Текст книги "Великие химики. Том 2"

Автор книги: К. Манолов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 26 страниц)

«Я взялся за эту работу еще потому, что такого рода исследования совпадали с моим взглядом на обязанности русского натуралиста. Мне всегда было непонятным, почему наши натуралисты не хотят выбрать для своих исследований такой научный вопрос, материалом для которого служила бы русская природа. Тогда мы не были бы свидетелями того, что Россия изучалась прежними нашими профессорами и академиками иностранцами, да и теперь нередко изучается приезжими иностранными учеными».

Внимание Марковникова именно к кавказской нефти привлек крупный и предприимчивый нефтепромышленник В. И. Рагозин, по заказам которого также работали Д. И. Менделеев, В. О. Ковалевский[228]228
  Владимир Онуфриевич Ковалевский (1842–1883) – русский естествоиспытатель, основоположник эволюционной палеонтологии; прожил тяжелую и короткую жизнь. Его основополагающие работы высоко оценивал Ч. Дарвин, выявленная им закономерность исторического развития животных носит название «закон Ковалевского». Большое количество выдающихся трудов создал всего за пять лет. О Ковалевском см.: Биографический словарь, ук. соч., т. 1, с. 426–427.


[Закрыть], Ф. Ф. Бейльштейн и А. А. Курбатов[229]229
  Аполлон Аполлонович Курбатов (1851–1903) – русский химик-органик, профессор Петербургского технологического института с 1893 г. Участвовал в разработке метода хлорирования бензола газообразным хлором в присутствии трех– или пятихлористой сурьмы; изучал кавказские нефти. О Курбатове см.: Биографический словарь, ук. соч., т. 1, с. 473–474.


[Закрыть]. Помощником Марковникова в этих исследованиях стал В. Н. Оглоблин, посвятивший изучению нефти всю свою жизнь.

Первая статья Марковникова и Оглоблина появилась в 1881 году, а в 1883 году в их же большой статье «Исследование кавказской нефти» был подведен итог всех исследований по этому вопросу, произведенных в Московском университете. Авторы изучили элементный состав нефти и отдельных ее погонов, содержание серы, зольность, способность к коксообразованию и определили кислотные компоненты нефти – нафтены и вещества фенольного характера, причем нафтенов в бакинской нефти оказалось не менее 80%– Эта работа Марковникова и Оглоблина была удостоена Русским химическим обществом премии имени П. А. Ильенкова[230]230
  Павел Антонович Ильенков (1821–1877) – русский химик-технолог, окончил Петербургский университет, совершенствовал образование в Германии и Франции, работал в Москве. В 1851 г. издал лучший в то время «Курс химической технологии», автор других руководств. Удостоен Демидовской премии в 1852 г. Об Ильенкове см.: Биографический словарь, ук. соч., т. 1, с. 377; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 207–208.


[Закрыть].

Большая заслуга Марковникова заключается прежде всего в том, что для выяснения положения нафтенов в ряду других классов органических соединений он выделил из кавказской нефти множество индивидуальных веществ, изучил их физические и химические свойства, синтезировал различные представители полиметиленового ряда (циклоалканы), разработал методы синтеза циклических кетонов, нафтеновых кислот, полиметиленов.

После восьми лет напряженного труда, частых поездок, бесчисленных опытов Марковников расширяет понятие нафтенов и указывает, что к этой группе принадлежат также природные соединения: инозиты, терпены, природные спирты, кверцит и их производные. В это же время он ставит вопрос о том, не будут ли найдены в нефти углеводороды, представляющие собой иные циклы, кроме нафтенового шестичленного. Уже в следующем году он синтезирует семичленное кольцо: при сухой перегонке кальциевой соли пробковой кислоты он получил циклический кетон – суберон (циклогептанон) с семью углеродными атомами в цикле, который затем сумел превратить в суберол (циклогептанол), а в 1896 году – и восьмичленный цикл. В 1899 году Марковников пришел к выводу о присутствии в кавказской нефти метилпентаметилена (что позднее блестяще подтвердилось) и предпринял первую попытку химической классификации нефтей.

За выдающиеся исследования по химии кавказских нефтей Международный нефтяной конгресс в Париже присудил В. В. Марковникову в 1900 году золотую медаль. По отзыву итальянского химика С. Кавниццаро, Марковников обогатил «чистую науку новым типом углеродистых соединений, которые всегда будут связаны с именем Вл. Марковникова».

В последующие годы его интересовали вопросы минеральной химии и геологии, он разбирается в происхождении соляных озер и нахождении в них глауберовой соли, производит массу анализов солей и рапы. Он не устает подчеркивать тесную связь науки с промышленностью, активно работает по популяризации научных знаний, ведет колоссальную общественную работу, а во время русско-турецкой войны развивает исключительно интенсивную деятельность по организации санитарной помощи действующей армии: поездки в Румынию и за Дунай, налаживание дезинфекции госпиталей, санитарных поездов и полей сражений, борьба с инфекционными болезнями (чумой).

