Великие химики. В 2-х томах. Т. 1.
Шрифт:
Всю неделю длилось мучительное путешествие. Наконец они прибыли к цели. Соляные озера ослепительно сверкали на солнце, их берега окаймляла узкая белая полоса — сода, которая кристаллизовалась тут же на берегу. Худые, изможденные чернокожие сгребали белый порошок и насыпали его в мешки. Караван должен был доставить этот ценный груз в Александрийский порт, а оттуда его отправляли во Францию. Лица измученных негров говорили о беспредельном человеческом страдании. Кожа на их руках и ногах потрескалась: ее непрерывно разъедала сода. Тяжким был труд их и горьким.
Бертолле с трудом переносил палящее солнце, однако неразрешенных вопросов было слишком много, и он, не обращая внимания на изнурительную жару, сосредоточенно анализировал процесс кристаллизации соды. Бертолле все еще не мог уяснить для себя, почему в некоторых мешках кристаллики выглядели более прозрачными и содержали больше воды (это отчетливо показывал анализ), а в других они были непрозрачными и походили скорее на тертый мел. Такие кристаллы почти не содержали воды. Он выделил участок на берегу и распорядился, чтобы никто в этом месте соду не собирал. Бертолле внимательно наблюдал процессы образования соды, которой изо дня в день становилось все больше. Он немало удивился, когда заметил, что вид кристаллов зависит от места их образования. Те, что соприкасались с водой, были прозрачными; другие, оставшиеся лежать на горячем песке, постепенно растрескивались и становились непрозрачными.
— Для образования соды, видимо, имеет немаловажное значение количество исходных веществ, — рассуждал Бертолле. — Чем ближе к воде, тем больше воды содержит сода. На горячем сухом песке воды
Вернувшись в Каир, на заседании Египетского института Бертолле прочитал свой знаменитый доклад о влиянии массы вещества на течение химических реакций. Подкрепив свои доводы результатами наблюдений процесса кристаллизации соды, он высказал утверждение, что вещества не имеют постоянного состава. Исходные продукты соединяются друг с другом в различных соотношениях в зависимости от их количества. (Тогда еще не было известно, что сода может давать два вида кристаллов — кристаллогидрат, содержащий кристаллизационную воду, и безводную соль.) На эту ошибочную мысль навели Бертолле произвольные смеси, образующиеся под действием палящего африканского солнца. В докладе он отметил также, что вещества с определенным составом все-таки могут получаться, причем многократно, если берутся одинаковые соотношения исходных веществ и соблюдаются одинаковые условия. Совершенно противоположное мнение отстаивал Жозеф Луи Пруст, и это явилось причиной знаменитого спора между двумя учеными [231] . Восемь лет кряду химики, поделившись на два лагеря, держали одни сторону Пруста, другие — Бертолле. В конце концов победу в этом споре одержал Пруст.
230
На основе наблюдений над процессами и условиями образования» соды в соляных озерах Египта Бертолле пришел к новым взглядам о» химическом сродстве. В его докладе, прочитанном в Египетском институте в Каире в 1799 г., «Исследование законов химического сродства» впервые содержалось утверждение о том, что направление химических реакций определяется массой и другими физическими силами: сцеплением, летучестью, растворимостью, упругостью. Считая химию частью прикладной механики, Бертолле полагал, что химическими соединениями руководят законы ньютоновской механики и что сила химического сродства однородна с гравитацией. Отсюда он делал вывод о том, что химическое «родство пропорционально массам реагирующих веществ. Как считал Бертолле, чем большее количество вещества участвует в реакции, тем сильнее его действие. Он ввел даже понятие химической массы, определив его как произведение величины сродства на весовое количество тела (Джуа М., ук. соч., с. 164–165; Соловьев Ю. И. Эволюция основных теоретических проблем химии. — М.: Наука, 1971, с. 99–102; Шептунова 3. И. Химическое соединение и химический индивид: Очерк развития представлений. — М.: Наука, 1972, с. 29–46; Становление химии как науки, ук. соч., с. 90 и сл.). Свое учение о химическом сродстве Бертолле изложил в труде: «Опыт химической статики» (Париж, 1803 г.), где он писал: «Лишь с того времени, как ввели понятие сродства в качестве причины всех соединений, стало возможным рассматривать химию как науку, имеющую общие принципы».
