Химия: переход качества в количество

Развитие наук можно представить в виде волн. Сначала идут знания, относящиеся к наиболее очевидным и насущным предметам: система счета, механические приспособления, небесные явления (математика, механика, астрономия).

Издавна люди использовали камни, растения, животных. Но познание этих объектов затрудняла их сложность. Без разработок физиков и химиков этого сделать невозможно. Одно дело – рассуждения, а другое – научные исследования, проводимые с помощью приборов и химических синтезов, со знанием законов взаимодействия веществ, их изменений и превращений.

Успехи математики, механики, физики стимулируют развитие химии, после чего настает черед наукам о Земле и Жизни. Новые факты вызывают вспышку творчества в математике и физике, затем химии и, наконец, в геологических и биологических науках.

Примерно так чередуются волны познания.

В начале XIX в. химия была на подъеме. М. Джуа писал: «Период, охватывающий первые 60 лет XIX в., характеризуется открытием количественных законов химии, которые не только придали химии рациональный характер, но и положили начало развитию различных направлений, которые в наше время стали независимыми от породившей их науки. Кроме того, эти законы способствовали подведению экспериментального фундамента под атомно-молекулярную гипотезу…

Закон эквивалентов Рихтера (1792–1802).

Закон постоянных отношений Пруста (1799–1806).

Закон кратных отношений Дальтона (1802–1808).

Закон соединения газов между собой Гей-Люссака (1805–1808).

Закон пропорциональности между плотностями газов или паров и молекулярными весами – закон Авогадро (1811).

Закон изоморфизма Митчерлиха (1818–1819).

Закон удельных теплоемкостей Дюлонга и Пти (1819).

Закон электролиза Фарадея (1834).

Закон постоянства количества теплоты Гесса (1840).

Закон атомов Канниццаро (1858)».

Добавим создание органической химии и периодической таблицы Менделеева. Кроме того, еще до Фарадея крупные открытия в электрохимии сделали Г. Дэви и Берцелиус.

Рихтер Иеремия Вениамин

Рихтер Иеремия Вениамин (1762–1807) – немецкий химик. Работал горным чиновником в Бреславле, затем в королевской фарфоровой мануфактуре (Берлин). С 1800 г. – член-корр. Петербургской АН. Наиболее значительные его работы: «Начальные основы стехиометрии, или Искусства измерения химических элементов» (1792, 1794) и «О новых вопросах химии» (1791, 1802).

Изучая нейтрализацию кислот основаниями, открыл закон эквивалентов: если одно и то же количество кислоты нейтрализуется различными количествами двух или более оснований, то количества последних эквивалентны и нейтрализуются одним и тем же количеством другой кислоты. Следовательно, кислоты и основания соединяются в определенных соотношениях независимо от своей природы, а найденные таким путем пропорции являются физическими постоянными.

Пруст Луи Жозеф

Пруст Луи Жозеф (1755–1826) – французский химик. Окончил Парижский университет. Преподавал в Вергарской семинарии (Испания) с 1777 г. по 1780 г., затем читал лекции по химии в Париже. Вернувшись в Испанию, руководил Королевской химической лабораторией в Мадриде. С 1808 г. жил и работал на родине. Через 6 лет стал членом Парижской АН.

После многолетних споров с К. Бертолле доказал закон постоянства состава химических соединений – один из основных в химии. Провел множество химических экспериментов; показал, что металлы могут давать более одного соединения с кислородом и серой; открыл гидроокиси металлов, а также серебро в морской воде. Значительны его достижения и в органической химии: в 1802 г. выделил сахар из винограда, через пять лет указал на существование нескольких видов сахара.

У химиков того времени не было ясных представлений об атомном и молекулярном строении вещества, о закономерности свойств элементов; отсутствовала единая химическая номенклатура.

В сравнении с механическими взаимодействиями тел, химические свойства и взаимодействия сложны, многообразны; понять их суть и законы чрезвычайно трудно.

Одним из первых сторонников атомистической концепции, а также автором существующей в химии символики элементов был У. Хиггинс.

