Текст книги "Золото, пуля, спасительный яд. 250 лет нанотехнологий"

Автор книги: Генрих Эрлих

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 19 страниц) [доступный отрывок для чтения: 8 страниц]

Впрочем, это было едва ли не единственным практическим приложением металлических катализаторов на протяжении нескольких десятилетий. В науке же шло постепенное накопление данных о свойствах и природе каталитического действия металлических катализаторов. Следующий прорыв в этой области связан с именем Поля Сабатье, который в первые годы XX века стал использовать в качестве катализаторов мелкораздробленные металлы. Возможно, после прочтения предыдущих глав книги эта идея представляется вам тривиальной – Сабатье за счет измельчения металла просто увеличил его поверхность и, следовательно, активность. К слову сказать, и Дёберейнер в своем огниве использовал губчатую платину, удельная поверхность которой в десятки раз больше, чем у платиновой проволоки.

Но работать с мелкими частицами чрезвычайно неудобно, их безвозвратно уносит поток газа. Если же реакцию проводить в жидкости, то потом намучаешься с осаждением тонкой устойчивой взвеси.

В лаборатории это еще проходит, но для промышленности никак не годится. Сабатье нашел изящный и универсальный способ преодоления этих трудностей – наносить металлы на поверхность других твердых веществ, которые стали, естественно, называть носителями или подложками. Палладий на угле – самый известный из предложенных Сабатье катализаторов, используемый, кстати, до сих пор.

Он же предложил и общий способ получения таких катализаторов. Зачем механически измельчать металл, если его можно просто растворить в кислоте, затем осадить соль на поверхность носителя и восстановить назад до металла. На стадии связывания соли металла носитель играет роль сорбента. Если эта роль ему не очень удается, то можно воспользоваться вечным армейским принципом “не умеет – научим, не хочет – заставим” и просто выпарить раствор соли металла над носителем.

Этот подход оказался хорош еще и тем, что позволял получать частицы металла размером в несколько нанометров, которые в принципе невозможно получить с помощью механического измельчения. Маленький размер, огромная поверхность – производительность катализаторов сразу выросла на порядки, что открыло им дорогу в промышленность.

То, что нанесенные частицы металла, получаемые этим способом, имеют размер в единицы и десятки нанометров, ученые установили много десятилетий назад. Они научились также получать частицы нужного размера в зависимости от поставленной задачи. Понятно, что для нанесения максимально возможного количества этих частиц исследователи использовали носители с высокой величиной поверхности, так что создаваемые ими катализаторы характеризовались сразу двумя величинами в диапазоне нано: размерами частиц металла и диаметром пор носителя.

Вопрос о том, как образуются эти частицы на поверхности, также не ставил исследователей в тупик, ведь в их распоряжении были прецеденты по получению золей металлов в растворах. Об этом я расскажу подробно в следующей главе, здесь же отмечу главное: при восстановлении на поверхности образуются единичные атомы металла, которые свободно мигрируют по поверхности вследствие теплового движения и, встретившись, слипаются между собой, потому что вместе им находиться энергетически выгоднее, чем по отдельности. Рост формирующейся частицы будет происходить до тех пор, пока в пределах досягаемости не иссякнут единичные атомы металла. Математическая модель этого процесса была предложена профессором МГУ Николаем Ивановичем Кобозевым еще в 1939 году.

Нанесенные металлические катализаторы успешно работали в промышленности, но души исследователей свербели: пусть наночастицы нанесенного металла невелики по размеру, но работают-то в них все равно только поверхностные атомы, да и то не все, это ж сколько драгметалла пропадает зря?! И исследователи не оставляли попыток получить лежащие на поверхности отдельные атомы, которые, как считалось, будут обладать наивысшей каталитической активностью. Но все попытки разрушало тепловое движение атомов по поверхности, которое многократно ускорялось при повышенных температурах, в условиях использования катализаторов.