231
Бертолле считал растворы химическими соединениями, которые имеют непостоянный состав, различающийся в зависимости от условий получения. Примерами таких соединений, по мнению Бертолле, кроме жидких растворов были металлические сплавы и стекла. Он доказывал, что разница между химическим соединением и раствором состоит только в различных действиях сродства. Свое мнение о непостоянстве состава Бертолле переносил на все другие вещества и только в виде исключения признавал состав некоторых веществ постоянным. Уже в то время такая точка зрения стала вызывать возражения. Но авторитет Бертолле как ученого смущал многих ученых, не позволял им выступить против. Правда, Берцелиус и Гей-Люссак делали попытки найти компромисс между динамизмом Бертолле и атомистикой Дальтона. Против Бертолле выступил французский химик Ж. Л. Пруст, который доказывал несостоятельность теоретических выводов Бертолле. Пруст показал, что если один элемент образует несколько соединений со вторым, то их состав изменяется скачком, тогда как Бертолле думал о постепенном изменении состава. Пруст указал на аналитические ошибки Бертолле. Полемика между Бертолле и Прустом вызвала огромный интерес в ученом мире и продолжалась с 1801 по 1808 г. Она закончилась победой Пруста и утверждением закона постоянства состава, который укрепил атомистические взгляды о химии. О споре Пруста и Бертолле см.: Джуа М., ук. соч., с. 164–166; Кедров Б. М., ук. соч., с. 202–208; Ладенбург А., ук. соч., с. 153.
Постоянно изменяющийся состав, о котором говорил Бертолле, как оказалось, был обязан примесям, возможности образования из нескольких веществ различных смесей. Надо было принять во внимание и влияние массы исходных веществ. Спустя почти шестьдесят лет Гульдберг и Вааге доказали, что масса реагирующих веществ влияет на скорость реакций [232] . В начале XX века (спустя 100 лет) русский химик Н. С. Курнаков открыл так называемые интерметаллические соединения, не имеющие постоянного состава. Такие соединения образовывали алюминий и магний, свинец и натрий и другие пары металлов. Эти соединения Курнаков назвал бертоллидами в честь Бертолле [233] .
232
Идеи Бертолле привлекали внимание ученых последующих поколений. В 1867 г. норвежские химики Като Максимилиан Гульдберг (1836–1902) и Петер Вааге (1833–1900), как и Бертолле, полагали, что химическое действие вещества пропорционально его химически деятельному количеству (в единице пространства). Некоторые историки химии видели в этом возрождение теории Бертолле (Майер Э., ук. соч., с. 427–429). С этим положением, однако, теперь не согласны современные историки химии (Фигуровский Н. А., ук. соч., с. 438). О Гульдберге и Вааге см.: Соловьев Ю. И. Очерки по истории физической химии. — М.: Наука, 1964; Partington J. R., ук. соч., т. 4, с. 588–595.