Хиггинс Уильям

Хиггинс Уильям (1763–1825) – ирландский химик. Профессор минералогии и химии в Дублинском университете. В сочинении «Сравнительная точка зрения на флогистонную и антифлогистонную теории» (1789) выступил как сторонник концепции Лавуазье. Исходил из идеи, что конечные частицы элементов обладают весом, не меняющимся при их соединениях, став одним из основателей химической атомистики. В работе «Опыты и наблюдения по атомной теории» (1814) предложил использовать для обозначения элементов символы, вошедшие в научный обиход.

Дальтон Джон

Дальтон Джон (1766–1844) – английский химик и физик. Родился в семье бедного ткача в деревне Иглефилд (Камберленд). Благодаря любознательности и упорству с 15 лет стал учителем математики в начальной школе. Через 12 лет преподавал математику и естествознание в Новом колледже Манчестера. Предприниматель и мыслитель Р. Оуэн ввел его в местное Литературно-философское общество. В 1794 г. Дальтон сделал там сообщение о дефекте зрения. при котором человек не различает цвета. Этот дефект получил название «дальтонизм».

С юности Дальтон вел наблюдения за погодой. Первая его опубликованная работа: «Метеорологические наблюдения и опыты» (1793). Изучая свойства газовых смесей и водяного пара, он установил, что количество насыщенного пара не зависит от природы газа, который находится над поверхностью испаряющейся жидкости. Доказал, что вода испаряется при любой температуре независимо от присутствия воздуха, даже в торричеллиевой пустоте.

Джон Дальтон. Гравюра XIX в.

В 1802 г. он вывел закон парциальных давлений: при постоянном давлении и одинаковом повышении температуры все газы расширяются одинаково (один из основных законов газового состояния, названный его именем). Полученные результаты объяснил на основе атомной теории. Не признавая существование молекул, определяя размеры атомов, принял за единицу диаметр «атома» воды. Хотя сам же писал: «вода есть двойное соединение водорода и кислорода, и веса этих двух элементарных атомов относятся друг к другу приблизительно как 1: 7».

Его главное сочинение – «Новая система химической философии» (2 тома, 1808 и 1810). «Одна из главных задач настоящей работы, – писал он, – состоит в том, чтобы показать важность и преимущество определения относительных весов конечных частиц как простых, так и сложных веществ, определения числа простых элементарных частиц, которые образуют сложную частицу, и числа частиц менее сложных, которые участвуют в образовании частицы более сложной». В 1822 г. Дальтон стал членом Лондонского королевского общества.

Он определил относительные веса «конечных частиц», атом водорода приняв за единицу, и привел таблицу, содержащую 21 элемент. В ней соседствуют водород, азот, углерод с аммиаком, водой, окисью углерода… Несмотря на это, а также на ошибки в вычислениях, Дальтону принадлежит честь быть автором первой таблицы атомных весов. Он ее дополнял, обозначая атомы в виде кружков разного вида. Например, в таблице 1810 года последним под № 37 стоит «атом сахара», их 7 кружочков.

Гей-Люссак Жозеф Луи

Гей-Люссак Жозеф Луи (1778–1850) – французский химик и физик. Родился в Сен-Леонаре, в 1800 г. окончил Политехническую школу в Париже. Был учеником К. Бертолле. В 1802 г., чуть позже Дж. Дальтона, открыл закон расширения газов и паров пропорционально повышению температуры (получивший его имя). Через несколько лет определил объемные отношения, в которых газы соединяются между собой. Вычислил коэффициент объемного расширения газов: 0, 00375 (уточненная много позже цифра – 0,00367).

В августе и сентябре 1804 г. Гей-Люссак совершил с научной целью два полета на воздушном шаре. Достиг высоты 7016 м, установив, что и здесь интенсивность магнитного поля Земли заметно не меняется, а воздух имеет примерно такой же состав. что и у земной поверхности. Совместно с А. Гумбольдтом в 1805 г. определил химический состав водяного пара (воды). На следующий год его избрали в Парижскую АН. С 1830 по 1839 г. он был членом палаты депутатов, где выступал только по вопросам, относящимся к науке.