И тут подул ветер перемен. Началось все с пионерской работы английского химика Джефри Уилкинсона (1921–1996), будущего нобелевского лауреата. Он был признанным специалистом в области комплексных соединений металлов – атомов или ионов металлов, окруженных “шубой” из органических молекул. В 1966 году он обнаружил, что один из синтезированных им комплексов родия обладает каталитической активностью в реакциях с участием водорода, которые были раньше прерогативой исключительно металлических катализаторов. И какой активностью! По многим параметрам “комплекс Уилкинсона” (под таким названием он вошел в историю науки) превосходил платину и другие благородные металлы; он, в частности, позволял осуществлять каталитические реакции в исключительно мягких условиях: в растворе при комнатной температуре и атмосферном давлении. А самое главное – это был вожделенный катализатор, содержащий один-единственный атом металла.

После выхода статьи Уилкинсона начался бум металлокомплексного катализа. Открывались новые комплексы, изучались новые реакции с их участием. Ажиотаж в этой области подогревался еще одним обстоятельством: новые катализаторы чрезвычайно напоминали ферменты, активными центрами которых служили все те же ионы металлов, упрятанные в глубь белковой оболочки. На горизонте замаячил призрак “великого объединения” разных ветвей катализа, разошедшихся полтора столетия назад.

Впрочем, раздавались и трезвые голоса. При многочисленных достоинствах новые катализаторы обладали и очевидным недостатком: после завершения каталитического процесса их было чрезвычайно трудно выделять из реакционной смеси для повторного использования, дело обстояло в точности как с ферментами, “одноразовые” катализаторы не представляли интереса для промышленности, вся экономия драгоценного металла при этом сходила на нет.

С другой стороны, ситуация была абсолютно идентична описанной выше для мелкораздробленных металлов. И выход из нее был точно таким же: нанесение комплексов металлов на поверхность твердых носителей. Работы в этой области начались почти незамедлительно – в начале 1970-х годов – и привнесли новый мощный импульс в бум металлокомплексного катализа.

За десять лет неустанной гонки было получено много интересных научных результатов, но переворота в технологии так и не произошло. Оказалось, что комплексы металлов не так всемогущи, как представлялось, и есть процессы, которые им не по зубам. Нанесение комплексов на поверхность носителя также не оправдало надежд. Да, исследователи получали часто очень активные катализаторы, но они быстро теряли свою активность. Образно говоря, они были хорошими спринтерами, но плохими стайерами. Они не могли конкурировать с использовавшимися тогда в промышленности металлическими и оксидными катализаторами, которые работали без замены месяцами и годами.

Эйфория спала, и начался этап “нормальной” науки по Томасу Куну. Множество металлокомплексных катализаторов довели “до ума”, и они нашли применение не только в лабораторной практике, но в промышленности, например в фармацевтической, где важна их способность осуществлять превращения в мягких условиях и строго определенным образом, а “одноразовость” и относительно высокая цена не имеют большого значения. В 2010 году исследования в этой области были отмечены Нобелевской премией по химии. Ее разделили американец Ричард Хек и японцы Эйити Негиси и Акира Судзуки, разработавшие методы получения сложнейших органических соединений с помощью палладиевых катализаторов. Кстати, выполнены эти исследования были в те далекие романтические годы. По признанию самих лауреатов, присуждение Нобелевской премии стало для них приятной неожиданностью. И это не просто фигура речи. В сущности, премией была увенчана обширная область химии и катализа, а поименный список лауреатов мог быть любым и включать, например, профессора МГУ, академика Ирину Петровну Белецкую, долго и плодотворно изучавшую применение в органическом синтезе именно палладиевых катализаторов.

Но вернемся в прошлое, на тридцать лет назад. В ходе исследований комплексов металлов выявилась одна пикантная деталь: оказалось, что единичные атомы неспособны катализировать протекание многих важных реакций, даже такой внешне простой, как гидрирование бензола. В определенном смысле атомы вели себя как люди – ведь есть дела, которыми мы можем заниматься только вдвоем, а с какими-то можно справиться лишь большой бригадой.

Так что химики стали создавать комплексы, ядро которых состояло из двух, трех и большего числа атомов металла. Их называли кластерами. Дело довольно быстро дошло до систем, содержащих сотни атомов металлов. Пионером в изучении таких “гигантских кластеров” был Илья Иосифович Моисеев, ныне академик, а тогда – просто заведующий лабораторией Московского академического института общей и неорганической химии.

