Текст книги "Великие химики. Том 1"

Автор книги: К. Манолов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 14 (всего у книги 25 страниц)

Исследования по сжижению газов были прерваны неожиданной вестью, которую принес Дэви. Он вошел в лабораторию и, протянув Фарадею только что вышедший номер научного журнала, сказал, задыхаясь от волнения:

– Прочитайте эту статью! В ней даны очень интересные сведения. Датский физик Эрстед открыл, что магнитная стрелка отклоняется, находясь вблизи проводника, по которому идет электрический ток.

– Это подтверждение моей идеи, – возбужденно воскликнул Фарадей. – Я всегда считал, что у электричества и магнетизма одна и та же природа. И все-таки, чем автор статьи объясняет это отклонение?

– Объяснений пока нет, сообщается лишь сам факт.

– Для проверки можно повторить описанные опыты. Возможно, нам удастся проникнуть в суть явления.

Ученые занялись экспериментами, но вскоре Фарадей вынужден был продолжить работу один, так как Дэви занялся другими исследованиями. В конце 1821 года Фарадей закончил опыты. Ликующий, он вышел из лаборатории и отправился домой – в лоно спокойствия.

– Сара, сегодня у меня двойной праздник. Во-первых, я нашел окончательную формулировку нового закона: магнитная стрелка отклоняется точно под прямым углом к направлению электрического тока. А во-вторых, достроил прибор, в котором магнит может непрерывно вращаться вокруг неподвижного проводника.

– Майкл, я слабо разбираюсь в этих вещах, но искренне рада, если это так важно для тебя.

Фарадей установил принцип работы электромотора, однако развить идею до конца ему не удалось[329]329
  В своей статье «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма» Фарадей дал исключительно ясное физическое толкование проблемы трансформации электрической энергии в энергию механическую. Перевод этой статьи на русский язык см. в книге: Ефремов Д. В., Радовский М. И. Электродвигатель в его историческом развитии. – М. – Л.: Изд-во АН СССР, 1936, с. 1–20.


[Закрыть].

Чета Фарадей мирно и счастливо встретила новый, 1822 год. Этот и последующие годы были исключительно плодотворными для ученого.

Члены Королевского общества понимали, что молодой руководитель лабораторий института, Майкл Фарадей, вырос как ученый благодаря своему упорству и тяге к знаниям. По предложению Уолластона и Гершеля[330]330
  Джон Фредерик Уильям Гершель (1792–1871) – английский астроном, почетный иностранный член Петербургской Академии наук. Большое влияние на Фарадея оказали идеи Гершеля, который в отклонении магнитной стрелки под действием тока видел спиралевидную симметрию, аналогичную вращению плоскости поляризации светового луча при его прохождении через некоторые тела. Однако проведенные Фарадеем в 1834 г. и повторенные им в 1838 г. опыты с целью обнаружения действия электрического поля на свет не дали желаемого результата. О Гершеле см.: Колчинский И. Г. и др., ук. соч., с. 74; Еремеева А. И. Выдающиеся астрономы мира, ук. соч., с. 174–181.


[Закрыть] и с одобрения большинства Фарадей был избран членом Лондонского королевского общества. Это произошло в 1824 году. Годом позже Общество организовало курс лекций, с которыми Фарадей выступал каждую пятницу. Вскоре он завоевал репутацию отличного лектора. Он умел наглядно и просто объяснять самые сложные и запутанные вопросы. Его лекции посещались не только студентами, но и многими интересующимися наукой людьми. В 1827 году он был избран профессором.

В это время Фарадей стал работать в близком контакте с Гершелем. Молодой Гершель занимался изучением света. Для его исследований необходимы были самые разнообразные оптические приборы. Для их изготовления нужно было специальное оптическое стекло. Гершель обратился за помощью к Фарадею.

– Джордж Доллонд[331]331
  Джордж Доллонд (1774–1852) – один из членов потомственной английской семьи мастеров-инструментальщиков.


[Закрыть] выполнил все мои пожелания и сконструировал очень сложные приборы, но качество стекла линз меня не устраивает. Нужно стекло с лучшими свойствами преломления света. Я осмелюсь, господин Фарадей, попросить вашей помощи.

– В каком смысла?

– Попытайтесь создать стекло с хорошими преломляющими свойствами.

– Пожалуй, я попытаюсь помочь вам. Печь в подвале института, в которой когда-то варили сталь, еще сохранилась. Первые опыты проведем там. Для начала нам понадобится только несколько специальных тиглей.

Почти пять лет Фарадей получал и исследовал разнообразные сорта стекла. Он получил тяжелое боросиликатное стекло с очень хорошими оптическими свойствами[332]332
  В процессе работы по улучшению качества оптического стекла (1824–1830 гг.) Фарадей получил тяжелое свинцовое стекло, хорошо отвечавшее требованиям оптики. Это стекло применялось в микроскопах и призмах. Спустя 20 лет, используя свое «тяжелое стекло», Фарадей открыл явление вращения плоскости поляризации света. Открытое Фарадеем явление сыграло большую роль в развитии стереохимии.


