Какими магнитными свойствами обладает кислород

Известно, что всего существует шесть фаз твердого кислорода. Они отличаются друг от друга строением кристаллической решетки, электрическими и магнитными свойствами, а также цветом. В одной из них, так называемой δ-, или оранжевой (названной так по характерному цвету), фазе, существующей в диапазоне давлений 6–8 ГПа и температур 20–240 К, не было ясности относительно магнитного упорядочения молекул твердого кислорода. Группа ученых из Франции, Швейцарии и США экспериментальным образом установила, что оранжевый кислород содержит три различных магнитных структуры, каждая из которых является антиферромагнитной.

В зависимости от поведения в магнитном поле почти все вещества условно можно разделить на четыре класса: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики и антиферромагнетики. Количественной мерой такой классификации является безразмерный коэффициент — магнитная проницаемость, или отношение напряженности магнитного поля внутри материала к аналогичной величине вне его. Если магнитная проницаемость меньше единицы, то вещество считается диамагнетиком, если больше единицы, то парамагнетиком или антиферромагнетиком (о различии между ними будет сказано ниже), и наконец, когда магнитная проницаемость значительно больше 1, то такой материал именуют ферромагнетиком.

Такой разброс значений магнитной проницаемости объясняется внутренней структурой вещества, точнее — поведением внешних электронов его атомов. Из-за своего орбитального (вокруг ядра) и спинового (грубо говоря, вокруг своей оси) движения заряженные частицы, то есть электроны, генерируют микротоки. Это приводит к возникновению магнитного поля и, соответственно, магнитного момента атома, который можно интерпретировать в виде вектора. При включении внешнего магнитного поля магнитные векторы упорядочиваются — начинают «смотреть» в определенную сторону. В случае когда магнитные моменты атомов совпадают с направлением силовых линий внешнего поля, к его напряженности прибавляется, согласно принципу суперпозиции, суммарная напряженность поля, создаваемого упорядоченными атомами (эта ситуация характерна для парамагнетика). Если же моменты атомов приобретают направление, противоположное силовым линиям, то, согласно всё тому же принципу суперпозиции, знак плюс необходимо заменять знаком минус (в случае диамагнетика).

Для подавляющего большинства веществ значение магнитной проницаемости очень мало отличается от 1. Например, парамагнитная платина имеет магнитную проницаемость, равную 1,000265 — именно во столько раз усиливается внутри этого материала внешнее магнитное поле. Вода, являющаяся диамагнетиком, имеет магнитную проницаемость 0,999992, что означает ослабление поля в 1/0,999992 раз.

Что касается ферромагнетиков, то у них магнитные моменты атомов определенных областей материала или вообще всего его объема при температуре ниже температуры Кюри обладают выбранным направлением даже в отсутствие внешнего магнитного поля (рис. 1). При его включении магнитный порядок атомов лишь усиливается, что приводит к тому, что магнитная проницаемость принимает значения в сотни, тысячи, десятки тысяч, а то и больше, единиц (в зависимости от величины напряженности внешнего поля).

Так же устроено магнитное упорядочение и у антиферромагнетиков, только у них магнитные моменты ближайших соседних атомов направлены противоположно друг другу (рис. 1) при условии, что температура вещества не превосходиттемпературы Нееля. И хотя магнитная проницаемость антиферромагнетиков, как и парамагнетиков, мало отличается от единицы (поскольку противоположная ориентация магнитных моментов почти полностью компенсирует создаваемое атомами магнитное поле), по типу магнитного упорядочения такие вещества выделяют в отдельное «семейство».

В каждом из упомянутых четырех классов веществ обязательно найдется материал, который выделяется выдающимися магнитными свойствами и, как результат, является объектом пристального внимания со стороны исследователей. Например, графит имеет наименьшее значение магнитной проницаемости (меньше может быть только у сверхпроводников — у них 0). В числе ферромагнетиков с наибольшей магнитной проницаемостей — мю-металл (приблизительно 50 000). Среди парамагнетиков особое место занимает кислород. Будучи газом, O2 представляет собой ничем не примечательный парамагнетик. Но как только он становится жидким (температура ожижения равна 90 К), его магнитная проницаемость вырастает более чем в тысячу раз, достигая рекордного для парамагнитных веществ значения.