Жозеф Луи Гей-Люссак. Гравюра XIX в.

Гей-Люссак доказал, что газы соединяются между собой в простых кратных объемных отношениях, а объем полученного газа находится в простом кратном отношении к объемам каждого из исходных компонентов (закон Гей-Люссака).

Авогадро ди Кваренья Амедео

Авогадро ди Кваренья Амедео (1776–1856) – итальянский ученый. Родился в Турине. Получил юридическое образование. Самостоятельно изучил математику и физику; с 1820 г. – профессор математической физики Туринского университета.

Разрабатывал молекулярную гипотезу в работе «Описание способа определения относительных масс элементарных молекул веществ и отношений, в которых они входят в эти соединения» (1811). Это был смелый шаг. Авторитетные ученые Дж. Дальтон, Берцелиус не различали атом и молекулу. Изложил он свою теорию в «Трактате об общей конституции тел». Отделил «элементарные молекулы» (атомы) от «составных» (собственно молекул в нашем толковании). Предположил, что элементарные молекулы способны объединиться «в одну молекулу силой притяжения». Это был шаг к созданию теории валентности.

Сформулировал Авогадро важное для физики положение: при одинаковых условиях температуры и давления, в равных объемах всех газов содержится одно и то же количество молекул – «закон Авогадро». На его основании ученый дал способ определения молекулярного и атомного весов.

Дэви Гемфри

Дэви Гемфри (1778–1829) – английский химик и физик. Родился в г. Пензансе. Работал учеником аптекаря, затем химиком в больнице г. Клифтона. С 1801 г. стал членом Лондонского королевского общества (с 1820 г. – его президентом), на следующий год – профессором Королевского института.

Исследуя действие газов на организм, он обнаружил пьянящий эффект закиси азота («веселящего газа»). Открыл отрицательный электрический заряд кислот и положительный – оснований. Объяснил это тем, что нейтральные атомы, вступая в реакции, обретают электрические свойства.

В 1807 г. получил металлический калий и натрий электролизом едких щелочей, считавшихся неразложимыми атомами. На основе исследований элементарной природы хлора предложил водородную теорию кислот, опровергнув гипотезу Лавуазье о том, что каждая кислота непременно содержит кислород (что отражает его название).

В книге «Начала химической философии» (1812) Г. Дэви описал опыт получения электрической дуги между двумя кусочками древесного угля, присоединенных к полюсам гальванической батареи. (Раньше это открытие сделал В. В. Петров.)

Берцелиус Йенс Якоб

Берцелиус Йенс Якоб (1779–1848) – шведский химик, минералог. Родился в г. Веферсунде в семье пастора. Рано осиротел, воспитывался в семье небогатого родственника. В Упсальском университете изучал медицину и химию. Защитил докторскую диссертацию о терапевтическом действии гальванических токов (оно оказалось слишком слабым).

Два года Берцелиус работал врачом в больнице для бедных, занимаясь в свободное время химическими опытами. В 1807 г. стал профессором медицины и фармации Стокгольмского университета; на следующий год был принят в Стокгольмскую АН. Преподавал химию в Медико-хирургическом институте. У него была небольшая лаборатория, где он выполнил большинство своих исследований.

Исследуя химический состав различных минералов, в 1803 г. вмеесте с В. Гизингером (1762–1852) открыл церий, после чего – селен, торий. В 1824–1825 гг. получил в свободном состоянии кремний, титан, тантал, цирконий. Берцелиус определил атомные веса 46 элементов и процентный состав около двух тысяч соединений. Возможность соединения атомов одного и того же элемента он не признавал, считая, что они, имея одинаковый электрический заряд, должны отталкиваться. Поэтому атомные веса одних элементов он вычислил с большой точностью, а некоторых, например, натрия, с ошибкой в два раза.

Разлагая водные растворы солей электрическим током совместно с В. Гизингером, Берцелиус установил, что кислоты выделяются на положительном полюсе, а основания – на отрицательном. Объяснил это электрическими свойствами, изначально присутствующими в атомах (ранее открывший данное явление Г. Дэви считал электрические заряды следствием соприкосновения нейтральных элементов). В таблице атомных весов, при описании химических реакций Берцелиус использовал символы, вошедшие в научный обиход. Впрочем, чуть раньше его обозначения атомов предложил У. Хиггинс.