[Закрыть]. Были получены и другие виды стекла. Однако постепенно Фарадей потерял интерес к этой работе. Его по-прежнему увлекало электричество. Но его аппаратура для исследований давно покрылась пылью: после смерти Дэви никто не занимался этими вопросами. Летом 1831 года Фарадей оставил все другие исследования и целиком посвятил себя этой проблеме. За короткий промежуток времени он открыл принцип действия трансформатора и динамомашины, явление электромагнитной индукции. Особенно интересными ему показались вопросы, связанные с прохождением электрического тока через различные вещества. Фарадей установил, что водные растворы некоторых веществ проводят электрический ток. Два конца проводника, которые он погружал в раствор электролита, были названы им электродами[333]333
  Фарадей предложил ряд электрохимических терминов, которые прочно вошли в науку: электролиз (с греческого – разложение электричеством), электрод (путь электричества), катод (путь вниз), анод (путь вверх), ион (идущий), электролит (вещество или раствор, подвергаемые электролизу), анион, катион, диэлектрик (Менпгуткин Б. Н., ук. соч., с. 176–177; Химия и жизнь, № 2, 1973; Выдающиеся физики мира, ук. соч., с. 175–183; Радовский М. И. Фарадей. – М.: Мол. гвардия, 1936. – (ЖЗЛ); Bugge G., ук. соч., с. 417–427; Голин Г. М., ук. соч., с. 52–55; История учения о химическом процессе, ук. соч., с. 134 и сл.; Азимов А. Краткая история химии: Развитие идей и представлений в химии. Пер. с англ. – М.: Мир, 1983, с. 65–68.


[Закрыть]. В это время он нередко встречался и беседовал с Реверендом Уэвеллом[334]334
  Реверенд Уильям Уэвелл (Вэвелл) (1794–1866) – английский ученый-классик и историк науки, коллега по работе Фарадея, участвовал в компании по введению в электрохимию новой терминологии; в своей «Философии индуктивных наук» (1840 г.) впервые употребил слово «ученый». О Уэвелле см.: Химия и жизнь, № 2, 38 (1973); Мамчур Е. А. Тр. XIII Межд. конгресса по истории науки. Секция I. – М., 1974, с. 322–325.


[Закрыть], занимавшимся историей науки.

– Когда я вращаю диск электрической машины, электричество, которое она создает, протекает через электроды в раствор. Оно вызывает разложение растворенного вещества на два вида частиц – катионы (несущие положительный заряд) и анионы (несущие отрицательный заряд). Потом катионы направляются к катоду, а анионы – к аноду. Здесь они теряют свои заряды и превращаются в нейтральные вещества. Вот схема процесса электролиза, – пояснил Фарадей.

– Будет ли этот процесс иметь практическое значение?

– Конечно. Еще до выяснения сущности этого явления Дэви сумел с его помощью получить калий, натрий, кальций и ряд других металлов.

– Занятно.

– Я могу показать действительно нечто занятное. Посмотрите. Эта бумажка пропитана раствором иодида калия. Присоединяю к ней оба проводника и начинаю вращать диск электрической машины. Видите, около одного электрода образовалось коричневое пятно. Это анод. Обратите внимание, как пятно постепенно увеличивается.

– Да, и чем дольше вы вращаете диск, тем обширнее становится коричневое пятно.

– Выделяется свободный иод. Но важнее другое. Вы имеете возможность наглядно убедиться в основной закономерности: количество выделенного на электродах вещества прямо пропорционально прошедшему через раствор количеству электричества.

Уэвелл остановил взгляд на склянке, наполненной каким-то раствором. В нее были погружены две пробирки, заполненные раствором.

– А это что такое?

Это вольт-электрометр. Закон электролиза, который я только что вам демонстрировал, может использоваться для измерения количества электричества. Если через этот раствор пропустить ток, в пробирках собираются водород и кислород. Чем больше соберется этих газов, тем большее количество электричества прошло через раствор.

– Придумано весьма остроумно.

– С помощью этого прибора я проверил, каков будет результат, если через различные растворы пропустить одно и то же количество электричества. И знаете, что установил?

Уэвелл с интересом ждал ответа.

– Количества веществ, выделенных одним и тем же количеством электричества, относятся друг к другу, как их химические эквиваленты.

Это были два великих закона – первый и второй законы электролиза.

– Знаете, Уэвелл, мне кажется, что я начинаю стареть.

– Вы еще полны энергии, Фарадей. О чем вы говорите?

– Что-то стали сильно побаливать ноги. У меня ведь ревматизм.

– А почему бы вам не отдохнуть? Поезжайте куда-нибудь на юг, подлечитесь.

– Я уж и так решил поехать с женой в Швейцарию.

Два года пребывания Фарадея в Швейцарии лишь ненамного облегчили его страдания. С 1835 года он сократил число лекций. Потом пришлось ограничить время и на исследования. Однако ученый не мог жить без лаборатории. Его постоянно занимали мысли об электричестве – этой таинственной и неизученной силе, которая порождается при движении проводника в магнитном поле, разлагает вещества, превращает кусок металла в магнит.