233
Развитие химии показало, что победа Пруста была временной. Его спор с Бертолле о том, могут ли химические изменения проходить постепенно (непрерывно) или скачком (прерывисто), не был закончен. Так, Д. И. Менделеев в химической теории растворов на основе атомно-молекулярного учения показал возможность согласования этих точек; зрения. Свое разрешение спор Пруста и Бертолле получил в исследованиях русского академика Николая Семеновича Курнакова (1860–1941) и его учеников в конце XIX в. Этими трудами было убедительно доказано, что состав химического индивида может быть и постоянным, и переменным. В растворах почти всегда бывает непрерывное превращение. Курнаковым и представителями его школы открыты многочисленные соединения, названные дальтонидами (соединения определенного состава, подчиняющиеся закону постоянных и кратных отношений) и бертолливами (соединения переменного состава). Первым соответствуют сингулярные точки, которые характеризуются пологим максимумом на кривой «состав — свойства». Курнаков так писал о споре между Бертолле и Прустом: «В истории химии принято считать, что спор окончился победой Пруста… Но, несомненно, эта победа была лишь временной… В настоящее время совокупность данных физико-химического анализа позволяет с полной уверенностью утверждать, что обе стороны правы в своих утверждениях, но что точка зрения Бертолле является более общей… Как ни странно на первый взгляд, но именно принципу непрерывности отныне суждено защищать незыблемость закона постоянства состава…». О Курнакове см.: Аносов В. Я., Погодин С. А. Основные начала физико-химического анализа. — М. — Л., 1947; Соловьев Ю. И., Звягинцев О. Е. Николай Семенович Курнаков: Жизнь и деятельность. — М.: Изд-во АН СССР, 1960; Николай Семенович Курнаков. — М.: Изд-во АН СССР, 1961. — (Материалы к биобиблиографии ученых СССР. Сер. хим. наук. Вып. 30); Мусабеков Ю. С, Черняк А. Я., ук. соч., с. 72–73
Бертолле прожил в Египте два года. В 1800 году по возвращении в Париж его внимание было полностью приковано к дискуссии с Прустом. Однако он продолжал размышлять и о вопросах, связанных со сродством элементов: почему вещества соединяются друг с другом? Какие силы возникают между ними? Было предложено много теорий для объяснения химического сродства, или афинитивности, как часто его называли. Но все они были слишком наивны: иногда даже говорилось о сродстве как о чем-то аналогичном симпатии и ненависти у людей. Бертолле выдвинул свою собственную точку зрения на сродство. Он искал причину соединения элементов в наличии у атомов физических сил. Пусть не очень ясная и недостаточно аргументированная, теория Бертолле послужила значительным толчком к развитию химической мысли.
В то время в лаборатория Бертолле работал Гей-Люссак. Они часто обсуждали результаты проводимых экспериментов и строили новые гипотезы. Бертолле высоко ценил Гей-Люссака — в то время еще совсем молодого ученого. Однажды как-то ночью Бертолле долго не мог заснуть и решил спуститься в лабораторию: он был уверен, что найдет там Гей-Люссака.
— Почему вы не отдыхаете, господин Бертолле?
— Не могу заснуть — один вопрос не дает мне покоя.
— Что за вопрос?
— А вот послушайте. Известно, чтобы сжать газ, надо приложить силу к цилиндру с поршнем. Между частицами газа возникают силы притяжения, и газ занимает меньший объем. Ну, хорошо, а если этот газ соединится с другим газом и образует при этом твердое вещество?
— Разумеется, объем опять уменьшится.
— Вот именно. Значит, и здесь действуют силы притяжения. Но более важно другое — эти силы не являются чем-то необычным. Это те же силы притяжения или отталкивания, о которых говорится в физике.
— По-моему, аналогия удачная. И рассуждения ваши правильны, — задумчиво произнес Гей-Люссак. — Конечно, природа едина, и маловероятно, что химические силы в этом плане исключение. Я уже высказывал предположение, что это адгезионные и когезионные силы.
Бертолле просиял. Это действительно новая идея. Недостаточно совершенная, но все-таки надежней теории и Бюффона [234] , и Бургаве, и Гитона де Морво.
Общество в Аркёйе [235] одобрительно встретило доклад Бертолле.
В поддержку его идеи выступили астроном Пьер Лаплас, физики Жан Био [236] , Доминик Араго [237] и Гей-Люссак.
Организатором и вдохновителем научного общества в Аркёйе был Бертолле. Шли годы, жизнь в Париже становилась для него все более трудной, и наконец он решил обосноваться в своем поместье Аркёйе. Однако жизни без науки он себе и не мыслил. Бертолле оборудовал большую библиотеку, просторные лаборатории и пригласил в Аркёй самых известных ученых. В 1807 году в научное общество вошел наряду с другими всем известный немецкий путешественник и физик Александр Гумбольдт [238] . В лабораториях в Аркёйе шла напряженная работа. По вечерам, когда опыты были закончены, ученые собирались обычно у Бертолле побеседовать, обсудить полученные результаты или испросить дружеского совета. Несмотря на возраст, Бертолле работал наравне с другими. Вопросы о химическом сродстве и причинах протекания химических реакций по-прежнему занимали его мысли.