«Ученым можешь ты не быть, а гражданином быть обязан», – любил повторять Марковников. И это было его жизненным кредо.

Тяжелые воспоминания связаны с 1890 годом, когда он «выслужил 30 лет по учебной части Министерства народного просвещения» и должен был по положению уступить кафедру химии в Московском университете другому лицу. Летом 1893 года попечитель Московского учебного округа предложил Марковникову сдать лабораторию молодому экстраординарному профессору, бывшему приват-доценту Новороссийского университета в Одессе Николаю Дмитриевичу Зелинскому[231]231
  Николай Дмитриевич Зелинский (1861–1953) – выдающийся советский химик-органик, академик с 1929 г. С 1917 г. работал в Московском университете, а с 1935 г. – одновременно в Институте органической химии АН СССР, которому в 1953 г. присвоено его имя. Он был Героем Социалистического Труда, лауреатом премии им. В. И. Ленина (1934 г.) и трех Государственных премий СССР, почетным членом ВХО им. Д. И. Менделеева, основателем крупной научной школы химиков-органиков. Зелинский синтезировал многочисленные углеводороды с 3–9 атомами углерода в кольце, в 1910 г. открыл явление дегидрогенизационног» катализа, а в 1911 г. – необратимого катализа. В 1916 г. создал модель противогаза. Он является одним из основоположников учения об органическом катализе, внес существенный вклад в решение проблемы происхождения нефти (органическая теория), получил большое количество органических соединений и изучил их свойства. О Зелинском см.: Биографический словарь, ук. соч., т. 1, с 358–359; Балезин С. А., Бесков С. Д., ук. соч., с. 200–209; Мусабеков Ю. С, Черняк А. Я., ук. соч., с. 313–319; Ников Е. Зелинский. – М.: Мол. гвардия, 1964. – (ЖЗЛ); Андрусев М. М., Табер А. М. Н. Д. Зелинский. – М.: Просвещение, 1984 – (Люди науки); Волков В. А. и др., ук. соч., с. 198–199; Биографии великих химиков, ук. соч., с. 212–218.


[Закрыть].

Марковников все же остался в университете, продолжал работать, но тяжело переживал отстранение от руководства кафедрой.

…Марковников очнулся от воспоминаний, услышав свое имя в очередной раз. Он поднялся из кресла, чтобы принять диплом почетного члена Казанского университета и многочисленные поздравления. Потом юбиляр подошел к трибуне, довольно долго молчал, собираясь с мыслями, и наконец начал ответную речь, в которой невольно нашли отражение почти все промелькнувшие в уме воспоминания.

– В заключение позволю себе обратиться к молодым ученым и деятелям с одним советом… – Он оглядел зал и продолжил со слезами на глазах. – Чтобы в будущем не испытывать горькой досады, нравственных мучений, позвольте вам посоветовать никогда не откладывать до завтра то, что можно сделать сегодня. Я был бы вполне счастлив, если бы мой опыт и мои слова побудили хотя бы десять человек из здесь присутствующих держаться этой старой истины…

Отшумели юбилейные торжества, и Марковников продолжал трудиться, однако недуг постепенно подкрадывался к нему. В декабре 1903 года он поехал в Петербург сделать доклад о своих последних работах в Русском физико-химическом обществе. На обратном пути уже немолодой ученый простудился и дома слег с тем уже, чтобы никогда больше не подняться. 11 февраля 1904 года Владимира Васильевича Марковникова не стало.

«Московский университет лишился одного из своих славных деятелей, а русские химики – знаменитого ученого, описание трудов которого составит одну из блестящих страниц в истории науки в России». Так прощалась Родина с одним из своих дорогих сыновей.

АНРИ ЛЕ ШАТЕЛЬЕ

(1850–1936)

В наступившей вечерней тишине слышалось стрекотание цикад, потрескивание горящих в печи поленьев да скрип телег, нагруженных большими глыбами известняка.

Анри сидел у деревянного сарая, не спуская взгляда с гудящих печей. Время от времени к топкам подходил рабочий' и подбрасывал в гудящее пламя толстые поленья. Анри любил эти летние вечера, долгие неторопливые беседы с дедом.

Господин Ле Шателье не спеша раскуривал трубку и слушал внука.

– Процесс кажется очень простым! – рассуждал Анри. – Так же получали известь и древние римляне, но почему римские стены крепче наших современных?

– Прочнее, – подтвердил дед. – Может быть, по-другому раствор готовили. Известь же всегда получали одним способом.

– Неужели эта загадка неразрешима?