«Пространство около проводника приобретает особые свойства. Там создается электромагнитное поле, а интенсивность этого поля можно охарактеризовать посредством электромагнитных силовых линий…», – писал Фарадей.

Впервые ученый стал говорить об электромагнитных силовых линиях и электромагнитном поле[335]335
  Фарадей был физиком-материалистом, верящим во взаимопревращаемость всех сил природы, но он выступал против атомистики. Тем не менее А. Г. Столетов писал: «Никогда со времен Галилея свет не видел стольких поразительных и разнообразных открытий, вышедших из одной головы, и едва ли скоро увидит другого Фарадея…». О философских взглядах Фарадея см.: Кудрявцев П. С. Фарадей. – М.: Просвещение, 1968. – (Люди науки).


[Закрыть]. Однако для объяснения сути сделанных им открытий была необходима математическая обработка, но это было не по силам Фарадею. Лишь позднее его идеи получили блестящее развитие в математической теории электромагнитного поля Джемса Клерка Максвелла[336]336
  Джемс Клерк Максвелл (1831–1879) – выдающийся английский физик, крупнейший популяризатор, первый директор (с 1871 г.) Кавендишекой лаборатории Кембриджского университета, создатель теории электромагнитного поля (наряду с Фарадеем) и электромагнитной теории света; в 1860 г. открыл закон распределения молекул газа по скоростям. О Максвелле см.: Мак-Дональд Д., ук. соч., с. 63–115; Биографический словарь, ук. соч., т. 2, с. 9; Выдающиеся физики мира, ук. соч., с. 246–253; Томсон Д. П. Дух науки. – М.: Знание, 1970, с. 27–31; Карцев В. П. Приключения великих уравнений. – М.: Знание, 1971. – (Жизнь замечательных идей); Гернек Ф. Пионеры атомного века: Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга. Пер. с нем. – М.: Прогресс, 1974. с. 37–53; Карцев В. П. Максвелл. – М.: Мол. гвардия, 1974. – (ЖЗЛ); Кудрявцев П. С. Максвелл. – М.: Просвещение, 1976. – (Люди науки).


[Закрыть].

Только на старости лет Фарадей получил в качестве подарка от королевы Виктории большой и удобный дом. Здесь он провел последние годы своей жизни. Часто к нему приходили за советом ученые, промышленники. Однако болезнь не позволяла ему заниматься научной деятельностью систематически.

Умер Фарадей 25 августа 1867 года за письменным столом в Гэмптон Курте, близ Лондона, и был похоронен на Хангетском кладбище в Лондоне.

ЙЕНС ЯКОБ БЕРЦЕЛИУС

(1779–1848)

В мрачном коридоре университета в Упсале у кабинета профессора Йогана Афцелиуса переминались с ноги на ногу два тощих студента. Один из них нерешительно постучал в дверь, и сердце его замерло. Второй решительно нажал ручку двери, и вот уже оба стоят в кабинете, залитом солнцем, с множеством книжных шкафов по стенам. Профессор смотрел на них вопросительно.

– Мы пришли к вам с просьбой, – произнес один из студентов, – начну все по порядку.

Профессор снял очки, удобно устроился в кресле и приготовился слушать.

– Меня зовут Йене Якоб Берцелиус. А это мой брат Свен. Мы изучаем здесь медицину уже третий год.

– Братья, а совсем, не похожи друг на друга, – отметил вслух профессор.

– Свен – мой сводный брат, он моложе меня. Я родился в Вёферсунде[337]337
  Иёнс Якоб Фрайхерр Берцелиус родился 20 августа 1779 г.


[Закрыть]. Это маленькая деревня на юге Швеции. Мой отец был директором школы, но я его не помню; он умер вскоре после моего рождения. Мать осталась без средств и вышла вторично замуж. Я был совсем маленьким, когда родился Свен. Но, помню, очень обрадовался, узнав, что у меня появился брат. Потом на нас обрушилось горе – мать заболела и через несколько месяцев умерла. Я остался круглым сиротой. Денег на жизнь не хватало, а отчим мало заботился обо мне. Школу я посещал не регулярно, но учился хорошо. Когда вырос, уехал из дому в Упсалу. Я хотел изучить медицину и стать врачом. Моих сбережений хватило только на год. Я стал работать – помогал врачу в госпитале, давал частные уроки, и вот теперь я снова студент. Здесь, в университете, я понял, что, кроме медицины, есть много других интересных наук. Я тщательно изучил учебник Кристофа Гиртаннера[338]338
  Кристоф Гиртаннер (1760–1800) – немецкий врач и химик. Составленная им книга “Anfangsgriinde der antiphlogistischen Chemie” (Berlin, 1792) была переведена на русский язык академиком Я. Д. Захаровым (1756–1836): «Начальные основания химии, горючее существо отвергающей» (СПб, 1801).


[Закрыть] «Основы антифлогистонной химии», а в библиотеке ознакомился с последними открытиями Алессандро Вольта. Химия привлекает меня все больше, и потому я пришел к вам. Разрешите нам с братом провести несколько химических исследований в вашей лаборатории.