В сущности, гигантские кластеры представляли собой частицы металла размером в несколько нанометров, покрытые оболочкой из органических молекул. Природа этих частиц была предметом яростных споров на научных конференциях. “Они же у вас черные, так? Металл! Факт!” – пренебрежительно говорили мы, уже списавшие традиционные металлические катализаторы в утиль. “Они темно-коричневые. Это комплексы!” – отвечали молодые сотрудники Моисеева, тоже боявшиеся слова “металл” как огня. Приступать с такими нападками к руководителю работ мы не рисковали, и отнюдь не из-за преклонения перед авторитетами – Илья Иосифович человек интеллигентный, но при случае жесткий и острый на язык, отбреет так, что мало не покажется. И ведь прав он оказался, точно предугадав главный вектор развития работ в катализе! Вот только термин “кластер” постепенно исчез из лексикона каталитиков, переместившись в другие сферы, в экономику, государственное управление, СМИ, где стал одним из самых модных словечек, в катализе же остались… наночастицы металлов.

Слухи о смерти металлических катализаторов оказались сильно преувеличенными, и именно наночастицы металлов были признаны лучшим классом катализаторов как с точки зрения стабильности, так и активности. Оказалось, что каталитическая активность нанокристаллов в расчете на один атом металла может быть даже выше, чем у изолированных атомов металла или их кластеров, состоящих из двух-трех атомов. Было также показано, что для каждой реакции существует оптимальный размер частицы металлического катализатора, при котором удельная активность катализатора в расчете на атом металла максимальна. Все эти закономерности были в основном выяснены в 70–80-х годах прошлого века и успешно реализованы на практике.

Если вдуматься, развитие представлений в катализе описало своеобразную синусоиду, вернувшись к давно известным наночастицам металлов, хотя, с другой стороны, и на более высоком уровне понимания. Но складывается впечатление, что люди, незнакомые с историей науки, уловили лишь последнюю восходящую ветвь синусоиды, подъем “снизу-вверх”, от комплексов, содержащих один атом металла, к металлическим наночастицам, и стали преподносить их как открытие последнего времени, как некий переворот в катализе, связанный с появлением нанотехнологий. И вот уже с высоких трибун звучат бодрые голоса, обещающие создание методами нанотехнологий новых катализаторов для экологически чистых процессов химической промышленности.В кругу специалистов все эти высказывания вызывают удивление, непонимание, обиду. А мы чем всю жизнь занимались – ромашки нюхали? Ситуация абсолютно идентична описанной ранее для сорбентов. И вывод из всего этого точно такой же: весь современный промышленный катализ – это и есть нанотехнологии, а разработанные учеными-каталитиками методы получения наночастиц металлов и результаты исследования их свойств составляют, несомненно, золотой фонд нанотехнологий.

Глава 7 Мал золотник, да дорог

Жил-был ученый. Звали его Гемфри Дэви (1778–1829). Он открыл натрий, калий, кальций, магний, стронций, барий и бор, явление электролиза и электрическую дугу, установил элементарную структуру хлора, предложил электрохимическую теорию химического сродства и тем самым заложил теоретические основы химии, а еще открыл “веселящий газ” – закись азота, долгое время использовавшийся в качестве наркоза при медицинских операциях, изобрел безопасную рудничную лампу и многое другое. Когда на склоне лет его спросили, какое из своих открытий он считает главным, Дэви ответил: “Я открыл Фарадея”.

Красивая легенда. Сегодня мы вкладываем в историческую фразу совсем не тот смысл, что Дэви, который делал, несомненно, ударение на слове “я”. Ему и в кошмарном сне не могло присниться, насколько ученик превзойдет учителя. Но именно так и случилось; Дэви, великий ученый и гениальный провидец, по сути оказался прав. Англичанин Фарадей – один из немногих ученых, чье имя знают во всем мире. Он – самый знаменитый из всех представленных в этой книге исследователей природы. И один из главных предтеч нанотехнологий.

Майкл Фарадей родился в 1791 году в пригороде Лондона в семье кузнеца. Из-за бедности он смог получить только начальное школьное образование, а в 13 лет пошел работать, сначала разносчиком книг и газет, затем подмастерьем в книжную лавку, где овладевал переплетным ремеслом. В этом “университете” Фарадей пробыл семь лет, с жадностью прочитывая все переплетаемые им книги. Наибольшее впечатление на него произвели статьи по электричеству в Британской энциклопедии и книга Джейн Марсе[29] “Беседы о химии”. Под их влиянием Фарадей стал посещать научно-популярные лекции в Городском философском обществе и воспроизводить увиденные и описанные опыты в домашней лаборатории, экономя буквально на всем. Вероятно, именно тогда выработался минималистский стиль экспериментов Фарадея. “Немного проволоки и несколько старых кусков дерева и железа дают ему возможность делать величайшие открытия”, – писал со смесью удивления и восхищения великий немецкий естествоиспытатель Герман фон Гельмгольц (1821–1894).

