Ломоносов живо откликался на запросы, связанные с промышленной химией. В 1765 году Д. Лодыгин подал в Сенат подробную записку об усовершенствовании в России производства поташа. Предлагая завести производство по венгерскому «маниру», Лодыгин указывал, что в поташе, приготовляемом русскими промышленниками, «бывает печина, то есть глина от кирпичей, куски уголья, а иногда от несварки и самое зола, как в том свидетельствует здесь искуснейший химик, господин статский советник Ломоносов». Ломоносов не только одобрительно отозвался о предложении Лодыгина, но и сам составил примерный расчет выработки поташа и расхода лесных материалов. Осваивая производство поташа по новому «маниру», Лодыгин вначале потерпел неудачу, но к концу XVIII века его способ получил широкое распространение на русских заводах.[192]
До конца своей жизни Ломоносов прилагал значительные усилия для развития русской химической промышленности, для освобождения ее от иностранной зависимости. Но недальновидные правительственные круги не поддерживали начинаний великого ученого, мечтавшего о непосредственной связи научной лаборатории с производством, о создании в России новых отраслей промышленной химии.
Лаборатория Ломоносова была не только местом, где можно было получить консультацию почти по всем практическим вопросам тогдашней химии. В ней велась огромная и напряженная теоретическая работа.[193]
Ломоносов был одним из величайших новаторов в истории химии всех времен. Он по-новому осознал роль и значение химии, ее место среди наук, изучающих природу. Он впервые стал называть химию наукой, в то время как западноевропейские химики еще определяли ее как «искусство разложения тел смешанных на их составные части или искусство соединения составных частей в тела», как писал в своих «Основаниях химии» Георг Шталь (1723) и многие другие до самого конца XVIII века. А для Ломоносова химия — «наука изменений» — учение о процессах, происходящих в телах. Это ломоносовское определение химии близко современному ее пониманию.
Ломоносов не только предложил новое понимание химии, он смело выводил ее на новую дорогу. В 1840 году знаменитый химик Юстус Либих говорил, что он отчетливо помнит, как во времена его молодости химия была только «служанкой лекарей, для которых она приготовляла рвотные и проносные снадобья; затиснутая в стенах медицинских факультетов, она никак не могла достичь самостоятельности. Только по нужде занимались ею медики; кроме как для них да еще и фармацевтов, она и не существовала».
В своем «Слове о пользе Химии» (1751) Ломоносов с необычайной проницательностью говорил о причинах беспомощного состояния современной ему химии, о близорукости и косности европейских ученых: «Химик, видя при всяком опыте разные и часто нечаянные явления и произведения и приманиваясь тем к снисканию скорой пользы, Математику, как бы только в некоторых тщетных размышлениях о точках и линеях упражняющемуся, смеется. Математик, напротив того, уверен о своих положениях ясными доказательствами, и чрез неоспоримые и беспрерывные следствия выводя неизвестные количеств свойства, Химика, как бы одною только практикою отягощенного и между многими безпорядочными опытами заблуждающаго, презирает; и приобыкнув к чистой бумаге и к светлым Геометрическим инструментам, Химическим дымом и пепелом гнушается».
«Бесполезны тому очи, — восклицает Ломоносов, — кто желает видеть внутренность вещи, лишаясь рук к отверстию оной. Бесполезны тому руки, кто к рассмотрению открытых вещей очей не имеет. Химия руками, Математика очами физическими по справедливости назваться может». Разобщение наук, изучающих природу, приводило к тому, что эти, по словам Ломоносова, неразрывно связанные между собой «сестры» до сих пор «толь разномысленных сынов по большей части рождали», т. е. приходили к противоречивым и недостоверным выводам.
Химия, чтобы стать настоящей наукой, должна, по образному выражению Ломоносова, «выспрашивать у осторожной и догадливой Геометрии», когда она «разделенные и рассеянные частицы из растворов в твердые части соединяет и показывает разные в них фигуры». Она должна «советоваться с точною и замысловатою Механикою», когда «твердые тела на жидкие, жидкие на твердые переменяет и разных родов материи разделяет и соединяет». Она должна «выведывать чрез проницательную Оптику», когда «чрез слитие жидких материй разные цветы производит». Только тогда, когда «неусыпный Натуры рачитель» (т. е. исследователь природы) научится в химии «чрез Геометрию вымеривать, чрез Механику развешивать и чрез Оптику высматривать», тогда он и «желаемых тайностей достигнет».