Берцелиус ждал ответа. Неужели профессор откажет?

Профессор Афцелиус задумался. Он мысленно перенесся в свою юность, вспомнил студенческие годы, когда сам мечтал трудиться во имя науки… Профессор Афцелиус поднял голову и сказал:

– Я могу удовлетворить вашу просьбу. Для тех, кто любит химию, всегда найдется место в моей лаборатории. Передайте эту записку управляющему Нильсену, и все будет в порядке.

Он благосклонно смотрел на сияющие лица своих студентов. Поблагодарив профессора, братья тут же направились в лабораторию.

Йене мечтал начать опыты как можно скорее. Несколько лет назад, работая помощником врача в госпитале, он исследовал минеральные воды. Теперь он хотел еще раз проверить анализы и дополнить их. Исследование было очень подробным, и Берцелиус намеревался представить его в качестве докторской диссертации.

Молодой исследователь скоро закончил работу с минеральными водами и переключился на исследование окиси азота. В то время газы все еще были недостаточно изучены и привлекали внимание многих исследователей. Берцелиус и его брат провела подробные анализы, изучили свойства окиси азота. Полученные результаты Берцелиус привел в статье, которую послали в Стокгольм, но в своем ответе Шведская Академия наук сообщала:

«Применяемая вами антифлогистонная номенклатура неприемлема для нашего журнала, и потому мы не можем опубликовать вашу статью».

– Заниматься газами больше не будем, – решительно сказал Берцелиус брату. – Лучше начнем изучать действие электрического тока. Может быть, именно электричеству принадлежит будущее, а мы знаем о нем так мало, особенно о era действии на организм.

– Конечно, это тоже очень интересно. А что будет источником электричества? – спросил Свен.

– Построим батарею.

– Идея-то отличная, но как ее осуществить?

– Ничего, осуществим! Знаешь, Свен, нам нужно только достать медные и цинковые пластины, остальное найдем здесь, в лаборатории.

– Медные пластины. – Свен задумался. – Откуда их взять?

– Вот. У меня уже есть.

Берцелиус протянул руку. На его ладони лежала большая медная монета.

– Замечательно! – воскликнул Свен. – А цинк? Материал для цинковых пластин они нашли у собора. Тут уже целый год работали мастера, обновляя его купол. Свен и Йене собрали целую кучу обрезков толстой цинковой жести, нарезали их на небольшие куски и стали собирать батарею, состоящую из 60 стаканов, в каждый из которых погрузили медную монету и цинковую пластину.

Затем братья приступили к исследованиям. Ток оказывал парализующее действие на животных – лягушек, мышей, а через несколько минут животные погибали. Берцелиус исследовал их внутренние органы. Накапливались очень интересные данные, но вскоре опыты пришлось приостановить. В 1802 году Берцелиус получил звание доктора медицины за исследование минеральных вод и через некоторое время уехал в Стокгольм. Его назначили ассистентом при Хирургической школе, но без выплаты жалованья.

Директор школы, доктор Бьернсен, встретил Берцелиуса со свойственной ему сдержанностью.

– У вас, как у врача, здесь много обязанностей. Надеюсь, вы будете исполнительны. У вас есть какие-нибудь средства на жизнь?

– Никаких. Студентом я жил на частные уроки.

– Теперь тоже следует найти учеников. Хочу верить, что через несколько лет вы сумеете доказать, что служите добросовестно, и тогда получите назначение с жалованьем.

Доктор Бьернсен помолчал с минуту, а затем спросил:

– Комнаты у вас наверняка тоже нет? Берцелиус кивнул.

– Позаботимся и об этом. Устрою вас в доме господина Вильгельма Хизингера. Он человек состоятельный и почтенный, владеет шахтами на севере Швеции. Дом у него большой, да и работы там хоть отбавляй. Платить за комнату вам не придется, но вы будете помогать ему в работе.

Хизингер (1766–1852) был своеобразным человеком. Шахты приносили ему большой доход, и он мог бы безбедно жить, но беспокойная натура его заставляла непрестанно искать в открывать новое. Большую часть времени он проводил в своей собственной лаборатории. Не получив систематического университетского образования, но обладая живым пытливым умом, Хизингер занялся анализом разнообразных минералов, собранных его помощниками. Многие из этих минералов еще даже не были названы, но Хизингер не сомневался, что в них содержатся неизвестные элементы. Он мечтал открыть какое-нибудь новое вещество, чтобы это открытие принесло ему славу. Знакомство с Берцелиусом оказалось для него настоящей находкой. Теперь они совместно проводили химические исследования.

Лаборатория Вильгельма Хизингера находилась на нижнем этаже дома. Она была не очень большой по размерам, но зато в ней было все самое необходимое. Берцелиус стал проводить исследования, однако результаты не удовлетворяли его.

– Надо попробовать разложить вещества электрическим током. Некоторые ученые в этом добились хороших результатов.

Хизингер готов был на руках носить своего нового столь способного помощника и с воодушевлением выполнял все его указания. Они добыли материалы для батареи, и через некоторое время в лаборатории появился источник электрического тока.