Структуру своего «Учебника химии» (1928) он изложил так: «После глав о свете, теплоте, электрических и магнитных силах, охватывающих область физики, без которых отныне невозможно изучать химию, я разделил эту науку на неорганическую и органическую». Это были очень важные новации.

В 1834 г. Майкл Фарадей доказал: одинаковое количество тока разлагает различные электролиты (воду, минеральные соли, кислоты) с выделением на катоде эквивалентных количеств водорода и металлов, а на аноде – кислорода. Количество вещества. которое разлагается при прохождении электрического тока через электролит, пропорционально количеству электричества.

На основе данного закона можно было определять атомные веса. Однако против этого выступил сам Берцелиус, автор электрохимической теории. Как нередко бывает, авторитетные ученые способны не только совершать научные открытия, но и тормозить движение научной мысли.

Митчерлих Эйльхард

Митчерлих Эйльхард (1794–1863) – немецкий химик, минералог. Родился близ Ольденбурга, учился в Гейдельбергском и Гёттингенском университетах, работал в лаборатории Я. Берцелиуса в Стокгольме. Кроме естественных наук был сведущ в филологии и восточных языках.

Изучая в 1819 г. соли фосфорной и мышьяковистой кислот, он нашел, что соединения, содержащие в молекуле одинаковое число атомов, обладают одинаковой кристаллической формой. Сделал вывод: она зависит не от природы атомов, а от их числа и положения. Этот принцип изоморфизма (одинаковой формы) подтвердил и на других примерах. Установил способность изоморфных смесей давать «смешанные кристаллы» (твердые растворы).

С 1821 г. Митчерлих – профессор Берлинского университета, через 7 лет – член-корр. Петербургской АН. Он написал оригинальный «Учебник химии» в двух томах (1829, 1830). Изучил селеновую кислоту, разработал метод обнаружения фосфора при отравлении им. Занимаясь органической химией, получил чистый бензол и синтезировал его производные.

Открытие изоморфизма сыграло важную роль в минералогии, кристаллографии, а позже геохимии. Митчерлих был пионером искусственного синтеза минералов.

Дюлонг Пьер Луи

Дюлонг Пьер Луи (1785–1828) – французский химик и физик, врач. Преподавал химию в ветеринарной школе. С 1820 г. – профессор физики Политехнической школы в Париже. Первым получил хлористый азот (1814) и фосфорноватистую кислоту (1816). В 1815 г., почти одновременно с Г. Дэви, предложил водородную теорию кислот.

В работе «О некоторых важных вопросах теории теплоты» (1819) совместно с Алексисом Терезом Пти (1791–1820), французским физиком, профессором парижской Политехнической школы, показал, что атомная теплоемкость всех простых тел в твердом состоянии приблизительно постоянна (этот закон носит их имя). Исследуя охлаждение нагретых тел в различных условиях, они вывели наиболее общую формулу для скорости охлаждения, а разрабатывая метод определения коэффициента линейного расширения (ртути при нагревании), изобрели катетометр – прибор для измерения вертикальных расстояний между двумя точками.

В 1824–1830 гг. Дюлонг вместе с Д. Араго определили давление насыщенного водяного пара при различных температурах – до 224.

Согласно закону Дюлонга– Пти, произведение удельной теплоемкости на атомный вес элемента – величина постоянная, равная 6,25. Значит, для определения атомного веса достаточно установить теплоемкость данного элемента. Некоторые исключения из этого закона были объяснены позже в работах В. Нернста.

Гесс Герман Иванович

Гесс Герман Иванович (1802–1850) – российский химик. Родился в Женеве, с трех лет воспитывался в Петербурге. Окончил Дерптский (Тартуский) университет. Получил степень доктора медицины за диссертацию о химическом составе и целебном действии минеральных вод. Год стажировался в Стокгольме у Я. Берцелиуса. С 1826 г. работал в Иркутске врачом, не прерывая химических исследований. В 1830 г. бы избран в Петербургскую АН.