Самое интересное начинается, когда кислород переходит в твердое агрегатное состояние (при температуре 54 К). Многочисленные эксперименты, проведенные с твердым O2 за последние годы, указывают на существование у него в интервале давлений от 0 до приблизительно 130 ГПа (1,3 млн атмосфер) по крайней мере шести фаз (рис. 2 и 3), отличающихся друг от друга кристаллической решеткой, магнитными, электрическими свойствами и даже цветом. Их обозначают греческими буквами γ, β, α, δ, ε и ζ. Некоторые фазы твердого кислорода называют еще по характерному цвету их модификации. Например, вместо δ-O2 иногда говорят «оранжевый кислород», «красным кислородом» называют ε-фазу.

Если продолжить уменьшение температуры, сохраняя при этом нормальное атмосферное давление, то при 54 К образуется не просто твердый кислород, а парамагнитный γ-кислород. Дальнейшее охлаждение до 44 К переводит γ-O2 в «почти» антиферромагнитную β-фазу. Наконец, при 24 К рождается полностью антиферромагнитный α-кислород.

О магнитных свойствах оставшихся трех фаз (δ, ε и ζ), которые, как можно видеть на рис. 2 и 3, возникают только под значительным давлением, ученым известно немного. В частности, эксперименты однозначно указывают на отсутствие магнетизма в ε-кислороде (см.: Магнитный коллапс в твердом кислороде, «Элементы», 01.06.2005). Однако каким типом магнитного упорядочения обладает оранжевый (δ-) кислород, до настоящего времени оставалось загадкой. Несмотря на то что большинство исследователей склонялось к мысли, что δ-O2 — скорее всего антиферромагнетик, требовалось четкое подтверждение этого предположения.

В совместной статье ученых из Франции, Швейцарии и США Magnetic Ordering in Solid Oxygen up to Room Temperature, опубликованной в журнале Physical Review Letters, выяснена истинная магнитная природа оранжевого кислорода. Она оказалась сложнее, чем предполагалось ранее. Выяснилось, что δ-O2 содержит три различных магнитных структуры, каждая из которых является антиферромагнитной.

Несколько слов о методике и технике эксперимента. Поликристаллы оранжевого кислорода готовились при температуре 240 К посредством изотермического сжатия жидкого кислорода и последующего его «прохода» по фазовой диаграмме через γ- и β-фазу. Такая методика позволяла получать хорошие образцы для последующих магнитных измерений. Далее проводилось две серии экспериментов, показанных в виде пронумерованных линий со стрелками на фазовой диаграмме на рис. 3: при почти постоянном давлении происходило медленное (0,2 К/мин) охлаждение O2. Одновременно с этим осуществлялось облучение нейтронами оранжевого кислорода. Из данных по дифракции нейтронов на кристаллической решетке δ-O2 затем извлекались желанные сведения о магнитном порядке в изучаемом объекте.

Обработав экспериментальные данные, ученые пришли на первый взгляд к парадоксальному выводу: магнитный порядок в оранжевом кислороде содержит три разные и одновременно одинаковые по своей сути антиферромагнитные структуры. Поскольку они возникают в разных температурных интервалах, авторы статьи назвали их LTC (low temperature commensurate — соответствующий низкой температуре), ITC (intermediate temperature commensurate — соответствующий промежуточной температуре) и HTC (high temperature commensurate — соответствующий высокой температуре).

Чтобы разрешить возникший парадокс и понять, в чём же различие между этими тремя магнитными состояниями, необходимо сказать, что оранжевый кислород имеет слоеное внутреннее строение. Так вот, как показали эксперименты, каждый слой δ-кислорода имеет свой внутренний антиферромагнитный порядок, или свою ориентацию магнитных моментов молекул O2 (рис. 4). Именно чередование слоев с разным магнитным порядком и определяет различие между LTC-, ITC- и HTC-структурами.

Для наглядности обозначим буквой A антиферромагнитное расположение молекул δ-кислорода в какой-нибудь его кристаллической плоскости (слое). Мысленно заменим направление каждого магнитного момента в плоскости A на противоположное и обозначим новую антиферромагнитную ориентацию моментов в молекулярном слое буквой B. В такой терминологии магнитная структура LTC будет выглядеть так: (A–A–A)–(A–A–A)–…, ITC так: (A–B–B–A–A)–(A–B–B–A–A)–… и HTC так: (A–B–A)–(A–B–A)–…. Если теперь перпендикулярно молекулярным слоям провести воображаемую ось, то получится, что в LTC антиферромагнитные слои в направлении этой оси упорядочены в виде ферромагнитной структуры, поскольку все магнитные моменты O2 вдоль оси «смотрят» в одну сторону (см. рис. 4), в HTC — антиферромагнитной, а в ITC реализуется одновременно антиферромагнитное и ферромагнитное расположение слоев. При этом, напомним еще раз, в самих слоях магнитные моменты ориентированы антиферромагнитным образом.