– Почему же, разрешима, конечно. Но теперь людей интересуют другие тайны – тайны природы, это гораздо важнее.

Они помолчали… Действительно, что интереснее? Разгадывать тайны древних или открывать новые, не известные до сих пор законы природы, которые будут служить на благо человека? Мощь человеческих знаний, кажется, не имела предела. Дед и внук были свидетелями небывалого прогресса науки и техники. Всего за несколько лет Европа покрылась сетью железных дорог, и пронзительные гудки локомотивов стали раздаваться от побережья Испании до степных просторов России. Отец Анри, инженер Луи Ле Шателье, принимал активное участие в разработке проектов почти всех железных дорог, которые строились в то время в Европе. Анри помнил, что в доме у них, когда он был еще совсем маленьким, велись бесконечные разговоры о железнодорожном строительстве. К отцу часто приходили важные персоны, и запершись в кабинете, он подолгу обсуждал с ними что-то. Позже, уже будучи студентом коллежа «Ролен» и изучив основы математики и физики, Анри помогал отцу делать расчеты для его проектов.

Воспитанный в основном матерью, женщиной с большим художественным вкусом, которая прививала своим детям интерес к искусству, Анри живо интересовался художественной литературой и много читал. В 1867 году он сдал экзамен на бакалавра литературы, но его отец считал, что призвание мужчины – точные науки. По настоянию отца Анри на следующий год сдал экзамен на бакалавра наук. Как и его старший брат, он поступил в Парижскую политехническую школу. Летние каникулы всей семьей проводили в деревне у деда.

– Давай спать, Анри. Завтра у нас много работы.

– Спокойной ночи, дедушка.

Печи продолжали гореть, а вдали начинало меркнуть зарево Парижа.

Утром брат Жорж сказал:

– Сегодня отец уезжает на алюминиевый завод проводить какие-то опыты с господином Девиллем. Если хочешь, отправляйся с ним. Я останусь на несколько дней у печи с дедушкой.

– С удовольствием! Алюминий – это интересно!

Анри любил бывать на заводе. Блестящие белые бруски дорогого металла завораживали его. Он с большим интересом прислушивался к разговору между Сент-Клер Девиллем, перед которым Анри благоговел как перед выдающимся ученым, и отцом. Мужчины обсуждали технологию производства, преимущества новой аппаратуры, пути удешевления продукции.

– На мой взгляд, здесь поможет повышение давления, – говорил отец Анри.

– Но повысится опасность взрыва, – возражал Девилль.

– Если изменить конструкцию, – отец развернул перед Девиллем большой лист со сложной схемой, – опасность взрыва можно почти полностью исключить.

Анри внимательно слушал. В Политехнической школе он изучал инженерные науки, но проявлял и большой интерес к химии и металлургии. Он мечтал построить установку, в которой измельченная порода будет превращаться в сверкающий металл. Для этого нужны не только знания химика, нужно еще быть конструктором. Анри к тому времени обладал довольно» обширными знаниями в области химии. Он регулярно читал Доклады Парижской Академии наук. Отец его постоянно получал все публикации Сент-Клер Девилля, Дюма, Шевреля, Дебре[232]232
  Анри Жюль Дебре (1826–1888) – французский химик, ученик ж сотрудник А. Сент-Клер Девилля; работал в области неорганической и физической химии, изучал платиновые металлы и сплавы; в 1863 г. издал «Курс начальной химии». В 1872 г. Дебре и Девилль изготовили международные эталоны метра и килограмма из сплава платины с 10% иридия. О Дебре см.: Волков В. А. и др., ук. соч., с. 165–166.


[Закрыть], с которыми поддерживал дружественные отношения. Ни одна их статья не проходила мимо Анри. Занятия по химии в Политехнической школе были ему уже не интересны, он хотел самостоятельно работать в химической лаборатории. У юноши возникла мысль просить господина Девилля разрешить ему поработать в его лаборатории.

Сент-Клер Девилль охотно согласился, он давно отметил незаурядные способности у сына своего друга и компаньона.

Молодой Ле Шателье проработал в лаборатории Девилля почти все лето. В то время Сент-Клер Девилль занимался проблемой высоких температур, достигаемых в специально сконструированных печах.

– Вот, посмотрите эту печь, – Девилль нажал на рычаг. Толстая керамическая дверца поднялась, и пламя осветило» его лицо. – Температура белого каления, то есть больше тысячи градусов.

– А в этой печи температура бывает еще выше? – Анри указал на большую печь у противоположной стены.

– Температура доходит до тысячи двухсот градусов, а иногда и выше. Точно сказать нельзя, пока еще не существует прибора для точного измерения таких высоких температур. Даже опытный человек может на глаз дать лишь приблизительную оценку.

– Я попробую провести плавку в маленькой печи.

– Будьте осторожны при выпуске металла, брызги раскаленного металла опасны.