Коллеги приготовили водные растворы солей и стали пропускать через них электрический ток. Первые же результаты оказались чрезвычайно интересными: на отрицательном полюсе выделялся металл (медь, серебро, никель) или пузырьки водорода, на положительном полюсе – кислород. Берцелиус исследовал растворы около полюсов и установил, что после прохождения тока раствор у положительного полюса приобретает кислый характер, а у отрицательного – щелочной.

– Если после протекания электрического тока соли разлагаются, образуя кислоту и основание, приходится принять, что все соли состоят из кислоты и основания. Последние притягиваются отрицательным полюсом. Это означает, что они заряжены положительно, – утверждал Берцелиус.

– Тогда кислоты должны быть отрицательно заряженными, не так ли? – спросил его Хизингер.

– Конечно. Все опыты дают нам одни и те же результаты. Металлы тоже должны быть положительными, как и основания, которые они образуют, потому что они тоже выделяются на отрицательном полюсе.

– Помнишь, Йене, несколько дней назад ты рассказал мне об исследованиях англичанина Гемфри Дэви. Он установил, что основание содержит кислород. Но ведь, по мнению Лавуазье, кислоты содержат кислород?

– Они оба правы, Вильгельм. Основания получаются при соединении металла с кислородом, а кислоты – при соединении неметалла с кислородом.

Эти первоначальные наблюдения легли в основу известной дуалистической электрохимической теории. Молодой Берцелиус работал над ней в течение последующих лет, и она стала впоследствии отправной точкой в трудах ученых первой четверти XIX века.

Результаты этих исследований Берцелиус и Хизингер описали в статье, которая осталась почти не замеченной учеными.

Внимание обоих исследователей привлек интересный минерал. Они разлагали его концентрированной серной кислотой и попытались получить с помощью электрического тока содержащийся в нем металл. Однако это им не удалось: вместо металла на отрицательном полюсе образовалось бесцветное, с едва заметным желтым оттенком порошкообразное вещество, нерастворимое в воде. Назвали его цериевой землей, или церием.

– Несомненно, это окись какого-нибудь неизвестного металла, но, к сожалению, он очень прочно связан с кислородом. Даже электричество не может их разъединить.

– Все-таки это важное открытие, – сказал Хизингер. – И пусть кто-то другой получит чистый металл, окисел которого открыли мы.

Независимо от них в Германии Мартин Клапрот[339]339
  Мартин Генрих Клапрот (1743–1817) – немецкий химик-аналитик,почетный иностранный член Петербургской Академии наук, профессор химии в Берлине, один из первых сторонников Лавуазье в Германии; ввел в химию операции сушки и прокаливания осадков; открыл четыре новых элемента (уран и цирконий в 1789 г., титан в 1795 г., церий в 1803 г.). О Клапроте см.: Джуа М., ук. соч., с. 151; Bugge G., ук. соч., т. I, с. 334–341; Dann G. E. Martin Heinrich Klaproth. – Berlin: Akademie-Verlag, 1958; Становление химии как науки, ук. соч., с. 138–140 и сл.; Сабадвари Ф., Робинсон А., ук. соч., с. 88–92; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 238–239.


[Закрыть] тоже получил эту окись, но и он не смог выделить чистый металл.

Предвидение Хизингера сбылось. Спустя почти три десятилетия Карлу Густаву Мосандеру[340]340
  Карл Густав Мосандер (1797–1858) – ученик Берцелиуса и его преемник по кафедре химии, исследователь редких земель, открывший в 1839 г. лантан, а в 1843 г. эрбий и тербий. В исторической литературе по химии не сообщается об участии Мосандера в открытии церия (Фигуровский Н. А., ук. соч., с. 143; Становление химии как пауки, ук. соч., с. 207 и др.; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 345).


[Закрыть] удалось выделить чистый металл – церий.

Берцелиус всегда работал углубленно и точно. Его считали одним из самых образованных людей в Швеции. В мае 1806 года он был назначен лектором химии в Хирургическую школу. Таким образом отпала забота о заработке. Кроме работы в лаборатории, он начал писать учебник по физиологической химии. Просматривая литературу в библиотеке, он наткнулся на книгу Иеремии Рихтера[341]341
  Иеремия Вениамин Рихтер (1702–1807) – немецкий химик-технолог, иностранный чл.-корр. Петербургской Академии наук, открыл закон эквивалентов (1792–1806 гг.), на протяжении длительного времени был последователем флогистонной теории. Его сочинение «Начальные основания стехиометрии или искусства измерения химических элементов» (1792–1794 гг.) не было по достоинству оценено современниками. Новый термин «стехиометрия» – искусство измерения химических элементов, основанное на законах, согласно которым они соединяются между собой, вошел в употребление спустя долгое время. О Рихтере см.: Джуа М.. ук. соч., с. 164; Становление химии как науки, ук. соч., с. 437–448; Сабадвари Ф., Робинсон А., ук. соч., с. 78–81; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 431–432.