Таким образом, описанная работа поставила жирную точку в довольно длительных дискуссиях об истинной магнитной природе δ-фазы твердого кислорода.

Источник: S. Klotz, Th. Strassle, A. L. Cornelius, J. Philippe, Th. Hansen. Magnetic Ordering in Solid Oxygen up to Room Temperature // Phys. Rev. Lett. 104, 115501 (2010).

Юрий Ерин

Источник

Â òî âðåìÿ õèìèêè åùå èñõîäèëè èç àëõèìè÷åñêîãî ïîñòóëàòà î òîì, ÷òî ïîâåäåíèå âåùåñòâà îïðåäåëÿåòñÿ òðåìÿ íà÷àëàìè: ñîëüþ (ñãóùàþùåé âåùåñòâî), ðòóòüþ (íàïðîòèâ, ðàçæèæàþùåé) è ñåðîé (äåëàþùåé âåùåñòâî ãîðþ÷èì). Íåìöû êàê ðàç èçó÷àëè òðåòüå ñîñòîÿíèå èëè ïðîöåññ ãîðåíèÿ. Áåõåð íàçâàë åãî terra pingua (æèðíàÿ çåìëÿ»), à åãî êîëëåãà Øòàëü ââåë òåðìèí «ôëîãèñòîí» (îò ãðå÷åñêîãî φλογιστοζ ãîðþ÷èé). Âìåñòå îíè è îïèñàëè ñâîå âèäåíèå ïðîöåññà ãîðåíèÿ (à çàîäíî è ñîñòàâà âîçäóõà). Åñëè ñîâñåì êðàòêî, çâó÷àëî îíî òàê. Ôëîãèñòîí ñîäåðæèòñÿ âî âñåõ ãîðþ÷èõ òåëàõ, è ïîòîìó îíè ìîãóò ãîðåòü. Â õîäå ãîðåíèÿ òåëà ðàñïàäàþòñÿ è ôëîãèñòîí âûäåëÿåòñÿ èç íèõ â âîçäóõ (ìû âèäèì ýòî âûäåëåíèå êàê îãîíü). Ïðè ýòîì ôëîãèñòîí, ðàññåÿâøèñü â âîçäóõå, ïðîäîëæàåò îêàçûâàòü âëèÿíèå íà òåëà ïðîöåññ ðæàâëåíèÿ, ïî Øòàëþ, ýòî êàê ðàç ìåäëåííîå ãîðåíèå ïîä âëèÿíèåì ðàñòâîðåííîãî â âîçäóõå ôëîãèñòîíà. Â êà÷åñòâå îáðàòíîãî ïðîöåññà ïðèâîäèëñÿ ïðèìåð «âîññòàíîâëåíèÿ» îêàëèíû íà ìåòàëëå ïóòåì íàãðåâà ðÿäîì ñ äðåâåñíûì óãëåì. Ãîðÿùèé óãîëü âûäåëÿåò ôëîãèñòîí, òîò ñîåäèíÿåòñÿ ñ îêàëèíîé è âîññòàíàâëèâàåò áëåñòÿùèé ìåòàëë. Ïðîáëåìà áûëà â òîì, ÷òî îêàëèíà, îñòàâøàÿñÿ ïîñëå ïðîêàëèâàíèÿ, âåñèëà áîëüøå, ÷åì èñõîäíûé ìåòàëë. Íåìöû íàøëè âûõîä, çàÿâèâ, ÷òî ôëîãèñòîí îáëàäàåò îòðèöàòåëüíîé ìàññîé. Èëè, êàê ñêàçàë îäèí ó÷åíûé òîãî âðåìåíè, «ïðèâîäèòñÿ â äåéñòâèå ñèëàìè, ïðîòèâîïîëîæíûìè ïî íàïðàâëåíèþ ñèëå òÿæåñòè».