В двадцать один год Фарадей закончил обучение в лавке и получил звание мастера. Тут ему посчастливилось попасть на лекции Гемфри Дэви в Королевском обществе. И лекции, и сам лектор произвели на юношу неизгладимое впечатление, что предопределяло всю его последующую жизнь. Позже Фарадей вспоминал: “Желание уйти из торговли, которую я считал порочным и эгоистичным занятием, и посвятить себя служению науке, которая, как я представлял себе, делала своих последователей добрыми и свободными, заставило меня наконец сделать смелый и наивный шаг: написать письмо сэру Дэви”. К просьбе взять его на работу Фарадей приложил оригинальный подарок – сделанный им конспект лекций Дэви в искусном кожаном переплете. (Этот трехсотстраничный манускрипт до сих пор бережно сохраняется в Королевском обществе.) Дэви встретился с соискателем, поблагодарил за подарок, но просьбу отклонил.

Не было счастья, да несчастье помогло. При очередном взрыве в лаборатории Дэви поранил глаз, и ему потребовался помощник для записи результатов опытов. Тут он и вспомнил о Фарадее, о его хорошем почерке, аккуратности и готовности выполнять любую работу. Майкл приступил к своим обязанностям 1 марта 1813 года, а уже осенью Дэви предложил Фарадею сопровождать его в европейском турне, которое продлилось два года. Это была далеко не увеселительная поездка, по крайней мере для Фарадея. Он играл роль Фигаро: записывал мысли мэтра, таскал многочисленные баулы, чистил одежду и гулял с мопсом “мадам”. Но при этом жадно впитывал содержание бесед Дэви с Ампером, Вольтой, Гей-Люссаком и Шеврёлем, схватывая их мысли на лету, изучал хитроумные приборы в их лабораториях и помогал Дэви ставить его собственные эксперименты.

Один из них вошел в историю науки. Во Флоренции Дэви впервые доказал, что алмаз представляет собой чистый углерод. Для этого пришлось сжечь несколько алмазов, включая крупный бриллиант из перстня герцога Тосканы, но – наука требует жертв. В сущности, Дэви воспроизвел опыт средневековых флорентийских ученых, внеся в него существенное изменение. Он со своим валетом[30] помещал алмаз в заполненный кислородом стеклянный сосуд, запаивал его, а затем фокусировал на алмазе солнечный луч; алмаз при этом “испарялся”, а единственным веществом, которое удавалось обнаружить в сосуде, был углекислый газ.

По возвращении в Лондон Дэви стал доверять Фарадею проведение некоторых экспериментов, поручал ему самостоятельные исследования и способствовал публикации его первых научных статей. Все чаще случалось, что промышленники, не рискуя беспокоить сэра Гемфри, обращались к его помощнику с просьбой разрешить возникшие у них проблемы. Одна из них хорошо знакома и нам в наше высокотехнологичное время: железные изделия, увы, ржавеют. Подход, использованный Фарадеем при решении этой проблемы, характерен для всего его научного творчества: “наблюдать, изучать и работать”. Он шел от наблюдения: железные метеориты, хранившиеся в Британском музее, не ржавели. Фарадей провел их химический анализ и обнаружил значительную примесь никеля. Затем он ввел никель в расплав железа и получил то, что мы сегодня называем нержавеющей сталью. Аналогичный эффект наблюдался и при введении в железо других металлов, в частности хрома. Но, к сожалению, заказчик умер и результаты испытаний легли на полку на долгие десятилетия – для Фарадея это был незначительный эпизод, и он не занимался “торговлей” своими научными открытиями.

