Сохранения материи закон

Сохранения материи закон, согласно которому при всех явлениях природы количество вещества остается постоянным: при всяком явлении, будет ли оно физическое, химическое или биологическое, вещество может изменять свой вид, форму, но количество его остается неизменным, общий вес тел, участвующих в явлении, остается неизменным. Как философское положение, закон этот был высказан еще в глубокой древности: греческие философы V века до Рождества Христова Анаксагор (см.) и Эмпедокл (см.) учили, что в природе ничто не происходит из ничего и ничто не может быть уничтожено. Такое же положение лежит в основе учения древних атомистов (ср. атом) Левкиппа (см.) и Демокрита (см.) (V век до Рождества Христова).

Римский поэт Лукреций (см.) Кар (около 98-55 г. до Рождества Христова), в своей поэме о природе вещей изложивший философию Эпикура, говорит: «Из ничего даже волею богов ничего не творится» и «ничто не может быть превращаемо в ничто». Это положение затем повторяется в позднейшее время многими выдающимися учеными и даже поэтами (например, Шекспиром в поэме «Король Лир»), но только в ХVIII веке, благодаря трудам Лавуазье, это положение стало законом, основываясь на котором стало возможным с точностью учитывать количественную сторону химических реакций. Причина, почему оно не могло служить для этой цели ранее, заключается в том, что несовершенство опытных методов не позволяло производить точный учет того, что происходит при химических и физических явлениях. Если мы примем во внимание, что только после Торричелли (в XVII веке), показавшего, что воздух имеет вес: можно было приступить с весами в руках к изучению разнообразных химических реакций, совершающихся в воздухе, а разъяснение этих реакций сделалось возможным только после того, как, благодаря трудам Шееле и Пристлея (см.), ознакомились со свойствами кислорода, нам станет ясным, почему априорное положение о сохранении вещества не могло служить до Лавуазье для проверки точности химических исследований. К этому времени накопилось достаточно много фактов, которые послужили для разъяснения явлений, наблюдающихся при обжигании металлов на воздухе и восстановлении их окислов: в 1744 году М. В. Ломоносов (см.) в своей диссертации, озаглавленной «Meditationes de caloric et frigoris causa» указал, что «увеличение веса тел при обжигании происходит оттого, что в сожженных телах находятся весомые части или пламени, сожигавшего тело, или воздуха, текущего во время сожжения над прокаливаемым телом»; впоследствии в 1756 году он в построенной им химической лаборатории повторяет «опыты в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жару. Оными опытами нашлось, что мнение Роберта Бойля, ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере». Ломоносов ясно сознавал закон сохранения вещества (см. XXVII, 363) и в 1760 году высказал это в следующих словах: «Все изменения, случающиеся в природе так происходят, что если к одному телу что прибавится, то столько же отнимется от другого. Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своей силой другое, столько же оное у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает». Таким образом, М. В. Ломоносов в 1756 году, говорит П. И. Вальден (см.), держит в руках очевидное доказательство закона неразрушимости материи или постоянства веса, вместе с тем и доказательство неправильности учения о флогистоне. Но опыты не продолжаются и забываются. Лавуазье (см. XXVI, 356) на основании произведенных им опытов над окислением ртути при накаливании на воздухе дал верное истолкование явлений, совершающихся при обжигании металлов, создал теорию горения тел и показал, как, благодаря закону сохранения вещества, можно составлять уравнения для каждой химической реакции. Если два тела А и В, действуя друг на друга, превращаются в Р и Q, то, основываясь на законе сохранения вещества, можно написать: А + В = Р + Q. Если в реакции участвуют не два тела, а несколько: А, В, С и получаются Р, Q, R.. и др., то А + В + С... = Р + Q + R… С 1770 года можно считать начало количественной эпохи в химии, которая основана трудами Лавуазье, который формулировал свой метод в следующих словах: «я могу, - говорит он, - рассматривать взятые вещества и получающиеся, как члены алгебраического выражения уравнения и, предполагая последовательно каждый член за неизвестный, я могу получить из уравнения его значение и, таким образом, проверить вычисление опытом и обратно». Введение количественного метода в химию обусловило быстрое развитие физики и химии в начале XIX века.

