Великие химики. Том 1
Шрифт:
Теперь ему предстояло начать новую проверку атомных весов. Закон Дюлонга и Пти и закон изоморфизма Эйльгарда Митчерлиха открыли ему новые возможности. Свои исследования Берцелиус проводил совместно с Митчерлихом и Генрихом Розе [362] — двумя молодыми немецкими учеными, приехавшими в Стокгольм для усовершенствования своих знаний и ознакомления с современными методами научной работы.
Это был период расцвета творческой деятельности Берцелиуса, пожалуй, самого крупного ученого первой половины XIX столетия. Его деятельность на протяжении последующих десяти лет сопровождалась частыми поездками в Европу. Однако работу в лаборатории он не оставлял. За это время он получил в свободном состоянии и изучил кремний, титан, цирконий и торий [363] . Занимаясь классификацией минералов, Берцелиус установил, что «кремневое вещество» является окислом неизвестного элемента, соединения которого знал еще Карл Вильгельм Шееле. «Кремневое вещество» знакомо ученым с давних времен, но, к сожалению, никто не мог получить этот элемент в свободном состоянии.
362
Генрих Розе (1795–1864) — немецкий химик-аналитик, ученик Берцелиуса, профессор Берлинского университета, иностранный чл.-корр.
363
Берцелиус открыл четыре новых химических элемента — цернй (1803 г.), селен- (1817 г.), кремний (1823 г.), торий (1828 г.), а титан, тантал и цирконий впервые получил в свободном состоянии (Трифонов Д. Н., Трифонов В. Д., ук. соч., с. 213–214).
Имея в виду исключительную активность калия, Берцелиус решил проверить, не отнимет ли этот металл фтор от фторида кремния. Он получил соединение по методу Шееле и подверг его действию металлического калия. Его предположения оправдались. По окончании реакции в сосуде остался коричневый порошок, который легко сгорал и превращался в «кремневое вещество». Это был новый элемент, который получил название «силициум» (кремний).
Метод оказался весьма удобным, и Берцелиус решил применить его к соединениям других элементов, еще не выделенных в свободном состоянии. И действительно добился успеха. В 1824 году при обработке двойной соли фторида калия — циркония металлическим калием был впервые получен цирконий. На следующий год таким же методом он получил титан. Много затруднений доставил ученому неизвестный элемент, который содержался в минерале, присланном ему из Норвегии. Берцелиус извлек этот элемент из горной породы с помощью фторида калия и подверг восстановлению металлическим калием. Процесс протекал легко, но новый металл обладал высокой активностью и почти мгновенно превращался в окисел. Приняв специальные меры для предохранения его от окисления, Берцелиус сумел получить новый металл, правда в весьма незначительном количестве. Этот элемент получил название «торий». Еще тринадцать лет назад, когда Берцелиус работал вместе с Ганом, он предложил то же самое название для элемента, окисел которого они тогда изолировали из минерала, полученного в шахтах Фалуна. Исследования Вёлера показали, что открытый ими окисел принадлежал элементу иттрию. Теперь, однако, сомнений не было: открытый Берцелиусом элемент — торий. Элемент получался в незначительных количествах, и это обстоятельство мешало изучению его свойств. Тогда Берцелиус решил подробно исследовать свойства окиси тория.
В этот период в лаборатории Берцелиуса работали и совершенствовали свои познания в химии многие исследователи, ставшие впоследствии известными учеными. Среди них были Фридрих Вёлер, Герман Гесс [364] , Густав Магнус [365] , Карл Густав Мосандер и другие.
В 1826 году Берцелиус полностью завершил работу по определению атомных весов элементов и опубликовал третью по счету таблицу атомных весов. Почти все значения в ней были точными, за исключением атомных весов серебра, калия и натрия; Берцелиус принимал, что формула их окислов MeО, а не Me2О, каковой она является в действительности.
364
Герман Иванович Гесс (1802–1850) — русский химик, академик, основатель термохимии; в 1840 г. открыл основной закон термохимии — закон постоянства сумм тепла. Установил катализирующее свойство мелкораздробленной платины, открыл и определил состав четырех новых минералов — вертита, уваровита, гидроборацита и фольбортита, а теллурид серебра назван в его честь гесситом. Его учебник «Основания чистой химии» переиздавался семь раз. О Гессе см.: Гесс Г. И. Термохимические исследования. — М.: Изд-во АН СССР, 1958. Серия (Классики науки); Соловьев Ю. И. Герман Иванович Гесс. — М.: Изд-во АН СССР, 1962; Мусабеков 10. С, Черняк А. Я., ук. соч., с. 133–137; Балезин С. А., Бесков В. Д. Выдающиеся русские ученые-химики. — 2-е изд., перераб. — М.: Просвещение, 1972, с. 41–45; История учения о химическом процессе. — М.: Наука, 1981, с. 14–23 и др. — (Всеобщая история химии).