Дэви с Фарадеем еще проводили совместные исследования, но Дэви, естественно, слово “совместные” в голову не приходило, он был босс, а Фарадей – его помощник. Одно из этих исследований касалось сжижения газов. Идея для того времени была нетривиальной. Жидкость – это жидкость, а газ – это газ. Любая жидкость при испарении переходит в пар (или разлагается), но ниоткуда не следовало, что любой газ можно превратить в жидкость. Дэви придумал очень изящный экспериментальный прием, в результате чего им удалось получить жидкий хлористый водород.

Через несколько лет, развивая эти работы, Фарадей впервые получил в жидком состоянии хлор, сероводород, аммиак, диоксид азота, углекислый газ, этилен.

Споры из-за приоритета – самые жестокие в научном мире, особенно когда они происходят в паре учитель-ученик. Самая большая кошка, пробежавшая между Дэви и Фарадеем, носила имя электромагнетизм. В 1820 году датский физик Ханс Христиан Эрстед (1777–1851) опубликовал небольшую работу “Опыты, относящиеся к действию электрического конфликта на магнитную стрелку”. Работа привлекла внимание Дэви. Поразительно все же было устроено мышление ученых прошлого! Едва прочитав первое, довольно туманное сообщение о новом и неожиданном явлении, Дэви принялся размышлять ни много ни мало о том, как на его основе сделать двигатель, и даже выполнил со своим старинным другом Уолластоном[31] некоторые опыты, впрочем неудачные.

Фарадей принимал участие в их дискуссиях и, в свою очередь поэкспериментировав, заставил-таки проволочку непрерывно вращаться в поле магнита при пропускании через нее электрического тока от батареи. Так он изобрел то, что сейчас называют униполярным электродвигателем. В эйфории от собственного открытия Фарадей опубликовал полученные результаты, не поставив об этом в известность старших товарищей. Дэви пришел в ярость, грянула буря, надолго отбившая у Фарадея охоту заниматься электромагнетизмом.

В 1824 году Фарадея практически единогласно избирают членом Королевского общества. Нет сомнений, что единственный черный шар положил президент общества Гемфри Дэви, до голосования активно призывавший академиков отклонить кандидатуру Фарадея. Вскоре Дэви оставил занятия наукой. Работа с вредными химическими веществами подорвала его здоровье, он уехал лечиться в Швейцарию и в 1829 году, едва перевалив пятидесятилетнюю отметку, скончался. Звание первого английского химика перешло к Фарадею.

Именно так. Мы привыкли считать Фарадея великим физиком, но в его научной биографии был длительный “химический период”, он сделал ряд важнейших открытий в химии и, кстати, за эти работы был избран в 1830 году почетным членом Петербургской академии наук. Поразительно, но многие открытия он делал как бы походя, откликаясь на просьбы друзей, знакомых и промышленников и не придавая им, открытиям, большого значения.

Вот, например, история, произошедшая во времена, когда Лондон переводили на газовое освещение. Газ тогда получали из угольных шахт и собирали в железные баллоны, которые устанавливали в подвалах домов. Жители к новшеству относились настороженно, Вальтер Скотт язвительно писал, что теперь Лондон будет освещаться “угольным дымом”, да и сам Гемфри Дэви сомневался в жизнеспособности проекта. Но главная проблема заключалась в том, что с газом при перевозке что-то происходило и он уже не светил так ярко. В 1824 году промышленники попросили Фарадея разобраться в этом. Он довольно быстро установил, что в состав газа входят частицы, усиливающие его свечение при горении, но при перевозке и хранении осаждающиеся на стенках баллона в виде летучей маслянистой жидкости. Из нее Фарадей выделил новое вещество, которое заняло одно из центральных мест в теории и практике химии. Это был бензол. Фарадей установил состав бензола, споры же о строении этой простой молекулы продолжались, как мы помним, более столетия. Фарадей изучил некоторые химические свойства бензола и действием хлора получил из него гексахлоран. Эта реакция фигурирует во всех школьных учебниках. Он вообще первым получил хлорсодержащие органические соединения.