Дóлтоном (Дальтоном) (см.) была введена в химию атомистическая теория, в основе которой лежит положение о сохранении вещества, и за ХІХ век достаточно набралось косвенных доказательств, чтобы считать закон постоянства веса основным законом природы, соответствующим практическим результатам количественной химии. Укажем, что при классических исследованиях бельгийского ученого Стаса (1865 г.) (см.), предпринятых для определения атомных весов, отступления от закона постоянства веса колебались в пределе 0,002%, лежащих вне предела точности опытов.

В 1890 году заслуживший своими точными работами почетную известность немецкий физикохимик Г. Ландольт (см.) предпринял серию экспериментальных работ, законченных в 1908 году и отличающихся поразительной точностью, с целью проверить закон постоянства веса при химических реакциях. Опыты производились в сосудах из тюрингенского, потом из иенского стекла, а впоследствии даже из кварца; кроме того, в некоторых опытах были применены цилиндрические стеклянные сосуды в роде сосудов Дьюара с двойными стенками, между которыми находится безвоздушное пространство. В некоторых случаях сосуды на внутренних стенках были покрыты слоем парафина. Емкость сосудов была значительна, вес участвующих тел колебался в различных опытах от 41,0 г до 416,0 г. Весы были таковы, что максимальная ошибка опытов достигала 0,024 миллиграмма, так что всякая разница в весе до и после реакции, превышающая 0,03 миллиграмма, наверно могла быть установлена как не относящаяся более к ошибкам наблюдателя. При опытах в 1890-1901-1905 годах Ландольт нашел, что при химических реакциях взаимодействия двух тел в водном растворе (например, осаждение золота, серебра солями железа и т. под.) как бы нормальным явлением представляется уменьшение веса после реакции, следовательно, нарушение закона постоянства веса. Но можно было предположить, что эта убыль происходит от какой-либо внешней причины, и опыты, предпринятые Ландольтом в 1906 году, действительно показали, что существует источник ошибок, происходящих особенно при реакциях, сопровождающихся выделением тепла. Приняв во внимание эти ошибки, Ландольт пришел к окончательному выводу, что при всех произведенных разнородных химических реакциях не наблюдалось изменения общего веса взаимодействующих тел.

Доставленное Ландольтом экспериментальное доказательство закона постоянства веса при химических реакциях находится в согласии с результатами работ других ученых исследователей этого вопроса.

Закон постоянства веса часто называют законом вечности материи (см. XXVI, 356). Такое название получило свое основание в том представлении о строении материи и об элементах, которое получило свое развитие в первой половине XIX века и поддерживалось такими авторитетами, как Клерк Максуэлл (см.) и др.

Согласно атомистической теории, тела состоят из конечного числа атомов, каждый из которых обладает определенной массой и другими свойствами. Атомы одного и того же элемента в точности одинаковы, но отличаются от атомов другого элемента. «В мире атомов каждый индивидуум неизменяем, не существует ни зарождения, ни разрушения, ни изменений или вернее даже различий между индивидуумами каждого вида; все индивидуумы каждого вида имеют совершенно одинаковую величину, как пули, отлитые в одну и ту же форму». «Атомы, из коих построены системы — эти кирпичи материальной системы вселенной — не разрушаются и не изнашиваются» (Кл. Максуэлл). Но такое представление об элементах к настоящему времени (в 1923 г.) подверглось резкому изменению: атомы элементов представляют сложные системы, в состав коих входят электроны (см. это слово, а также элемент, радиоактивность); атомы элементов под влиянием различных физических условий, как-то радиоактивных тел, электронов и т. под., могут распадаться и переходить в атомы других элементов.

Таким образом, нельзя говорить о законе вечности материи, а можно только утверждать, что в пределах явлений и опытов, совершающихся на земле, наблюдается закон сохранения веса участвующих в явлении тел.

И. Каблуков.