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» (соединение металла с кислородом) оказывалась простым телом.
Ломоносов, отрицательно относившийся к невесомым материям, давно размышлял о физических причинах теплоты, не упуская из виду и химической стороны этого явления — процессов горения и обжигания металлов. В «Рассуждении о причинах теплоты и холода», напечатанном в первом томе «Новых комментариев» Петербургской Академии наук в 1750 году, с ожесточением нападая на физическую теорию «теплорода», он рассматривал вопрос и о том, что происходит при обжигании металлов. «Если не ошибаюсь, — писал Ломоносов, — весьма известный Роберт Бойль первый доказал на опыте, что тела увеличиваются в весе при обжигании… Если это действительно может быть доказано для элементарного огня, то мнение о теплотворной материи нашло бы себе в подтверждение твердый оплот».
Роберт Бойль во время своих опытов (в 1673 году) брал кусок свинца, помещал его в запаянную стеклянную реторту, взвешивал и подвергал действию огня. Свинец превращался в порошок — «окалину». Бойль взламывал реторту, причем не преминул заметить, что воздух со свистом врывается в нее. После того Бойль взвешивал сосуд и устанавливал увеличение веса! Отсюда он делал вывод, что при прокаливании металла особо тонкая, но все же обладающая весом огненная материя проникла через стенки сосуда и, присоединившись к металлу, утяжелила его. Применив к химическому исследованию весы, Бойль тотчас же встретился с новым явлением, но дал ему неверное толкование; удовольствовавшись старым представлением об «огненной материи».
Размышляя над описанными Бойлем фактами, Ломоносов приходит к выводу, что эти опыты «показывают лишь, что либо части пламени, сжигающего тело, либо части воздуха, во время обжигания проходящего над прокаливаемым телом, обладают весом». В письме к Леонарду Эйлеру, написанном 5 июля 1748 года, Ломоносов утверждал: «Нет никакого сомнения, что частички воздуха, непрерывно текущего над обжигаемым телом, соединяются с ним и увеличивают вес его». Таким образом, открытие было сделано, оставалась лишь экспериментальная проверка его. В то время когда Ломоносов составлял свое «Размышление», у него все еще не было лаборатории. Потом его отвлекло множество других дел. Для себя Ломоносов, несомненно, считал вопрос решенным, но он не забывал о нем, и в 1756 году повторил опыты Роберта Бойля с соблюдением тех же самых условий. Но Ломоносов взвесил запаянный сосуд с образовавшейся окалиной до того, как он был вскрыт и в него впущен воздух. Увеличения веса не последовало!
В своем отчете, представленном в Академию наук, Ломоносов писал:
«Делал опыт в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жару. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере».