Гесс открыл минералы вортит, уваровит, гидроборацит и фольбортит. Описав теллурид серебра из Колывановского месторождения, указал способ извлечения теллура из этого минерала, позже названного в его честь гесситом. Дал описание и химический состав обсидиана, диаспора, диоптаза и др. минералов. В 1836 г. произвел первый анализ газа бакинских огней и изучал продукты сгорания нефти, в которых обнаружил изомерные и полимерные соединения.

Гесс написал учебник «Основания чистой химии» (1831). Открыл закон термонейтральности: при смешении солевых растворов не выделяется тепло. В 1840 г. доказал, что тепловой эффект химической реакции не зависит от промежуточных стадий, а только от исходного и конечного состояний системы (закон Гесса). Его исследования продолжили во Франции М. Бертло, в Дании Ю. Томсен.

Проблема определения атомных весов усложнялась из-за отсутствия четкого разделения атомов и молекул. Возник и другой вопрос: не является ли атом водорода, вес которого Дальтон принял за единицу, исходным материалом для всех других? Не олицетворяет ли он единство материи?

И вот в «Летописях философии» (Лондон, 1811, 1815) вышли две анонимные статьи, где обсуждались отношения между атомными весами и плотностями газов. В них была предложена гипотеза: атомные веса всех элементов могут быть выражены целыми числами, а из самого легкого (водорода) могли возникнуть все остальные. Автором гипотезы был, как позже выяснилось, доктор У. Праут.

Праут Уильям

Праут Уильям (1786–1850) – английский врач, химик. Проводил исследования в области органической химии, изучал состав мочевины, открыл урамил. Важным вкладом в теоретическую химию стала его гипотеза «водородной основы» всех химических элементов и выражения их атомных весов целыми числами. Она встретила как поддержку (Т. Томсон, Ж. Дюма), так и критику Берцелиуса, часто получавшего дробные атомные веса.

Гипотеза Праута о единстве материи не оправдалась. Химические элементы не составлены из атомов водорода.

Однако открытие радиоактивности, протонов и нейтронов показало, что атомное ядро состоит в основном из этих двух «типовых» элементарных частиц, одна из которых (протон) и есть ядро водорода, другая (нейтрон) соответствует ему, но не имеет положительного заряда, а вместе они образуют два стабильных и один радиоактивный изотопы водорода.

Гмелин Леопольд

Гмелин Леопольд (1788–1853) – немецкий химик. Профессор Гейдельбергского университета. Проводил биохимические исследования пищеварения. Автор «Руководства по теоретической химии» сначала двухтомника (1817, 1819), затем шеститомника (1843–1855). В нем привел все известные результаты опытов и синтезов, порой ошибочные. После его смерти этот справочник – в части неорганической химии – уточнялся и переиздавался, став наиболее авторитетным изданием в данной области. В своих взглядах Л. Гмелин оставался противником атомистики в химии.

Бунзен Роберт Вильгельм

Бунзен Роберт Вильгельм (1811–1899) – немецкий физико-химик. Родился в Гёттингеме, где и закончил университет. С 1838 г. – профессор химии в Марбургском, затем Гейдельбергском университетах. Синтезировал и исследовал органическое соединение мышьяка – какодил (от греческого «дурнопахнущий»); так началась химия металлоорганических соединений.

В 1841 г. изобрел угольно-цинковый гальванический элемент, имевший наибольшую по тем временам электродвижущую силу. Это позволило Бунзену получить металлический магний (1852), а затем литий, кальций, стронций и барий путем электролиза их расплавленных хлоридов. Он измерил плотность, точки плавления и кипения и прочие свойства многих химических соединений. Исследуя с 1838 г. состав газов доменного производства, разработал методы их анализа, изложив результаты в классическом труде «Газометрические методы» (1857).