234
Жорж Луи Леклерк де Бюффон (1707–1788) — известный французский натуралист, популяризатор естественной истории. Написал 36-томную «Естественную историю» (1749–1788 гг.), в которой высказал взгляды о единстве растительного и животного мира. О Бюффоне см.: История биологии с древнейших времен до начала XX века. — М.: Наука, 1972; Бернал Дж., ук. соч., с. 357–358.
235
Аркёй — поместье Бертолле близ Парижа, где он поселился в 1807 г. и устроил собственную лабораторию. Здесь же он основал Аркёйское научной общество. Труды этого общества (в трех томах) вышли в 1807, 1809 и 1817 гг. в Париже.
236
Жан Батист Био (1774–1862) — французский физик, астроном; вместе с Ф. Саваром (1791–1841) открыл «закон Био—Савара», определяющий величину напряженности магнитного поля, создаваемого электрическим током. О. Ж. Б. Био см.: Льоцци М., ук. соч., с 201–210; Храмов Ю. А. Физики: Биографический справочник. — 2-е изд., испр., доп. — М.: Наука, 1983, с. 32.
237
Доминик Франсуа Жан Араго (1786–1853) — французский астроном, физик, блестящий популяризатор науки, политический деятель. Известен трудами по оптике, метеорологии, электромагнетизму, астрономии, физической географии. Об Араго см.: Льоцци М., ук. соч., с. 201–210; Гранин Д. До поезда оставалось три часа. — Л.: Детиздат, 1973, с. 73–105; Колчинский И. Г., Корсунь А. А., Родригес М. Г. Астрономы: Биографический справочник. — Киев: Наукова думка, 1977, с. 16–17; Храмов Ю. А., ук. соч., с. 18.
238
Александр Фрейхерр Вильгельм фон Гумбольдт (Хумбольд) (1769–1859) — немецкий естествоиспытатель, географ и путешественник, ученый-энциклопедист, один из основателей научного страноведения. Вместе с Гей-Люссаком открыл закон кратных объемов смесей газов. О Гумбольдте см.: Биографический словарь деятелей естествознания и техники, ук. соч., Т. I, с. 275–276; Сафонов В. А. Александр Гумбольдт (На горах свободы). — 3-е изд. — М.: Мол. гвардия, 1959.
— Совершенно очевидно, что существуют какие-то сложные закономерности, которые проявляются при взаимодействии веществ, — сказал Бертолле.
— И сейчас прилагаются все усилия, чтобы их познать, — поддержал Тенар [239] , в задумчивости глядя в окно.
— Да, но связь, которая служит причиной соединения атомов, проявляется весьма специфично: некоторые реакции протекают до конца, а при других значительная часть исходных веществ не реагирует.
— Этим обстоятельством объясняется огромное разнообразие химических процессов, — сказал Гей-Люссак, прислушивающийся к их беседе.
239
Луи Жак Тенар (1777–1857) — французский химик, почетный иностранный член Петербургской Академии наук. Получил «тенарову синь», исследовал состав и свойства хлористого этила и сложных эфиров, открыл амины калия и натрия, обнаружил действие света на реакцию соединения хлора с водородом, доказал, что натрий, калий и хлор — элементы, открыл перекись водорода. Широкой известностью пользовался его 4-томный «Элементарный учебник теоретической и практической химии» (1813–1816 гг.). О Тенаре см.: Джуа М., ук. соч., с. 204 и сл.; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 486–487; Становление химии как науки, ук. соч., с. 152 и сл.
— Однако для практики имеют значение в основном те реакции, которые могут протекать до конца, — продолжил свою мысль Бертолле. — Мои исследования показывают, что реакция может проходить до конца, если хотя один из продуктов — газ, малорастворимое вещество или вода.
Это и было по сути дела знаменитое правило Бертолле.
Еще не окончив этих исследований, Бертолле уже строил новые планы экспериментов. Он работал с завидной энергией, но внезапно тяжелая болезнь приковала его к постели. Последние одиннадцать лет жизни он страдал от невыносимых болей, одиннадцать лет боролся со смертью. Умер Бертолле 7 ноября 1822 года в Аркёйе, немного не дожив до своего семидесятичетырехлетия.