На следующий год Фарадей выполнил первый анализ каучука. Сок гевеи южноамериканские индейцы использовали с незапамятных времен, в Европе же патент на получение из него тканей для дождевиков получил в 1823 году шотландский предприниматель Чарльз Макинтош. При этом никто не знал, что представляет собой сок гевеи, – технологии и тут опережали науку. Макинтоша интересовало, с чем же он имеет дело, и он обратился за помощью к Фарадею. Тот установил, что сок гевеи на треть состоит из некоего вещества, собственно каучука, которое является “действующим началом”. Это вещество включало углерод и водород, оно было углеводородом, как и парафин. Фарадей довольно точно определил его состав – он соответствовал молекуле, которую мы сегодня называем изопреном. Ничего больше о строении каучука Фарадей сказать тогда просто не мог.

По просьбе своего друга Джона Гершеля[32] Фарадей создал тяжелое (свинцовое) боросиликатное стекло с очень хорошими оптическими свойствами для применения в телескопах. В отличие от многих других его исследований, эта работа заняла много времени – около пяти лет.

И наконец, Фарадей создал новый раздел науки – электрохимию, которая в наше время имеет неисчислимые технологические применения, от источников питания наших мобильных телефонов и ноутбуков до блестящих бамперов автомобилей. Собственно, работы по электролизу, действию электрического тока на вещество, начал Дэви, это позволило ему стать мировым рекордсменом по количеству открытых химических элементов, которые он получал электролизом расплавов щелочей и солей. Но именно Фарадей стал заниматься электролизом водных растворов, установил количественные законы электролиза и с подачи Уильяма Уэвелла[33] внедрил знакомые всем нам термины: ион, катион, анион, катод, анод, электрод.

“Физический период” в жизни Фарадея, гораздо более известный, многократно и подробно описанный, начался лишь после смерти Дэви. В 1831 году Фарадей вернулся к своему давнему опыту по электромагнетизму и практически мгновенно открыл явление электромагнитной индукции. Две проволочки, накрученные на железный штырь, – с этого незамысловатого устройства, хранимого в музее Королевского общества, началась вся современная электротехника. Но что подвигло Фарадея собрать эту конструкцию, пропустить электрический ток через одну проволочку и проверить, а не появляется ли ток в другой? Непостижимый ход мысли! Гений – одно слово. По той же категории проходят опыты по возникновению электрического тока при движении магнита внутри кольца из проволоки. После этого кажется вполне естественным, что Фарадей быстро создал первый электрогенератор, прообраз динамо-машины, хотя практической реализации идеи пришлось ждать довольно долго, первый патент на динамо-машину получил Вернер Сименс в 1867 году, он же предложил и термин.

Фарадей изучал воздействие магнитов на самые разные вещества, что привело его к открытию диамагнетиков и парамагнетиков и соответственно явлений диа– и парамагнетизма. Свет согласно теории Ньютона, все еще удерживавшей господствующее положение в оптике, тоже представлял собой поток материальных частиц-корпускул, так что Фарадей изучил воздействие магнита и на него. Он пропускал поляризованный свет, открытый незадолго до этого в 1808 году французским физиком Этьенном Луи Малюсом, через созданные им свинцовые стекла и обнаружил, что под действием магнита плоскость поляризации света поворачивается. Так Фарадей получил первое свидетельство электромагнитной природы света, что привело к созданию теории Максвелла и смене парадигмы в физике.

Многие историки науки и биографы любят противопоставлять этих двух ученых, говоря, что Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879) был гениальным мыслителем, описавшим электромагнитные явления точными математическими формулами, а Фарадей – “всего лишь” эмпириком, экспериментатором, пусть и лучшим в истории человечества. Современники зло шутили, что открытия Фарадея являются следствием его недостаточного образования, многие ученые заносчиво говорили о слабости математической подготовки Фарадея, которая ограничивалась начальными сведениями по тригонометрии и алгебре (что ж тут поделаешь, следствие тяжелого детства и юности!), да и мы, помнится, с улыбкой смотрели на “наивные” рисунки Фарадея с изображением силовых линий магнитного поля и восхищались изящной красотой уравнений Максвелла.