Вместе с Г. Кирхгофом Бунзен изучал спектры пламени, окрашенного парами солей металлов. В 1859 г. они обосновали метод спектрального анализа, позволяющего определять ничтожные количества химических элементов, а также состав солнечных излучений. Бунзен вместе с английским химиком Генри Энфилдом Роско (1833–1915) провел эксперименты по фотохимии, определяя воздействие света на реакцию соединения хлора с водородом. Была установлена эквивалентность времени и интенсивности освещения при фотохимических процессах (закон Бунзена-Роско).

Представления об атомах оставались неопределенными. Каждый исследователь по-своему воображал их и изображал. Понятие «атомный вес» вызывало споры. Одни предлагали вместо него использовать «эквивалент» (У. Уолластон, Л. Гмелин), другие – «пропорциональное число» (Г. Дэви).

Два французских химика, Шарль Фредерик Жерар и Огюст Лоран (о них – позже), постарались внести ясность в проблему атомных весов. Они сочли молекулой наименьшее количество соединения или химического элемента, существующего в свободном состоянии, атомом – наименьшее количество элемента, имеющегося в молекуле. Эту идею они не успели разработать (это сделал С. Канниццаро), ибо умерли рано.

Канниццаро Станислао

Канниццаро Станислао (1826–1910) – итальянский химик. Образование получил в Италии. Участвовал в национально-освободительном движении в Сицилии, после подавления которого в 1849 г. эмигрировал во Францию. Работал в химических лабораториях в Лионе и Париже у М. Шёвреля. С 1851 г. преподавал в университетах Генуи, Палермо, Рима.

Он стал одним из основателей молекулярно-атомистической теории; уточнил и обосновал атомные веса многих элементов. В труде «Очерк развития философии химии» (1858) показал, что для определения правильных атомных весов важное значение имеет закон Дюлонга – Пти, а для установления молекулярных весов – закон Авогадро.

Выступая на Международном химическом съезде в Карлеруа (1860), Канниццаро четко разделил понятия – атомный вес, эквивалент и молекулярный вес.

Бекетов Николай Николаевич

Бекетов Николай Николаевич (1827–1911) – русский физико-химик. Окончив Казанский университет, работал в Медико-хирургической академии (Петербург) у Н. И. Зинина, занимаясь органической химией. С 1855 г. адъюнкт, затем профессор Харьковского университета. Вел курс «Физической химии». В работе «Исследования над явлениями вытеснения одних элементов другими» (1865) исходил из предположения, что химические явления связаны с физическими показателями: относительными массами частиц и расстояниями между их центрами.

Он открыл возможность восстановления металлов из их окислов алюминием, положив начало алюмотермии, имеющей важное научное и практическое значение. С 1886 г. работал в Петербурге в академической лаборатории; тогда же был принят в Петербургскую АН. Читал в Московском университете курс «Основные начала термохимии».

Меншуткин Николай Александрович

Меншуткин Николай Александрович (1842–1907) – русский химик. По окончании Петербургского университета был оставлен для подготовки к профессорскому званию. Стажировался в лабораториях Западной Европы. Защитив диссертацию, стал с 1869 г. профессором Петербургского университета.

В 1871 г. опубликовал «Аналитическую химию», которая служила настольной книгой для нескольких поколений русских химиков. То же можно сказать и о его «Лекциях органической химии» (2 т., 1883, 1884), хотя в первых двух изданиях несправедливо критиковалась теория строения органических веществ А. М. Бутлерова.

Меншуткин стал одним из основателей химической кинетики. Исследовал изучение скорости химических превращений органических соединений в зависимости от состава и строения веществ. В 1882 г. показал, что при распадении одного соединения эфира продукт реакции, уксусная кислота, ускоряет ее (эффект аутокатализа). Доказал влияние среды на скорость реакций, что явилось крупным достижением в области химической кинетики. Он – автор оригинального труда «Очерк развития химических воззрений» (1888).

…Возможно, кому-то покажется, что в данной книге неоправданно много место уделяется русским ученым. Мол, их работы имели только местное значение. Но вот, например, знаменитый Вант-Гофф в «Очерках по химической динамике» (1884) ссылался на работы Меншуткина, называя их «хорошо известными».

