М. В. Ломоносов - великий русский учёный-энциклопедист - [9]

Другим примером применения «корпускулярной философии» к решению физических проблем является кинетическая теория газов. Сразу же следует оговориться, что в первой половине XVIII в. был известен только один газ — воздух. В работе «Опыт упругости воздуха» Ломоносов разработал свою теорию, отличавшуюся от ньютоновской, основанной на неприемлемых для Ломоносова силах отталкивания. Предшественник Ломоносова по Петербургской Академии наук Даниил Бернулли, хотя и занимался этой же проблемой, но лишь математически доказал суммарный эффект от движения шарообразных частиц газа, не обсуждая причин взаимного отталкивания.

Ломоносов выстраивает кинетическую теорию газа на основе следующего принципа: частицы взаимодействуют только столкновением, никаких иных сил между ними возникнуть не может. Вместе с тем опыт подсказывает, что воздух можно сжать в 30 раз и более, это означает, что частицы воздуха достаточно удалены друг от друга. Разрешая это противоречие, Ломоносов предполагает, что после столкновений частицы разлетаются в разные стороны, а затем снова сталкиваются. Механизм такого взаимодействия, по Ломоносову, выглядел следующим образом: сферические, абсолютно неупругие частицы воздуха (в этой работе он называет эти частицы атомами) при тепловом вращении касаются друг друга, а поскольку на их поверхности имеются выступы и впадины, они, соприкоснувшись, отбрасываются друг от друга центробежной силой. Под действием силы тяжести частицы газа опускаются книзу, соприкасаются и снова разлетаются в разные стороны.

При обсуждении этой работы Ломоносова в академическом собрании академик Рихман указал, что в его теории не объясняется, «почему упругость воздуха пропорциональна его плотности». В ответ Ломоносов написал «Прибавление», в котором, исходя из опытов с замораживанием воды в чугунных бомбах и считая, что расширение льда происходит за счет упругости находящегося в его порах воздуха, т. е. из совершенно не относящихся (как теперь ясно) к делу предпосылок, сделал правильный вывод, что при сильном сжатии закон пропорциональности между давлением и плотностью воздуха должен нарушаться. Вывод, опережающий Ван-дер-Ваальса на 125 лет.

Заметное место в ломоносовской теории газов занимают акустические явления. «Звук производится, — писал он, — когда какое-либо тело, приведенное в колебательное движение, сообщает таковое ближайшим к себе частицам воздуха, которые вместе с последующими передают его непрерывным рядом на расстояние, пропорциональное силе удара. Так как большинство атомов воздуха не находится в соприкосновении, то для возбуждения в другом звукового движения необходимо, чтобы каждый атом, получивший толчок от колеблющегося звучащего тела, сперва подошел к другому атому, затратил на это движение время, хотя и бесконечно малое. Эти бесконечно малые промежутки времени при бесконечном числе атомов на более далеких расстояниях последовательной передачи составляют заметный промежуток времени». Из приведенной цитаты совершенно очевидно, насколько близким к современному было понимание Ломоносовым акустических явлений.

Следующим по времени было применение Ломоносовым «корпускулярной философии» к объяснению химических явлений. Среди его физико-химических работ первой является диссертация «О действии химических растворителей вообще». Оценивая ее впоследствии, ученый писал: «Основанная на химических опытах и физических началах теория растворов есть первый пример и образец для основания истинной физической химии, потому что в ней явления объясняются по твердым законам механики, а не на жалком основании притяжения».

В этой работе Ломоносов попытался показать, «каким образом и какими силами растворитель может разъединять частицы растворяемого, уничтожив их взаимное сцепление». На основе своих опытов, когда он рассматривал в микроскоп процесс «растворения» металлов в кислоте, Ломоносов разделил процессы растворения на две группы: с выделением и с поглощением тепла, т. е., по существу, ввел понятие об экзотермических и эндотермических реакциях. И вот как он объяснил разницу между ними: в первом случае воздух, находящийся в промежутках между частицами металла, в момент растворения проявляет действие своей упругости потому, что «дело частиц кислотного спирта при растворении-вводить в поры металлов частицы воздуха, а воздуха — вновь приобретая упругость, отбрасывать частицы металла». При этом отбрасываемые частицы разносятся по растворителю, приводя его частицы во вращение и нагревая растворитель.

Во втором случае, при растворении солей в воде, механизм растворения иной: все соли содержат значительное количество воды, которая находится в «порах солей», поэтому, воздух, рассеянный в воде, в эти поры войти уже не может, «не может ни расширяться в них от возродившейся упругости, ни действовать на частицы солей». Частицы солей отделяются в этом случае друг от друга «действием самой воды», вода заставляет их вращаться, отдавая тем самым часть своего тепла. В результате происходит охлаждение раствора.

Позднее, к 1752 г., Ломоносов приступил к созданию целостного курса «Истинной физической химии». До нас дошло только «Введение», которому должны были следовать две другие части, посвященные экспериментальной и эмпирической частям физической химии. Однако вследствие ряда причин неоконченной осталось и само «Введение», которое начинается с определения новой науки: «Физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях. Она может быть названа также химической философией…».