365
Генрих Густав Магнус (1802–1870) — немецкий химик, профессор физики и технологии в Берлине, ученик Митчерлиха, Берцелиуса и Гей-Люссака, иностранный чл.-корр. Петербургской Академии наук. Занимался анализом минералов, получил аммиакат платины (соль Магнуса) и несколько органических кислот, изучал содержание газов в крови, работал в области агрохимии. Впервые получил и описал пирофорное железо, изучал аэродинамику снарядов, световые явления; создал первую физическую лабораторию и организовал в 1843 г. первый физический коллоквиум, был одним из создателей Берлинского физического общества (1845 г.) и Немецкого химического общества (1868 г.). О Магнусе см.: Храмов Ю. А., ук. соч., с. 173; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 317.
Параллельно с лабораторными исследованиями Берцелиус занимался и научно-литературной деятельностью. Он систематически читал все публикации в области химии и готовил короткие резюме-доклады о каждой статье. Эти резюме печатались в известном тогда реферативном журнале «Яресберихте» — «Ежегодные обзоры» [366] .
Время у ученого было уплотнено до предела. Лекции в университете, работа в журнале «Ежегодные обзоры», редактирование статей, проведение опытов в лаборатории… Все чаще Берцелиусу стала приходить в голову мысль отказаться от профессорской деятельности. Тогда он мог бы заниматься только исследовательской работой. Осенью 1832 года Берцелиус прочитал свою последнюю лекцию в Каролинском медико-хирургическом институте. Теперь его время принадлежало только науке. В лаборатории Берцелиуса по-прежнему трудилась Анна Бланк. Благодаря ее стараниям в лаборатории всегда была идеальная чистота и порядок. Она любила Берцелиуса. Однако любовь этой скромной женщины к ученому так и осталась неразделенной.
366
«Обзоры успехов химии и физики»; всего вышло 27 томов, три первых ежегодника появились в переводе на немецкий язык X. Г. Гмелина,
В 1832 году вместе с англичанином Уильямом Джонстоном, ставшим впоследствии профессором химии в Дархеме, Берцелиус исследовал соединения олова. Вот уже несколько раз они получали довольно странные результаты. Анализы окислов олова показывали, что по химическому составу должен быть только один высший окисел. В лаборатории, однако, исследователи получали два различных вещества.
— В чем же разгадка тайны? Ясно, что одному химическому составу отвечает только одно соединение, однако здесь опыт показывает обратное, — рассуждал Берцелиус.
— Может быть, это своего рода исключение? — заметил Джонстон.
— Исключения тоже надо уметь объяснить.
И все-таки Берцелиус нашел объяснение этому загадочному явлению. Оказалось, что и другие ученые столкнулись с подобными фактами. Вёлеру, например, удалось превратить цианат аммония в мочевину. Оба вещества обладали совершенно одинаковым количественным составом, но их свойства коренным образом разнились. И открытый Фарадеем газ бутилен представлял ту же загадку. Бутилен состоит из 85,7% углерода и 14,3% водорода. Этим же количественным составом обладает и «олефиновый газ» (этилен), по его удельный вес вдвое меньше, чем у бутилена. Берцелиус все больше убеждался в том, что существуют несколько веществ с одинаковым количественным составом, но различными свойствами. Это явление он называл изомерией. Позднее ученые установили существование многих видов изомерии, а когда ввели понятие «молекулярный вес» и получила развитие органическая химия, такое родство, как у бутилена с этиленом, стали называть гомологией.
В 1841 году Берцелиус предложил термин «аллотропия» для установленной им способности одного и того же элемента существовать в виде различных простых веществ. В то время уже были открыты и изучены аллотропные формы углерода, серы, фосфора.