Напомню: приводимые здесь сведения упрощены. Исследования ученых обычно чрезвычайно сложны; в химии они сопряжены с открытиями новых соединений и элементов, изучением их свойств. Вдобавок, как писал Вант-Гофф, «сначала все научные исследования имеют описательный характер или характер систематики; затем они приобретают рациональный или философский характер».

В истории науки самое интересное – проследить, как рождается идея, добываются факты и совершается открытие усилиями многих ученых. Но это требует не только пространных описаний, но и специальных знаний. То и другое не предполагает данная работа.

Муассан Анри

Муассан Анри (1852–1907) – французский химик, изобретатель. Родился в городке Мо в небогатой семье. С 17 лет работал в парижской аптеке, занимался самообразованием, закончил среднюю школу. Стал сотрудником в химической лаборатории. В 1877 г. опубликовал первую работу об окислах железа. Через 10 лет – профессор Высшей фармацевтической школы, а с 1900 г. – Парижского университета.

До него не удавалось выделить фтор («разрушитель») – чрезвычайно активный элемент. Муассан сконструировал аппарат, в котором получил чистый фтор электролизом плавиковой кислоты (1886). Через 6 лет построил электродуговую печь, где создавались температура до 3500 °С. В ней удалось восстановить окислы тугоплавких металлов, получить в чистом виде молибден, вольфрам…

Лауреат Нобелевской премии (1906).

Оствальд Вильгельм Фридрих

Оствальд Вильгельм Фридрих (1853–1932) – немецкий физико-химик, философ. Родился в Риге, в семье ремесленника. Увлекался в детстве рисованием, техникой и химией. Окончил в 1875 г. Дерптский (Тартусский) университет. Работал в физической лаборатории; защитил магистерскую диссертацию по физической химии. В 1882 г. стал профессором Рижского политехнического училища; писал работы по химической динамике, развивая идеи о контактном (каталитическом) взаимодействии. С 1887 г. – профессор Лейпцигского университета, где основал Институт физической химии и журнал того же названия; с 1896 г. – член-корр. Петербургской АН.

Его «Учебник общей химии» (2 т., 1883, 1887) оказался полезным и для специалистов. Творческая активность Оствальда воплощалась в разные труды: «Научные основы аналитической химии» (1894), «Электрохимия, ее история и теория» 1896), «Основы неорганической химии» (1900), «Лекции по натурфилософии» (1900), «Школа химии» (1903), «Энергия и ее превращения» (1908), «Великие люди» (1909), а позже – «Азбука цветов», «Цветоведение», 3 тома научно-философской автобиографии «Черты жизни». Лауреат Нобелевской премии (1909).

В науку вошло понятие «энергия». Возникло искушение на ее основе построить философию природы. Это попытался сделать Оствальд.

В принципе, исходя из формулы, связывающей материю и энергию (Е = mc?), такое стремление резонно. Так же, как и обратное: обходиться вовсе без понятия энергии. Эти две крайности приемлемы лишь в исключительных случаях. Мир невозможен без энергии, воплощенной в материальные формы и определяющей движение, взаимодействия, жизнь.

Аррениус Сванте Август

Аррениус Сванте Август (1859–1927) – шведский физико-химик. Родился близ Упсалы, рано научился читать и считать. Окончил Упсальский университет. В Стокгольмском институте физики защитил докторскую диссертацию «Гальваническая проводимость электролитов» (1883), обосновав теорию электролитической диссоциации, разъединения молекул на ионы (такая идея высказывалась раньше без убедительных доказательств). Химическую активность отождествил со степенью диссоциации соединения, распада на положительные и отрицательные ионы. Именно благодаря им растворы проводят электричество. Чем больше ионов, тем выше электропроводность раствора.

Его работа не вызвала интереса в Швеции. Зато ее отметил Оствальд. Он познакомился с Аррениусом и они вместе с Вант-Гоффом, которого тоже не слишком жаловали авторитетные ученые, основали «Журнал физической химии» (1887). В нем появились их «нобелевские» работы: Вант-Гоффа – об отношении между осмотическим давлением и давлением газов, Аррениуса – о диссоциации растворенных в воде веществ, Оствальда – о термонейтральности растворов оснований и кислот.