Â îáùåì ýòî áûëà, õîòü è íåâåðíàÿ, íî äîâîëüíî ñòðîéíàÿ (è, ïî-ñâîåìó, ëîãè÷íàÿ) òåîðèÿ, îáúÿñíÿâøàÿ ãîðåíèå, ïðîêàëèâàíèå, âîññòàíîâëåíèå è äàæå äûõàíèå. Áûëà, ïîêà â íàóêó íå ïðèøåë ãåðîé ñåãîäíÿøíåãî ïîñòà. Êàê âû, íàâåðíîå, óæå ïîíÿëè ðå÷ü ïðî Ëàâóàçüå. Îí ïîÿâèëñÿ íà ñâåò 26 àâãóñòà 1743 ãîäà â ñåìüå ïðîêóðîðà ïàðèæñêîãî ïàðëàìåíòà. Ïî îäíîé ñåìåéíîé òðàäèöèè ìàëü÷èêà íàçâàëè Àíòóàíîì, ïî âòîðîé îïðåäåëèëè ó÷èòüñÿ ïðàâó. Íî óæå â êîëëåäæå Ìàçàðèíè, êóäà åãî îïðåäåëèëà ñåìüÿ, þíûé Ëàâóàçüå ïîíÿë, ÷òî íàóêà ïðèâëåêàåò åãî êóäà áîëüøå.

Îí, êîíå÷íî, ïîëó÷èë äîñòîéíîå þðèäè÷åñêîå îáðàçîâàíèå, âëîæèë íàñëåäñòâî îò ìàòåðè â ïðåäïðèÿòèå «Ãëàâíûé îòêóï» (êîíñîðöèóì ÷àñòíûõ ñáîðùèêîâ íàëîãîâ, ïîëó÷àâøèõ çà ýòî ïðîöåíò îò ñîáðàííîãî), ÷åì îáåñïå÷èë ñåáå áåçáåäíîå ñóùåñòâîâàíèå. Íî äåíüãè Ëàâóàçüå ïðåäïî÷èòàë òðàòèòü íà íàóêó. Â ÷àñòíîñòè, íà ýêñïåðèìåíòû, êîòîðûå ó íåãî ÷àñòî ïîëó÷àëèñü êàê çðåëèùíûìè, òàê è î÷åíü âàæíûìè ïî ðåçóëüòàòàì. Âäîáàâîê êî âñåìó åìó åùå è ïîâåçëî â áðàêå, åãî èçáðàííèöå Ìàðèè-Àííå Ïîëüçå áûëî âñåãî òðèíàäöàòü íà ìîìåíò âåí÷àíèÿ («âîçðàñò ñîãëàñèÿ» â òî âðåìÿ áûë êóäà íèæå), íî ýòî áûëà íå òîëüêî íåâåñòà ñ áîãàòûì ïðèäàííûì (äî÷ü åùå îäíîãî îòêóïùèêà), äåâóøêà áûëà ñèìïàòè÷íàÿ è ðàçäåëÿëà ñòðàñòü ñóïðóãà ê íàóêå (ïîìîãàëà åìó âåñòè çàïèñè, ïåðåâîäèëà àíãëèéñêèå íàó÷íûå òðàêòàòû íà ôðàíöóçñêèé è äàæå ðèñîâàëà íåêîòîðûå ÷åðòåæè äëÿ áóäóùèõ ýêñïåðèìåíòîâ). Â îáùåì, æåíèëñÿ íà Ïîëüçå è ñ ïîëüçîé.

Îáðåòÿ ôèíàíñîâóþ ñàìîñòîÿòåëüíîñòü, Ëàâóàçüå ñ ãîëîâîé ïîãðóçèëñÿ â íàóêó. Â 1772 ãîäó ôðàíöóçñêàÿ Àêàäåìèÿ íàóê ïî çàêàçó þâåëèðîâ ñîçäàëà êîìèòåò èç íåñêîëüêèõ õèìèêîâ, êîòîðîìó áûëî ïîðó÷åíî èçó÷èòü ïðîöåññ ñãîðàíèÿ àëìàçîâ. Ïåðâûå æå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî äëÿ òî÷íûõ ðåçóëüòàòîâ íåîáõîäèìà óñòàíîâêà, ñïîñîáíàÿ ïîääåðæèâàòü î÷åíü âûñîêóþ òåìïåðàòóðó. Íî ãäå åå âçÿòü? Îòâåò ïðåäëîæèë Àíòóàí äå Ëàâóàçüå, êîòîðûé èçúÿâèë æåëàíèå âîéòè â ñîñòàâ êîìèòåòà. Ïðàâäà, åãî èíòåðåñîâàëè íå ñòîëüêî ïîòåíöèàëüíûå ðèñêè òåïëîâîé îáðàáîòêè àëìàçîâ, ñêîëüêî õèìè÷åñêàÿ ïðèðîäà ãîðåíèÿ.