[Закрыть] «Основные начала стехиометрии или искусство измерять элементы». В этой книге Рихтер говорил о «соединительных весах». Рассматривая реакции между кислотами и основаниями, он делал важный вывод: «Если определенное количество кислоты нейтрализуется различными основаниями, то количества оснований эквивалентны между собой и могут нейтрализоваться одним и тем же количеством другой кислоты». Эти количества Рихтер назвал соединительными весами.

Несколько дней спустя Берцелиус прочитал знаменитые статьи Джона Дальтона об атомной теории и о первых попытках определить атомный вес элементов.

Берцелиус нашел идеи Дальтона многообещающими и стал ревностным приверженцем атомной теории. Но его критический склад ума и тонкая интуиция искусного аналитика подсказали ему, что данных, приведенных во многих статьях, недостаточно. Надо было синтезировать все возможные соединения какого-либо элемента, с большой точностью проанализировать их, вычислить соединительные веса, и только тогда можно было установить истинную величину атомного веса. Это была весьма нелегкая задача, труд, непосильный одному человеку. И все-таки Берцелиус занялся установлением атомных весов. Он понимал, что для достижения цели требовалось много труда и времени, но это не могло остановить его. Он решил атаковать элементы один за другим и определить их атомные веса.

Берцелиус начал с самого простого вещества – воды. Тщательно проведенные анализы позволили установить ее процентный состав: 11% водорода и 89% кислорода.

– Если за основу возьмем атом водорода, то получится, что одной весовой части водорода соответствуют 8 весовых частей кислорода, а не 7, как определил Дальтон. Можно ли быть наверняка уверенным, что один атом водорода соединяется с одним атомом кислорода? Это только предположение. Если атом водорода вступает во взаимодействие с двумя атомами кислорода, атомный вес последнего должен быть равен 4. В противном случае, когда два водородных атома связываются с одним атомом кислорода, атомный вес кислорода будет равен 16. Как видим, возможно несколько сочетаний, следовательно, приходится искать способ установления истины.

Берцелиус не находил покоя: как выйти из этого заколдованного круга?

В 1807 году его назначили профессором Стокгольмского университета, а через год Берцелиус был уже членом Академии наук. Еще два года спустя ему было поручено руководство кафедрой химии и фармации Каролинского медико-хирургического института. Но по-прежнему для него существовала только одна, занимавшая все его мысли проблема – атомные веса.

Сравнивая результаты исследований многих ученых, Берцелиус пришел к выводу, что вода состоит из двух атомов водорода у одного атома кислорода. В таком случае атомный вес кислорода должен быть равен 16. Анализы шли хорошо, но трудность появилась в другом. Водород образовывал очень мало соединений с элементами, а с большинством вообще не соединялся. Надо было бы выбрать другой, более активный элемент, думал ученый.

Для Берцелиуса, как и для Лавуазье, кислород имел исключительное значение в химии. Он образовывал окислы со веема известными элементами. Кроме того, было известно и о других соединениях, которые также содержали кислород. Это давало возможность непосредственно определять атомные веса элементов по отношению к кислороду. Берцелиус твердо верил, что работа сильно упростится, если атомные веса определять по кислороду.

– Если атомный вес – условная величина, кратная основной единице, для сравнения удобнее выбрать кислород и при-пять его атомный вес за 100. Тогда элементы легче кислорода будут иметь атомные веса меньше 100, а более тяжелые – больше 100.

Однако самая важная проблема оставалась пока не решенной. Для каждого отдельного случая приходилось устанавливать формулу соединения, то есть определять число связанных между собой атомов, чтобы можно было вычислить атомный вес, изучать свойства веществ, сравнивать их, искать новые методы анализа.

Берцелиус был неутомимым. Число синтезированных, очищенных и проанализированных веществ нарастало с каждым месяцем – 100, 200, 300… Минули годы. Веществ стало 1000, а Берцелиус все еще продолжал работать – упорно и систематически. На протяжении почти 20 лет он изучил более 2000 соединений известных тогда 43 элементов, чтобы определить их атомные веса. Успех его был бесспорным, большая часть полученных значений определена с той же точностью, с какой и ныне вычислены атомные веса элементов.

Долгим и трудным был путь, по которому Берцелиус шел к истине. Например, он принимал, что одному атому металла, чтобы образовать окисел, нужно было связаться по крайней мере с одним атомом кислорода. На основании этого допущения он предложил следующие формулы окислов меди: CuO (для красного) и CuO₂ (для черного). Такое же предположение он сделал и в отношении двух окислов ртути: HgO и HgO₂. Поскольку окислы многих металлов были сходны по своим свойствам с черным окислом меди, Берцелиус написал их формулы следующим образом: CaO₂, MgO₂, ZnO₂, FeO₂ и так далее. Высший окисел железа содержал в полтора раза больше кислорода, поэтому его формула должна быть FeO₃. Окислы хрома и алюминия, свойства которых были аналогичны свойствам высшего окисла железа, Берцелиус обозначал формулами CrO₃ и AlO₃. Такие ошибочные представления о формулах этих окислов изменились только тогда, когда Берцелиус узнал, что хром образует еще один окисел, который взаимодействует с водой, давая хромовую кислоту. В соответствии с более высоким содержанием кислорода формулу этого окисла надо написать как CrO₆. Берцелиус изучил свойства хромовой кислоты и установил, что она сходна с серной кислотой. Но ангидридом серной кислоты является SO₃, тогда и ангидрид хромовой кислоты – CrO₃. В таком случае низший окисел хрома следовало обозначить формулой Cr₂O₃, а аналогичные по свойствам окислы железа и алюминия – формулами Fe₂O₃ и Al₂O₃. Применение этих формул требовало изменения формул и низших окислов: ZnO, CaO, FeO, MgO и так далее.