Химикам, работавшим наугад, ремесленникам, пробирерам и аптекарским подмастерьям он противопоставляет научно подготовленного химика, который опирался бы на всю совокупность физико-математических наук. Ломоносов возвещает приход нового химика. Это — «химик и глубокой математик в одном человеке». Однако от химика и математика, которые должны слиться в одном человеке, Ломоносов требует новых качеств. «Химик требуется не такой, который только из одного чтения книг понял сию науку, но который собственным искусством в ней прилежно упражнялся». Химик, который ничего не видит за своими ретортами, который нагромождает беспорядочные опыты, следуя только своей узкой цели и не замечая «случившиеся в трудах своих явления и перемены, служащие к истолкованию естественных тайн», не способен вывести свою науку на настоящую дорогу.
Но и математик требуется не такой, «который только в трудных выкладках искусен, но который в изобретениях и доказательствах, привыкнув к математической строгости, в Натуре сокровенную правду точным и непоползновенным порядком вывесть умеет». Ломоносовское понимание химических проблем было неизмеримо выше научных воззрений решительно всех его западноевропейских современников.
Во времена Ломоносова западноевропейские химики далеко еще не осознали принципиальной важности неуклонной проверки своих опытов мерой и весом. Ученик Ломоносова талантливый русский химик Василий Клементьев (1731–1759) прямо указывал на несостоятельность и несовершенство западноевропейской химической науки: «Я думаю, нет такого ученого, который бы не знал, какое почти бесконечное множество имеется химических опытов; но при всем том он не сможет отрицать, что авторы почти всех их прошли молчанием такие весьма важные и крайне нужные указания, как мера и вес». Клементьев совершенно справедливо указывал, что «в отсутствии меры и веса мы не можем наверняка, не опасаясь неудачи, обещать желательное нам явление, хотя оно и было уже ранее достигнуто другими. Это обстоятельство вполне поясняет, почему из химических опытов, уже опубликованных, многие редко или даже никогда не удаются другим, производящим их впоследствии». При таком поистине плачевном состоянии западноевропейской химии великий Ломоносов постоянно подчеркивал необходимость измерять, взвешивать, следить за пропорцией, проверять вычислением произведенные химические анализы.
Ломоносов имел отчетливое представление о химически чистом веществе и реактиве, о чем почти не помышляли западные химики и отчего происходила постоянная путаница в опытах. Ломоносов же еще в 1745 году, составляя план химической лаборатории, выдвигал непременным условием для успешного исследования наличие химически чистых веществ и реактивов. «Нужные и в химических трудах употребительные материи сперва со всяким старанием вычистить, чтобы в них никакого постороннего примесу не было, от которого в других действах обман быть может».
Лаборатория Ломоносова располагала целым набором различных весов. Здесь были большие «пробные весы в стеклянном футляре», пробирные весы серебряные, несколько ручных аптекарских весов с медными чашками, обычные торговые весы для больших тяжестей, однако отличавшиеся большой точностью. Точность же, с какой Ломоносов производил взвешивания при своих химических опытах, достигала, в переводе на современные меры, 0,0003 грамма.
Выполненная в 1754 году под руководством Ломоносова диссертация Василия Клементьева носила характерное название: «Об увеличении веса, которое некоторые металлы приобретают при осаждении» и была целиком построена на точных измерениях.
Новый подход к задачам химии, пристальное внимание к весовым отношениям привели Ломоносова к замечательным опытам над окислением металлов, надолго опередившим позднейшие опыты французского химика Лавуазье и давшим те же результаты.
Долгое время люди не понимали природы огня и процессов горения, и представления их на этот счет носили самый фантастический характер. Огонь считали особым первичным элементом природы. Не только изобретатель «камеры-обскуры» и автор «Натуральной магии» знаменитый в свое время физик-любитель, фантазер и шарлатан Джамбатиста Порта (1538–1615) утверждал, что лампа может в течение столетий гореть в герметически закрытом помещении (пещерах и гробницах), но этого же мнения придерживался и Декарт, полагавший, что «тело пламени» состоит из «мельчайших частиц, очень быстро и стремительно движущихся одна от другой». Декарт не видел в явлениях горения процесса соединения веществ и потому не считал необходимым их приток. Даже после того, как Отто Герике (1602–1686) при опытах с воздушным насосом установил, что свеча гаснет в пустоте и для горения нужен воздух, дело не двинулось вперед.
С начала XVIII века в науке почти безраздельно господствовала теория «флогистона», таинственной невесомой материи, вызывающей своим появлением все процессы горения, то внезапно охватывающей вещество и бурно соединяющейся с ним, то улетучивающейся в пространство.
Сторонники этой теории полагали, что «флогистон» может принимать форму огня лишь в известной материальной среде, а потому объявили воздух универсальным растворителем невесомого «флогистона», постоянно в нем присутствующего, поэтому горение без воздуха и затруднительно. По воззрениям сторонников «флогистона», металлы представляли собой сложное тело, состоящее из «окалины» и присоединившегося к ним «флогистона», а «окалина» (соедин