Ëàâóàçüå íàïîìíèë, ÷òî â ïîäâàëå Àêàäåìèè õðàíèòñÿ ëèíçà ×èðíãàóçåíà. Ýòîò íåìåöêèé ó÷åíûé-ýíöèêëîïåäèñò áûë èçâåñòåí ñîçäàíèåì óíèêàëüíûõ îïòè÷åñêèõ ïðèáîðîâ. Îäíà èç êðóïíåéøèõ åãî ëèíç áûëà ïðèîáðåòåíà Ïåòåðáóðãñêîé Êóíñòêàìåðîé. Â Ïàðèæå õðàíèëàñü äðóãàÿ óñòàíîâêà, èçíà÷àëüíî ñîçäàííàÿ äëÿ «ñîëíå÷íîé ïå÷è». Å¸-òî îí è ïðåäëîæèë èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå èñòî÷íèêà òåïëîâîãî èçëó÷åíèÿ.

Â îêòÿáðå 1772 ãîäà ïîñåòèòåëè Êîðîëåâñêîãî ñàäà Ïàðèæà ñìîãëè ñòàòü ñâèäåòåëÿìè ñòðàííîãî çðåëèùà. Íà íàáåðåæíîé Ñåíû ñòîÿëà äåðåâÿííàÿ ïëàòôîðìà íà øåñòè êîëåñàõ, íà êîòîðîé áûëè óñòàíîâëåíû îãðîìíûå ëèíçû. Ó÷åíûå â ïàðèêàõ è ÷åðíûõ î÷êàõ âåëè êàêèå-òî çàïèñè, à èõ àññèñòåíòû ñíîâàëè ïî ïëàòôîðìå è îêîëî íåå, êàê ìàòðîñû ïî êîðàáåëüíûì ïàëóáàì è ìà÷òàì. È âñå ýòî áûëî îêðóæåíî òîëïîé çåâàê.

Â ðåçóëüòàòå íàãðåâà àëìàçû, íàõîäèâøèåñÿ â çàïå÷àòàííûõ ñîñóäàõ, èñ÷åçàëè (ýòî ìîæíî áûëî áû ñ÷èòàòü íåîïðîâåðæèìûì ñïîñîáîì îïðåäåëåíèÿ ïîäëèííîñòè àëìàçà, åñëè áû íå ñëèøêîì âûñîêàÿ öåíà ïîäîáíîé ïðîâåðêè). Íî Ëàâóàçüå ïîøåë äàëüøå. Âî-ïåðâûõ, îí ïðåäïîëîæèë, ÷òî àëìàçû ÷åì-òî ðîäñòâåííû óãëþ (÷òî âïîñëåäñòâèè áûëî äîêàçàíî). À âî-âòîðûõ, ïðåäïîëîæèë, ÷òî ïîñêîëüêó âîçäóõ íåîáõîäèì äëÿ ãîðåíèÿ, òî îí àêòèâíûé ó÷àñòíèê ýòîãî ïðîöåññà. Íî êàêîâà æå òîãäà ðîëü ôëîãèñòîíà? ×òîáû ðàçîáðàòüñÿ âî âñåì ýòîì, Ëàâóàçüå ïðåäëîæèë Àêàäåìèè íàóê ñïåöèàëüíóþ ïðîãðàììó ïî «èçó÷åíèþ âîçäóõà, ñîäåðæàùåãîñÿ â âåùåñòâå».

Â òî âðåìÿ ïðîòåñòàíòñêèé ïàñòîð Äæîçåô Ïðèñòëè âûñòóïèë ñ êîíöåïöèåé ñóùåñòâîâàíèÿ íåñêîëüêèõ «âèäîâ âîçäóõà»:

– ìåôèòè÷åñêèé (èëè «çëîâîííûé»), â êîòîðîì ãàñíåò ñâå÷à è ïîãèáàåò ëàáîðàòîðíàÿ ìûøü, îäíàêî, ïðèãîäíûé äëÿ ðàñòåíèé;

– ôëîãèñòîííûé (èëè àçîò, îò ãðå÷åñêîãî «áåçæèçíåííûé»), êîòîðûé îáðàçóåòñÿ â ðåçóëüòàòå ãîðåíèÿ ñâå÷è;

– ãîðþ÷èé âîçäóõ, êîòîðûé âûäåëÿåòñÿ ïðè ðàñòâîðåíèè æåëåçíûõ îïèëîê â ñåðíîé êèñëîòå, î÷åíü ãîðþ÷èé è ñïîñîáíûé ïîäíÿòü íàä çåìëåé âîçäóøíûé øàð.

