли держал в руках опровержение теории и прочитал его как подтверждение. В октябре того же года он приехал в Париж и за обедом рассказал о своём опыте Лавуазье.

Огонь не отдаёт, а забирает

Лавуазье повторил опыт как бухгалтер, и это буквально. Он служил в Генеральном откупе, компании сборщиков налогов, и привык сводить баланс. Двенадцать дней он нагревал ртуть в закрытом сосуде с отмеренным объёмом воздуха. Ртуть покрывалась красной окалиной, а воздуха становилось примерно на пятую часть меньше. Оставшийся газ не поддерживал ни огня, ни жизни.

Потом он собрал окалину и нагрел её сильнее. Она снова стала ртутью и выделила тот самый газ, которого не хватало. Счёт сошёлся: металл ничего не терял, а присоединял часть воздуха и мог отдать её обратно. Флогистону в этом балансе не нашлось ни одной строки.

Представьте кошелёк, который после похода по магазинам стал тяжелее. Можно придумать деньги с отрицательным весом, а можно признать, что вы не тратили, а получали. Лавуазье выбрал второе и назвал газ oxygène, «рождающий кислоты». Из его расчётов выросло правило, на котором стоит вся химия: в реакции масса не исчезает и не возникает, она только перераспределяется. Следом напрашивался вопрос посмелее: что делает кислород внутри нас?

Читайте также: Люди не стали хуже. Упадок нравов рисует наша собственная память

Дыхание оказалось медленным огнём

Около 1783 года Лавуазье и математик Пьер-Симон Лаплас посадили морскую свинку в ледяной калориметр, сосуд, обложенный льдом. По растаявшему льду они измерили тепло животного, а по выдохнутому углекислому газу оценили, сколько углерода «сгорело» в его теле. Цифры оказались сопоставимы с горением угля. Дыхание — то же горение, только медленное и без пламени.

Биология потом уточнила картину до молекул. В каждой клетке митохондрии передают электроны из пищи на кислород, а энергия этой реакции запасается в молекулах АТФ. Поэтому мозг без кислорода гибнет за минуты, а пульсоксиметр на пальце следит, сколько кислорода несёт кровь. Огнетушитель отрезает пламя от воздуха, ракеты везут с собой жидкий кислород, а сталь выплавляют, продувая расплав чистым кислородом, который выжигает лишний углерод.

У Лавуазье хватало ошибок: далеко не все кислоты содержат кислород, а тепло он считал невесомой жидкостью, теплородом. Пристли до смерти в 1804 году так и не принял новую химию. Самого Лавуазье казнили на гильотине в 1794 году как бывшего откупщика. В XX веке философ Томас Кун разобрал эту историю в книге «Структура научных революций» как образец того, как одни и те же факты вдруг начинают читаться по-новому.

Задувая свечу, вы гасите тот же процесс, который в эту секунду идёт в каждой вашей клетке. Разница только в скорости: пламя и жизнь питаются одним и тем же. Понять это помогли весы, которым один человек поверил больше, чем столетней привычке. Другие истории о великих поворотах мысли собраны в наших статьях.

Ещё в «Высоких технологиях»

Ледяной мир за Плутоном десять лет притворялся звездой. Он не одинВремя замедляется у тех, кто движется, а масса оказалась энергиейЛедниковые периоды идут по расписанию орбиты Земли, но не зимой

Все материалы раздела →