Великие химики. В 2-х томах. Т. 1.
Шрифт:
В ноябре 1821 года Митчерлих вернулся в Берлин. Вклад, который он внес в науку, был высоко оценен. Он стал экстраординарным профессором, заняв место Клапрота. Одновременно его избрали в число членов Берлинской Академии наук.
Митчерлих начал готовиться к лекциям и параллельно продолжал изучать кристаллы. Он открыл еще одно не менее интересное явление, которое назвал диморфизмом. Им было установлено, что одно и то же вещество способно образовывать кристаллы двух различных кристаллографических систем. Например, углекислый кальций встречается в природе в виде минералов кальцита (тригональная система) и арагонита (ромбическая система). Подробно изучив условия кристаллизации, Митчерлих предложил, что изоморфные арагониту церуссит (карбонат свинца) и стронцианит (карбонат
Исследования арагонита, кальцита, стронцианита и церуссита проводились в то время многими учеными. Штромейер тщательно проанализировал арагонит и доказал, что он содержит стронций, поэтому причина образования ромбических кристаллов карбоната кальция — арагонита — заключается в примесях карбоната стронция. А немногим позже Бухгольц показал, что в природе встречается арагонит, который не содержит стронция. Стало ясно, что карбонат кальция может кристаллизоваться в двух кристаллографических системах по другим причинам.
Как утверждал Митчерлих, причиной образования кристаллов другой системы являются изменившиеся условия кристаллизации. Эта перемена не зависит от наличия примесей, которые оказали бы влияние на процесс кристаллизации. Однако такое утверждение требовало доказательств.
Исследования в лаборатории не прекращались. Необходим» было проанализировать минералы из Фалуна, измерить их кристаллографические параметры и доказать свою правоту…
Гониометр, сконструированный Уолластоном, не удовлетворял Митчерлиха. Измерение углов в кристаллах надо было провести с максимальной точностью, так как ученый установил, что углы изоморфных кристаллов не абсолютно одинаковы. Разница хоть и небольшая, но существует, поэтому требовалось повысить точность измерений. Митчерлих подготовил эскиз нового гониометра, у которого были четыре верньерных шкалы [387] , позволяющих проводить измерения с точностью до 10 секунд. Его конструированием занялся известный техник Пистор. Летом 1823 года он закончил изготовление гониометра, смонтировал его в лаборатории, и Митчерлих тут же приступил к работе. Он закрепил прозрачный кристаллик исландского шпата на подставке и направил на него пучок света…
387
Верньерная шкала — шкала с приспособлением для точного отсчета углов. — Прим. ред.
Измерения длились целый день, но вместо радости они принесли полное разочарование. Результаты утренних измерений отличались от полученных после обеда примерно секунд на 20.
— Разница совсем небольшая, но ее нельзя объяснить неточностью измерений на гониометре. Чувствительность прибора намного больше допущенной ошибки, — озабоченно размышлял Митчерлих. — Завтра же повторю опыт.
На следующий день он вновь приступил к измерениям. И на этот раз углы, измеренные утром, отличались от послеобеденных измерений на 20 секунд.
— Просто заколдованный круг. — Митчерлих собрал исписанные цифрами листы бумаги и задумался. — А между прочим, какая разница между вчерашними и сегодняшними данными? — Волнуясь, он вновь просмотрел цифры. — Удивительно! Вчерашние и сегодняшние показатели полностью совпадают между собой: и утренние, и послеобеденные. Тогда в чем же причина? — Ответ пришел внезапно. — Температура! Ну, конечно же, температура! После обеда температура выше, отсюда расширение кристаллов. Но все-таки почему меняется угол? Если расширение правильно, угол должен оставаться без изменения.
Чтобы изучить это непонятное явление — изменение углов между гранями кристаллов под действием температуры, — надо было серьезно заняться исследованием температурного
Митчерлих выехал в Париж зимой 1823 года. Измерения по методу Дюлонга привели его к новому открытию: кристаллы исландского шпата обладают чудесным свойством — при нагревании они расширяются вдоль кристаллографической оси и сжимаются в перпендикулярном направлении.
— Это невероятно, — сказал Дюлонг при их встрече. — Все тела при нагревании расширяются.
— Кальцит тоже расширяется, — ответил Митчерлих. — Его объемное расширение при 100°С составляет 0,001961, только оно не равномерно в разных направлениях. Вдоль оси кристалла расширение при 100 °С составляет 0,00288, а в перпендикулярном направлении наблюдается сжатие порядка 0,00056.
— Вы исследовали другие минералы?
— У меня есть данные еще о нескольких минералах: о доломите, например, и магнезите.
Новое свойство кристаллов назвали анизотропией. Более года Митчерлих посвятил изучению этого явления. Параллельно он продолжал работать и над вопросом о диморфизме. Ученые категорически отвергали возможность того, что одно и то же вещество может выкристаллизовываться в двух различных системах. Весной 1826 года Митчерлих сделал открытие, которое положило конец всем спорам.
Он расплавил серу в фарфоровом тигле и оставил ее медленно остывать. Удаляя появившуюся поверхностную корку, он заметил, что образовавшиеся кристаллы почти бесцветны. Быстро перевернув тигель, он отлил оставшуюся расплавленную серу и дал кристаллам полностью остыть. На первый взгляд их симметричность была не высока. «Выглядят моноклинными», подумал ученый и приступил к определению их системы.
Моноклинные, а сера образует ромбические кристаллы. Это случайность или тоже диморфизм?..
Сомнений быть не могло. Явление, наблюдавшееся для арагонита и кальцита, не случайность. Сера тоже может кристаллизоваться в двух кристаллографических системах — моноклинной и ромбической. По-видимому, это явление обусловлено только температурой: моноклинная сера существует при более высокой температуре.
Утверждения Митчерлиха оказались правильными: вещества в зависимости от условий кристаллизации могут образовывать два вида кристаллов. Его статья, опубликованная в июле-1826 года, окончательно подытожила спор о диморфизме. Позднее учеными было установлено, что существуют вещества, которые могут образовывать и более двух видов кристаллов, поэтому сегодня это явление называется полиморфизмом.
Закон изоморфизма оказался чрезвычайно важным. Применяя его к ряду новых соединений, ученые сумели установить их состав сравнительно простым способом. Митчерлих тоже проводил подобные исследования. Он изучил соединения селена и установил, что при взаимодействии его окиси с водой образуется селеновая кислота, состав которой также был определен.
Селен был открыт Берцелиусом десять лет назад, но его соединения оставались недостаточно изученными. Митчерлих получил селеновую кислоту, но встал в тупик при попытке написать ее формулу. Анализ не давал исчерпывающего ответа. Тогда Митчерлих подверг кристаллизации раствор селената калия и получил крупные прозрачные кристаллы. Он отобрал несколько крупных кристаллов и определил их симметрию. Оказалось, что селенат калия выкристаллизовывается в той же системе, что и сульфат калия. «Если они изоморфны, то непременно должны образовывать и смешанные кристаллы», рассуждал ученый. Он насыпал в стаканчик смесь сульфата и селената калия, налил воды и подогрел, чтобы растворить их. Через несколько дней на дне стаканчика появились крупные, прозрачные кристаллы, форма которых была совершенно идентична форме кристаллов сульфата и селената калия. Анализ показал, что новые кристаллы содержат калий, селен, серу и кислород. «Раз обе соли изоморфны, то можно с уверенностью написать формулу селенат» калия — она будет аналогична формуле сульфата калия, а тогда формула селеновой кислоты идентична формуле серной», — мысленно заключил ученый.