Âîïðîñ áûë â òîì, ÿâëÿþòñÿ ëè îïèñàííûå Ïðèñòëè «ðàçíîâèäíîñòè âîçäóõà» åãî ìîäèôèêàöèÿìè, ïîëó÷åííûìè ïóòåì èçâëå÷åíèÿ/äîáàâëåíèÿ ôëîãèñòîíà. Èëè æå ýòî ñàìîñòîÿòåëüíûå õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû.

Ëàâóàçüå ïîâòîðèë ýêñïåðèìåíòû êîëëåã è ïîäòâåðäèë, ÷òî ïðè ñæèãàíèè ôîñôîðà äëÿ ïîëó÷åíèÿ ôîñôîðíîé êèñëîòû âåñ ïîëó÷èâøåãîñÿ âåùåñòâà çàìåòíî áîëüøå èçíà÷àëüíîãî. Íî îí îáðàòèë âíèìàíèå íà òî, ÷òî ìàññà óñòàíîâêè â öåëîì íå ìåíÿëàñü. Òî æå ñàìîå ïðîèñõîäèëî ïðè ñæèãàíèè ñåðû: âåñ ïðîäóêòà ñãîðàíèÿ çàìåòíî âîçðàñòàë, õîòÿ, åñëè ãîðåíèå ïðîèñõîäèò èç-çà âûäåëåíèÿ ôëîãèñòîíà â îêðóæàþùóþ ñðåäó, òî ðåçóëüòàò äîëæåí áûòü îáðàòíûì.

Òîãäà-òî Ëàâóàçüå è ñäåëàë ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî ïðåäìåòû ãîðÿò íå ïîòîìó, ÷òî èñïóñêàþò ôëîãèñòîí, à ïîòîìó, ÷òî ïîãëîùàþò íåêóþ ÷àñòü âîçäóõà. ×òî îí è äîêàçàë ïîñëåäóþùèìè ýêñïåðèìåíòàìè, ñíà÷àëà ñ îêàëèíîé ñâèíöà, à ïîòîì è ñ îêàëèíîé ðòóòè.

Îêàëèíà ðòóòè, ê ñëîâó, ñ÷èòàëàñü â òî âðåìÿ äåéñòâåííûì ëåêàðñòâîì îò ñèôèëèñà è ïðîäàâàëàñü â àïòåêàõ ïî î÷åíü âûñîêèì öåíàì. Íî, êàê ãîâîðèëîñü âûøå, Ëàâóàçüå ìîã ïîçâîëèòü ñåáå òðàòèòü íà íàóêó íåìàëûå ñðåäñòâà. Îí äîêàçàë, ÷òî ïðè ñèëüíîì íàãðåâå îêàëèíà âíîâü ïðåâðàùàåòñÿ â ÷èñòûé ìåòàëë, íî òåðÿåò ïðè ýòîì ïðèìåðíî îäíó äâåíàäöàòóþ ÷àñòü ñâîåãî âåñà.

Ïðèñòëè òîæå ïðîâîäèë îïûòû ñ ýòèì âåùåñòâîì, ñîáèðàÿ âûäåëÿâøèåñÿ ïðè ãîðåíèè ãàçû: «Ñâå÷à ãîðåëà â ýòîì âîçäóõå î÷åíü ÿðêî. À êîãäà ÿ ñàì âäîõíóë åãî, íåêîòîðîå âðåìÿ ïîñëå ýòîãî ÿ îùóùàë íåîáûêíîâåííóþ ëåãêîñòü è ñâîáîäó â ãðóäè». Ïàñòîð ïðåäïîëîæèë, ÷òî ïîëó÷åííûé èì «îñîáî ÷èñòûé» âîçäóõ â áóäóùåì ñòàíåò âîñòðåáîâàííûì òîâàðîì. À åùå äî Ïðèñòëè ýòîò ãàç îïèñàë øâåäñêèé ôàðìàöåâò Êàðë Øååëå.

Íî äëÿ Ëàâóàçüå îïûòû ñ ïîëó÷åíèåì «æèâîãî âîçäóõà» ñòàëè åùå îäíèì øàãîì ê áîëåå àìáèöèîçíîé öåëè íå ïðîñòî îêîí÷àòåëüíî ïîäòâåðäèòü èëè îïðîâåðãíóòü òåîðèþ ôëîãèñòîíà, à, êàê îí ñàì ïèñàë, «îñóùåñòâèòü ðåâîëþöèþ â ôèçèêå è õèìèè». È ïðîäîëæèë: «ß ñîáèðàþñü ñâÿçàòü âîåäèíî âñå, ÷òî ìû çíàåì î âîçäóõå, êîòîðûé ñîäåðæèòñÿ â òåëàõ è âûäåëÿåòñÿ èç íèõ è âûðàáîòàòü íîâóþ òåîðèþ».