С 1895 г. Аррениус – профессор Высшей технической школы в Стокгольме. Лауреат Нобелевской премии (1903). С 1905 г. – директор Нобелевского института. Ему принадлежат исследования по биохимии, астрономии, астрофизике (определение температуры планет, теория солнечной короны, образование и эволюция небесных тел). Он высказал гипотезу вечности живого вещества, постоянного присутствия в космическом пространстве зародышей жизни – спор бактерий, пыльцы растений, – заселяющих пригодные для жизни планеты.

Развитие производства требовало усовершенствований техники, технологий. На научные исследования приходилось затрачивать все более значительные средства.

При капитализме затраты должны приносить доход. Все чаще ученых ориентировали на решение практических задач. Как писал Дж. Бернал: «К концу века независимые ученые составляли незначительное меньшинство. Большинство получало свое жалование от университетов или правительства и более чем когда-либо усвоило образ мыслей правящего класса».

Это не означало, будто теоретические разработки отошли на дальний план. Поначалу более тесные отношения между наукой и производством приносили взаимную выгоду.

Ле Шателье Анри

Ле Шателье Анри (1850–1936) – французский химик. Родился в Париже в семье инженера. Окончил Парижскую политехническую школу. В 27 лет стал профессором Парижской высшей горной школы, затем Коллеж де Франс, Парижского университета. Член Парижской АН (1907), почетный член АН СССР (1927).

Изучал процессы горения газовых смесей, предложил оригинальный способ определения теплоемкости газов при высоких температурах, дал научную основу для важнейших теплотехнических и металлургических расчетов. В 1884 г. сформулировал закон смещения химического равновесия в зависимости от внешних факторов (принцип Ле Шателье): изменение одного из факторов равновесия вызывает такое превращение в системе, в результате которого этот фактор изменяется в противоположном направлении. Ему принадлежат исследования химии цемента, свойств кварца, стекол. Он усовершенствовал методику исследования строения металлов и сплавов под микроскопом.

Интерес к новейшим научным разработкам проявляли военные. Это отразилось на успехах металлургии для нужд военной техники, а также на производстве боевых отравляющих веществ. В этом отношении характерна судьба Фрица Габера.

Габер Фриц

Габер Фриц (1868–1934) – немецкий химик. Окончив Берлинский университет, работал в Химико-технологическом институте Высшего технического училища в Карлсруэ (с 1898 г. – профессор). Исследовал синтез аммиака из азота и водорода при высоких температурах и давлениях. При сотрудничестве с Карлом Бошем справился с этой задачей, разработав соответствующую технологию. В результате удалось получить в большом количестве азотные удобрения, а также взрывчатые вещества и массовые отравляющие средства.

С 1911 г. Габер стал директором Института физической химии в Мюнхене, профессором физики и электрохимии в Берлине. Во время Первой мировой войны руководил военно-химическим департаментом и выработкой боевых отравляющих веществ. Получил Нобелевскую премию (1918). А 15 лет спустя, когда к власти в Германии пришли нацисты, он как еврей вынужден был эмигрировать и вскоре умер в изгнании.

Нобелевскую премию по химии за 1931 г. разделили между химиком-технологом Карлом Бошем (1874–1940) и химиком-технологом, физико-химиком и промышленником Фридрихом Бергиусом (1884–1949) «за разработку и использование в химии методов высокого давления».

Формулировка не лишена лукавства. Следовало бы уточнить: речь идет об использовании на производстве. Оба ученых проявили незаурядные способности в технологии. Бош разработал способ производства, помимо аммиака, в промышленных масштабах метилового спирта, а Бергиус – бензина из низкокачественных углей (в большинстве прогнозов геологов предполагалось истощение мировых запасов нефти в середине ХХ в.).

…Создание новых технологий дело не менее сложное, чем открытие новых законов природы. Со временем этим стали заниматься коллективы, объединяющие ученых, инженеров, технологов. А в теоретических исследованиях все чаще успех достигался за счет применения новейшей научной техники.