Берцелиус отнюдь не ограничивался только исследованиями, связанными с определениями атомных весов. Другая, не менее важная проблема – химическое сродство – заинтересовала его еще задолго до начала определений атомных весов. Во время своих первых опытов по изучению действия электричества Берцелиус пришел к мысли, что у элементов и их соединений есть электрический заряд. Он систематизировал свои наблюдения и выводы в целостную электрохимическую теорию, о которой впервые услышали после публикации его работы в 1811 году в «Физическом журнале» Метри[342]342
  Жан Клод де ла Метри (1743–1817) – французский физик и натуралист, ученик Г. Бургаве, издатель «Журнала физики, химии, естественной истории и искусств». О Метри см.: Джуа М., ук. соч., с. 122, 146, 159; Bugge G., ук. соч., т. I, с. 294; Становление химии как науки, ук. соч., с. 67.


[Закрыть]. Согласно теории Берцелиуса, металлы обладают положительным электрическим зарядом, а неметаллы – отрицательным. Самый отрицательный – кислород, а самый положительный – калий. Все остальные элементы по степени их электрического заряда находятся между ними. Свойства неметаллов отличаются некоторыми особенностями. По отношению к кислороду они положительны, поэтому могут соединяться с ним, образуя окислы, а по отношению к металлам – отрицательны и тоже могут соединяться с ними.

^{Аппаратура Берцелиуса для сожжения органических веществ} 

Взаимодействие элементов объясняется тем, что противоположные заряды притягиваются. Например, самый отрицательный элемент – кислород – притягивается остальными элементами и соединяется с ними. Образовавшиеся окислы, однако, не являются нейтральными; у них тоже есть электрический заряд. Окислы металлов заряжены положительным электричеством, а неметаллов – отрицательным. Между ними также действует сила притяжения, и при их взаимодействии образуются соли. Окись кальция, например, положительна, а двуокись углерода отрицательна. При их взаимодействии образуется карбонат кальция.

Полученные в результате реакций соли тоже не абсолютно нейтральны: они несут некоторый положительный или отрицательный заряд. Две противоположно заряженные соли могут притягивать друг друга и образовывать двойную соль. Квасцы, например, получаются из положительного сульфата натрия и отрицательного сульфата алюминия.

Теория была простой, наглядно объясняла все химические процессы, и поэтому она сразу же снискала всеобщее признание. Ее называли дуалистической, так как в ее основу было положено существование двух противоположных начал – положительного и отрицательного электричества.

Берцелиуса ценили как ученого не только в Швеции, но и в Западной Европе. Он поддерживал переписку с видными деятелями науки Германии, Англии, Франции[343]343
  Часть переписи Берцелиуса с европейскими учеными хранится в Ленинградской публичной библиотеке им. М. Е. Салтыкова-Щедрина (Люблинская А. Д. Вопросы истории естествознания и техники, вып. 5, 1957, с. 177–182). Берцелиус вел переписку и с русскими учеными, свидетельством чего являются опубликованные письма его к знаменитому казанскому химику К. К. Клаусу (Вопросы истории естествознания и техники, вып. 7, 1959, с. 148–149) и харьковскому химику Ф. И. Гизе [Куринной В. И. Труды Ин-та истории естествознания и техники АН СССР, 30, 333–343 (1960)]. В книге Соловьева Ю. И., Куринного В. И. (Якоб Берцелиус: Жизнь и деятельность. – 2-е изд. – М.: Наука, 1980) отдельная глава посвящена связям Берцелиуса с русскими учеными. Из русских химиков у него работали: Г. И. Гесс, Ю. Ф. Фрицше, Г. В. Струве (Биографии великих химиков, ук. соч., с. 142).


[Закрыть]… Особенно долго он переписывался с Клодом Луи Бертолле и Гемфри Дэви. Он мечтал о встрече с этими великими учеными, хотел ближе познакомиться с их исследовательской деятельностью, обсудить некоторые проблемы.

В 1812 году Берцелиус получил разрешение выехать во Францию, но война между Францией и Россией помешала ему осуществить свои планы. И он отправился в Англию.

Берцелиус с нетерпением ждал встречи с Дэви. Но тот, однако, оказал ему холодный прием. Дэви незадолго до этого женился и готовился к свадебному путешествию по Европе. Берцелиус был поражен такой встречей и считал, что хлопоты, связанные с отъездом, никак не могли оправдать Дэви. Он предполагал, что причина такого отношения к нему английского ученого кроется в другом.