Ê òîìó âðåìåíè îí âûÿñíèë, ÷òî, åñëè ïðîâîäèòü âîññòàíîâëåíèå îêàëèíû ðòóòè ñ èñïîëüçîâàíèåì äðåâåñíîãî óãëÿ, òî âìåñòî «æèâîãî» âîçäóõà ïîëó÷àåòñÿ «çàòõëûé», â êîòîðîì ñâå÷à îòêàçûâàåòñÿ ãîðåòü, à ëàáîðàòîðíûå ìûøè ãèáíóò. ×òîáû îêîí÷àòåëüíî ðàçîáðàòüñÿ, â ÷åì òóò äåëî, îí ñòàâèò åùå îäèí ýêñïåðèìåíò.

Ñíà÷àëà îí äîðàáîòàë îáû÷íóþ êîëáó ñ âûñîêèì ãîðëûøêîì: íàãðåë è èçîãíóë åãî òàê, ÷òî îíî ñòàëî èçãèáàòüñÿ ñíà÷àëà ê íèçó, à ïîòîì ñíîâà ââåðõ. Ëàâóàçüå íàëèë â êîëáó ÷åòûðå óíöèè ÷èñòîé ðòóòè, çàòåì óñòàíîâèë åå íà ïå÷è òàê, ÷òîáû ãîðëûøêî ñíà÷àëà îêàçàëîñü â îòêðûòîé åìêîñòè, çàïîëíåííîé ðòóòüþ, à ïîòîì ïîäíèìàëîñü â ñòåêëÿííûé êîëîêîë. Ñ ïîìîùüþ ýòîé ÷àñòè óñòàíîâêè îí îöåíèë êîëè÷åñòâî âîçäóõà, ïîòðåáëåííîãî â õîäå ýêñïåðèìåíòà (îêàçàëîñü îäíà øåñòàÿ ÷àñòü). È ïîìåíÿëàñü åãî ïðèðîäà îñòàâøèéñÿ âîçäóõ ñíîâà ñòàë «çàòõëûì». Çàòî ðòóòü ïðèîáðåëà êðàñíûé íàëåò, òó ñàìóþ îêàëèíó. Ëàâóàçüå ñíÿë åå ñ ìåòàëëà è ñíîâà ñòàë íàãðåâàòü. Â õîäå ýòîãî ïðîöåññà âûäåëèëîñü ïðèìåðíî ñòîëüêî æå ãàçà, ñêîëüêî âîçäóõ ïîòåðÿë â ïåðâîé ôàçå ýêñïåðèìåíòà. È ýòî áûë òîò ñàìûé «æèâîé âîçäóõ», êîòîðûì âîñõèùàëèñü Ïðèñòëè è Øååëå.

Òàê Ëàâóàçüå óäàëîñü ðàçäåëèòü äâà îñíîâíûõ êîìïîíåíòà âîçäóõà. Ïåðâûé, òîò, ÷òî îñòàëñÿ ïîñëå íàãðåâàíèÿ ðòóòè, óæå èìåë íàçâàíèå àçîò. Âòîðîé êîìïîíåíò ôðàíöóçñêèé ó÷åíûé íàçâàë îêñèãåíîì êèñëîðîäîì (èç-çà åãî ðîëè â îáðàçîâàíèè êèñëîò â ïðîöåññå ãîðåíèÿ, îò ãðå÷åñêîãî ὀξύς «êèñëûé» è γεννάω «ðîæäàþ»).