Но, как говорят художники, он так видел. И это видение помогало Фарадею проникать в суть явления, мы же, всецело полагаясь на математические уравнения и формализованные компьютерные расчеты, практически утратили эту способность. Да и что считать математикой? Сам Максвелл, например, к “наивным” рисункам Фарадея относился уважительно и называл их математикой очень высокого уровня, которую оценят лишь в будущем.Благодаря особенностям своего мировосприятия Фарадей видел связь вещей и явлений. Он довершил дело, начатое Франклином, и окончательно доказал, что между различными “видами” электричества, статическим, искусственным, “животным” и т. д., нет никакой разницы. Он утвердил связь между электрическими и магнитными явлениями, между электрическими и химическими процессами, между магнетизмом и оптикой. Фарадей способствовал созданию целостной картины мира, а точнее говоря, он видел эту картину во всем ее единстве и величии и смог донести это видение до нас. Что же касается вклада Фарадея в теорию, то об этом лучше всего сказал не кто иной, как Альберт Эйнштейн: “Надо иметь могучий дар научного предвидения, чтобы распознать, что в описании электрических явлений не заряды и не частицы описывают суть явлений, а скорее пространство между зарядами и частицами”. В работах Фарадея впервые возникло понятие поля , именно эту идею Эйнштейн считал самой оригинальной у Фарадея, самым важным открытием со времен Ньютона.Самое поразительное, что все эти эксперименты и открытия Фарадей делал в одиночку. В лаборатории ему помогал отставной солдат, человек рукастый и исполнительный, но совершенно чуждый науке. Учеников же и ассистентов у него не было. Возможно, Фарадей руководствовался тем, что от учеников одни проблемы, он сам был учеником и хорошо знал, чем все заканчивается. Но за пределами лаборатории Фарадей увлеченно занимался преподавательской деятельностью и популяризацией науки. Он прочитал огромное число публичных лекций с непременными демонстрациями экспериментов, в чем он был истинным виртуозом. Кстати, его цикл из шести лекций под названием “Химическая история свечи” издается до сих пор. Это поистине классика научно-популярного жанра.

Не менее известны в Англии того времени были и его воскресные проповеди, собиравшие множество людей из самых разных слоев общества, включая его коллег-ученых. Фарадей был глубоко верующим человеком и принадлежал к одной из самых ортодоксальных сект англиканской церкви – сандиманианской. В 1860 году он даже стал ее старейшиной. Как в одной голове могли укладываться занятия естественными науками и буквальная вера в тексты Ветхого Завета, понять трудно, но Фарадей все это прекрасно совмещал и, более того, считал, что вера в Бога помогает ему лучше проникать в тайны мироздания. Наверно, все дело в том, что он был гением, у гениев голова по-другому устроена.

Многолетние напряженные занятия наукой и общественной деятельностью привели к тому, что Фарадей просто-напросто надорвался, уже в пятидесятилетнем возрасте у него начались нелады с памятью. “Шесть недель работы для того, чтобы получить эти результаты, – записал он как-то в дневнике. – Самое скверное то, что, просматривая свои старые заметки, я обнаружил, что все эти результаты были уже получены мною восемь месяцев назад. Я совершенно о них забыл”.

12 марта 1862 года Фарадей сделал свой последний эксперимент. Все они были тщательно запротоколированы и пронумерованы. Последний имел номер 16041 – фантастическая производительность! Напоследок он переплел свои лабораторные журналы – пальцы помнили дело.

Он прожил еще пять лет. Они с женой не нажили ни детей, ни состояния. Поднявшись из низов в члены Королевского общества, Фарадей стал джентльменом, а, согласно тогдашним воззрениям, джентльмену не пристало получать деньги за занятия наукой. Даже если исследования проводились по заказу – “по просьбе” – промышленников. Подарки допускались – на усмотрение просителя. Но даже от многих таких работ Фарадей отказывался, предпочитая возиться с не сулящими никакой практической выгоды проволочками и магнитами. Ему еще повезло, что принц Альберт, муж королевы Виктории, восхищенный лекциями Фарадея, подарил ему дом в королевском поместье близ Лондона. Никаких других средств существования у четы Фарадеев не было. Как неоднократно говорил сам Фарадей: “Из праха вышел и в прах возвратишься, – и неизменно добавлял: – Бытие, 3: 19”.

Однако какое все это имеет отношение к нанотехнологиям? Можно было бы просто сказать, что Фарадей заложил основы современной физики и химии, открыл электрические, магнитные и оптические явления, без которых немыслимы нанотехнологии во всех своих многочисленных приложениях. Но я хочу сузить ответ и сосредоточиться лишь на одном эксперименте Фарадея, выполненном в 1847 году и продемонстрированном широкой публике в 1858 году на лекции “О связи золота со светом”.