Дэви достиг вершин славы путем упорного труда и самообразования. Однако ему не хватало глубоких теоретических знаний. Он понимал тем не менее, что электрохимическая теория Берцелиуса была достаточно убедительной. Дэви чувствовал, что у шведского ученого глубокий и проницательный ум, хорошая теоретическая подготовка, и немало этому завидовал.

Берцелиус встретился в Лондоне с другим ученым – Александром Марситом, с которым связали его впоследствии узы дружбы.

– Я хотел бы, доктор, Марсит, посетить ваши лекции по химии, посмотреть, как вы демонстрируете опыты, как объясняете теоретические проблемы. Одним словом, хочу поучиться у вас, – обратился к нему Берцелиус.

– Едва ли вы чему-либо можете научиться у меня, господин Берцелиус, но я в вашем полном распоряжении. Надеюсь, нам обоим пойдет на пользу наше знакомство.

Доктор Марсит помог Берцелиусу в разработке лекций по химии и практических занятий с демонстрацией опытов. Берцелиус встречался в его доме с Уильямом Уолластоном, Смитсоном Теннантом[344]344
  Смитсон Теннант (1761–1815) – английский химик, член Лондонского королевского общества, профессор химии Кембриджского университета. В 1803 г. открыл осмий и иридий, изучал углекислый газ, был учителем Уолластона. О Теннанте см.: Меншуткин В. Н. Химия и пути ее развития. – М. – Л.: Изд-во АН СССР, 1937, с. 127; Биографический словарь деятелей естествознания и техники, ук. соч., т. 2, с. 263–264; Становление химии как науки, ук. соч., с. 194–200 и др.; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 487.


[Закрыть], Фредериком Акумом, Томасом Юнгом[345]345
  Томас Юнг (1773–1829) – английский физик, врач и астроном, один из создателей волновой теории света. Ему принадлежит большое количество работ по физике, химии, физиологии, медицине, астрономии, геофизике, технике, филологии и др.; ввел модуль Юнга для характеристики упругости при растяжении и сжатии; написал около 60 статей для «Британской энциклопедии». О Юнге см.: Биографический словарь деятелей -естествознания и техники, ук. соч., с. 416–417; Wood A., Oldham F. Thomas Young, natural philosopher, 1773–1829. – Cambridge, 1954; Выдающиеся физики мира, ук. соч., с. 146–150; Творцы физической оптики / Сост. У. И. Франкфурт. – М.: Наука, 1973, с. 115–166; Храмов Ю. А., ук. соч., с. 313–314.


[Закрыть], Джемсом Уаттом, Уильямом Гершелем и другими учеными. Он подробно осмотрел их лаборатории, интересовался новой аппаратурой и приборами, заказал в Лондоне все, чего не хватало в его собственной лаборатории в Стокгольме.

В Швецию Берцелиус вернулся в конце октября 1812 года и привез три огромных ящика с оборудованием. Лаборатория оказалась слишком тесной, чтобы разместить все необходимое, и поэтому часть приборов пришлось вывезти в подвалы Каролинского медико-хирургического института.

Он с новой энергией принялся за работу и опять – за свое любимое дело: определение атомных весов. Берцелиус провел анализы большого числа соединений и вычислил атомные веса почти всех элементов. Он приступил уже к составлению таблиц, но что-то его постоянно смущало, и он чувствовал какую-то неудовлетворенность. Берцелиус чертил разнообразные кружки, которыми Дальтон обозначал элементы, и недовольно кривил губы.

– До чего же неудобны эти знаки! Их трудно писать, они сложны для запоминания, а когда приходит время их печатать, возникает целая трагедия.

У печатников действительно не было таких знаков, их приходилось готовить специально. Каждый печатник отливал знаки различной величины, и формулы получались очень пестрыми. Необходимо было изобрести новый, более удобный способ обозначения элементов.

Берцелиус взял список элементов и принялся внимательно его рассматривать, мысленно перечисляя основные свойства каждого из элементов.

Самое удобное – обозначить элементы буквами. Тогда не будет необходимости в специальных типографских знаках. И, кроме того, они легче запоминаются и пишутся. Допустим, достаточно первой буквы латинского названия элемента. Кислород в таком случае будет обозначаться буквой О (оксигениум), а водород Н (гидрогениум). Берцелиус с увлечением начал записывать названия и знаки элементов, пока не дошел до ртути. Ее латинское название начинается тоже с Н (гидраргирум). Что ж, значит, к первой букве нужно добавить еще один знак. Латинские названия углерода, хрома и меди тоже начинаются с одной и той же буквы – C. Следовательно, выбор букв должен подчиняться какой-то закономерности. Во избежание повторений он предложил одной буквой обозначать неметаллы, а если возникает необходимость, добавлять вторую букву, которая должна применяться для металлов. Для обозначения углерода осталась буква C, для меди – Cu, а для хрома – Cr. Согласно этому правилу, он обозначил азот буквой N, никель – Ni, водород – Н, ртуть – Hg и так далее.