Â 1777 ãîäó Ëàâóàçüå âûñòóïèë ñ äîêëàäîì â Ïàðèæñêîé Àêàäåìèè íàóê, â êîòîðîì îïðîâåðãíóë ôëîãèñòîííóþ òåîðèþ è èçëîæèë ñâîþ êîíöåïöèþ ñîñòàâà âîçäóõà è ðîëè êèñëîðîäà â ïðîöåññå ãîðåíèÿ. Åãî ýêñïåðèìåíòû áûëè â îäèíàêîâîé ìåðå óáåäèòåëüíû è ëåãêî âîñïðîèçâîäèìû. È åäèíñòâåííîå, ÷òî â äàëüíåéøåì âûçûâàëî ñïîðû â íàó÷íîé ñðåäå, ýòî âîïðîñ ïåðâåíñòâà îòêðûòèÿ êèñëîðîäà, íà êîòîðîå ïðåòåíäîâàëè Ïðèñòëè è Øååëå. Äèñêóññèÿ î ðîëè, êîòîðóþ ñûãðàë â îòêðûòèè êèñëîðîäà êàæäûé èç òðåõ ó÷åíûõ â íåêîòîðîì âèäå äîæèëà äî íàøèõ äíåé. Â 2001 ãîäó õèìèêè Êàðë Äæåðàññè è Ðîàëüä Õîôôìàí äàæå ïîëîæèëè ýòîò ñïîð â îñíîâó íàïèñàííîé èìè ïüåñû «Êèñëîðîä». Íî, ïî áîëüøîìó ñ÷åòó, Ëàâóàçüå ïðåòåíäîâàë íå íà ðîëü ïåðâîîòêðûâàòåëÿ íîâîãî õèìè÷åñêîãî ýëåìåíòà, à íà àâòîðñòâî íîâîé òåîðèè ãîðåíèÿ. È òóò ïåðâåíñòâî ôðàíöóçà íèêòî íå îñïàðèâàåò. Çàäóìàííàÿ èì «ðåâîëþöèÿ â õèìèè» óäàëàñü. È íà ýòîì Ëàâóàçüå íå óñïîêîèëñÿ.

Åãî íàó÷íàÿ êàðüåðà ïðîäîëæàëàñü åùå ïîëòîðà äåñÿòêà ëåò, è â íåé áûëî íåìàëî âàæíûõ ðåçóëüòàòîâ è ÿðêèõ ýêñïåðèìåíòîâ. À çàòåì â æèçíü Àíòóàíà Ëàâóàçüå âîøëà åùå îäíà ðåâîëþöèÿ.

Ýòî äëÿ ó÷åíûõ Ëàâóàçüå áûë óâàæàåìûì êîëëåãîé, çà ÷üåé ðàáîòîé ñëåäèëè âî ìíîãèõ åâðîïåéñêèõ ñòðàíàõ. Äëÿ ôðàíöóçñêèõ êîðîëåâñêèõ ìèíèñòåðñòâ è âåäîìñòâ îí ÿâëÿëñÿ ýêñïåðòîì, ÷üè çàêëþ÷åíèÿ è âûâîäû ïðèíîñèëè íåìàëî ïîëüçû. Äëÿ ÿêîáèíöåâ æå îêàçàëñÿ ïðîñòî åùå îäíèì «îòêóïùèêîì», à çíà÷èò «âðàãîì íàðîäà».

Â 1793 ãîäó Ëàâóàçüå áûë àðåñòîâàí è Ðåâîëþöèîííûé òðèáóíàë ïðèãîâîðèë åãî ê ñìåðòíîé êàçíè. Íå ïîìîãëè íè ìíîãî÷èñëåííûå ïåòèöèè ñ ïðîñüáîé î ïîìèëîâàíèè îò ñîîòå÷åñòâåííèêîâ, íè íàó÷íàÿ ñëàâà ôðàíöóçñêîãî õèìèêà.

Ñ êàçíüþ Ëàâóàçüå ñâÿçàíà îäíà ëåãåíäà. Òîãäà â îáùåñòâî âíåäðÿëàñü èäåÿ, ÷òî ãèëüîòèíà ñàìûé ãóìàííûé âèä êàçíè, âñå ïðîèñõîäèò òàê áûñòðî, ÷òî îñóæäåííûé íå óñïåâàåò íè÷åãî ïî÷óâñòâîâàòü. È, ÿêîáû, Ëàâóàçüå ðåøèë ïðîâåñòè ïîñëåäíèé â ñâîåé æèçíè ýêñïåðèìåíò. Â òîò ìîìåíò, êîãäà ëåçâèå êîñíåòñÿ åãî øåè, îí äîëæåí íà÷àòü ìîðãàòü, à ñïåöèàëüíûé àññèñòåíò, íàõîäèâøèéñÿ â òîëïå çåâàê, ñ÷èòàë áû, ñêîëüêî ðàç óñïååò ìîðãíóòü ó÷åíûé. Êîíå÷íî, ýòî ëåãåíäà, íî îíà âïîëíå â ñòèëå Ëàâóàçüå, ñòðåìèâøåãîñÿ ëþáóþ ñèòóàöèþ â ñâîåé æèçíè èñïîëüçîâàòü íà áëàãî íàóêè.

Èñòî÷íèê

Источник