Порой жизнь приносила Берцелиусу и разочарования, и, в частности, они были связаны с развитием органической химии. В это время ученые открыли и изучили реакции, которые не только не могли быть объяснены с помощью электрохимической теории, но, наоборот, полностью противоречили ей. Ученые открыли также новые реакции, при которых водород замещался хлором. Согласно теории Берцелиуса, это было невозможно, поскольку хлор отрицателен, а водород положителен. Но электрохимическая теория утверждала, что положительно заряженный водород связывается в соединения с отрицательно заряженным элементом, следовательно, хлор не может замещать его: в результате реакции соединились бы два отрицательных элемента.
Они должны были отталкиваться, а не соединяться! Однако хлорирование органических соединений было фактом, хотя и противоречило теории Берцелиуса. Исследователи получали все новые и новые соединения и изучали их свойства.
Вопреки очевидности Берцелиус сомневался в подлинности получаемых учеными данных. Он обвинял авторов статей в фальсификации и не мог поверить, что монохлоруксусная кислота получается при замещении одного атома водорода уксусной кислоты хлором. Он подверг уничтожающей критике теорию ядер Огюста Лорана [367] , согласно которой органические соединения образуются из одного основного углеводорода. Как считал Лоран, соединение органических веществ подчиняется закону, аналогичному закону Гей-Люссака о простых объемных отношениях: органические вещества связываются между собой в простых объемных отношениях.
367
Огюст Лоран (1808–1853) — французский химик; открыл фталевую кислоту и фталевый ангидрид (1836 г.), ряд других ароматических соединений, заложил основы теории замещения в органических соединениях и теории ядер (1836 г.). О Лоране см.: Джуа М., ук. соч., с. 233–234; Bloch M. In: Bugge G., ук. соч., т. II, с. 92; de Milt. Chimia, 4, 85 (1954); Мусабеков 10. С, Черняк А. Я., ук. соч., с. 145–149; Соловьев Ю. И. История химии, ук. соч., с. 170 и сл.; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 310.
Несмотря на все усилия Берцелиуса защитить электрохимическую теорию, дальнейшее развитие химии требовало новых, более совершенных идей.
Жан Батист Дюма [368] полностью опроверг теорию Берцелиуса. Времена менялись, накапливались новые факты, появлялись новые ученые. Наука неуклонно развивалась.
Работы нового поколения химиков невольно приносили все больше и больше огорчений великому ученому. Он чувствовал себя от этого еще более одиноким и только теперь всерьез стал подумывать о женитьбе. Его избранницей стала дочь государственного канцлера Швеции Попиуса, старого друга Берцелиуса. Приготовления к свадьбе были долгими и торжественными. Предварительно Берцелиусу был пожалован титул барона. Наконец была сыграна пышная свадьба. В то время ему было пятьдесят шесть лет, а его жене, Иоанне, — двадцать четыре года. Разница в возрасте, однако, не помешала этому браку быть счастливым.
368
Жан Батист Андре Дюма (1800–1884) — выдающийся Французский химик-органик, иностранный чл.-корр. Петербургской Академии наук с 1845 г., открыл ряд органических соединений, особое внимание уделял изучению действия хлора на органические вещества. Установил эмпирический закон замещения в органических соединениях водорода хлором, дал определение химического типа и в 1840 г. выдвинул первую теорию типов. Вел обширную педагогическую и научно-популяризаторскую деятельность, был непременным секретарем Парижской Академии наук. О Дюма см.: Джуа М., ук. соч., с. 231–233; Мусабеков Ю. С, Черняк А. Я., ук. соч., с. 122–126; Быков Г. В. История органической химии: Открытие важнейших органических соединений. — М.: Наука, 1978, с. 30 и сл.; Становление химии как науки, ук. соч., с. 219–222 и др.; Сабадвари Ф., Робинсон А., ук. соч., с. 183 и сл.; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 182.
Деятельность Берцелиуса как ученого продолжалась до конца его дней [369] . В частности, в 1836 году в журнале «Летописи по физике и химии» он опубликовал очень важную статью, в которой обращал особое внимание на весьма загадочное явление. Многие ученые наблюдали и изучали химические реакции, скорость которых значительно увеличивалась в присутствии другого вещества, по-видимому не принимавшего непосредственного участия в реакции. В своей статье Берцелиус привел несколько таких примеров. Вещество, изменяющее скорость реакции и остающееся неизменным после ее окончания, он назвал катализатором.
369
Только в течение 10 лет, с 1807 по 1817 г., Берцелиус получил, очистил и проанализировал более 2000 соединений 43 элементов. В общей сложности он опубликовал около 250 статей, несколько книг и множество рефератов.