Летние каникулы пролетели незаметно. В просторном доме в Париже опять собралась вся многочисленная семья господина Луи Ле Шателье, и снова потянулись однообразные будни. Анри поднимался рано, завтракал и отправлялся в контору своего отца. Там он готовился к занятиям в Политехнической школе, а потом вместе с отцом занимался математикой. Если оставалось время, он заходил в кабинет, где его отец принимал посетителей. У господина Луи Ле Шателье бывали промышленники, ученые, инженеры. Здесь обсуждались самые разнообразные проблемы и темы: и сельское хозяйство, и химия, и медицина, и металлургия.

Закончив весной 1872 года Политехническую школу, Анри получил диплом горного инженера. Некоторое время он работал в конторе своего отца, но страстно мечтал поступить в университет и расширить свои познания в физике, ведь решение технических проблем требует глубоких знаний в этой области. Старший брат Андре тоже советовал ему заняться наукой. Через два года его мечта сбылась, и Анри начал серьезно заниматься физикой вместе с братом. Вдвоем они приступили к решению проблемы ацетилена.

Пламя ацетилена имело очень высокую температуру, что делало его крайне перспективным для сварки металлов. Однако препятствием для его применения была взрывоопасность жидкого ацетилена – он взрывался по непонятным причинам. Храпение ацетилена представляло очень большие сложности, так как даже очень толстые стенки реакторов не выдерживали и сосуд взрывался как настоящая бомба.

Братья начали исследования и провели огромную работу. Их старания увенчались успехом: удалось разработать способ безопасного хранения жидкого ацетилена.

Обычно братья возвращались домой вместе и дорогой обсуждали семейные дела. Говорили об Адольфе – брат-офицер отбыл с французским легионом в Африку, – об успехах брата Луи, работавшего на строительстве большого железнодорожного моста, о свадьбе сестры Мари…

– Теперь твоя очередь, – подтрунивал над братом Андре. – Тебе уже двадцать пять лет, имеешь профессию, а Женни прекрасная девушка.

Анри отшучивался, но в душе он соглашался с братом – Женни действительно очаровательное создание. Он познакомился с девушкой на балу у госпожи Бернардье. Может быть, их встреча и была подстроена его матерью, но сейчас это не имело для Анри никакого значения. Вскоре он сделал предложение, которое было благосклонно принято Женевьевой Никола, и в конце мая 1876 года состоялась свадьба.

В этом же году Анри Ле Шателье получил место профессора общей химии в Горной школе.

Не ограничиваясь лекциями, молодой профессор вел большую исследовательскую работу. Изучение рудничного газа, или как его называли «гризу», было одной из важных проблем, которой занимались научные сотрудники Горной школы. Рудничный газ выделялся из угольных пластов и, соединяясь с воздухом, представлял большую опасность взрывов в шахтах. Лампа, сконструированная Дэви, значительно уменьшила число несчастных случаев, но все еще оставалось неясным, почему происходят взрывы, которые разрушают шахты и приносят гибель людям.

– Со времен Дэви этими вопросами почти никто не занимался, – Ле Шателье обсуждал проблему с Франсуа Малларом[233]233
  Франсуа Эрнест Маллар (1833–1894) – французский химик, учитель Ле Шателье, профессор Горной школы; изучал процессы взрыва газов и детонации.


[Закрыть], который руководил лабораторными занятиями студентов и проводил с Ле Шателье совместные исследования. – Прежде всего неясны условия, при которых воспламеняется этот газ. При какой температуре воспламеняется, тоже неизвестно. Какие свойства газа вызывают эти процессы, мы тоже не знаем.

– Все это относится и к газовым смесям, – добавил Маллар.

– Со смесями дело обстоит еще сложнее.

Работа продвигалась медленно, но механизм горения газовых смесей становился понятным. Накапливалось много фактического материала по температуре воспламенения различных газов и газовых смесей, по их теплоемкости. Результаты опытов требовали обобщения. На их основе можно было строить теории, хотя некоторых данных еще не хватало и, в частности, не были установлены теплоемкости газов при высокой температуре. После долгих раздумий и поисков Ле Шателье удалось разработать новый метод определения теплоемкости газов при высокой температуре, который дал отличные результаты.

Занимаясь систематизированием материала, Ле Шателье одновременно дал и теоретические обоснования наиболее важных расчетов в металлургии и теплотехнике, связанных с горением газов и выделением тепла.

Интересы молодого ученого не ограничивались областью горения газов. Он приступил к изучению вопросов, которые волновали его еще в школьные и студенческие годы: какие химические процессы протекают при затвердевании бетона, цемента, гипса, какие факторы влияют на эти процессы, как управлять скоростью затвердевания, увеличивать прочность бетона?

Эти исследования Ле Шателье осуществил в лаборатории Коллеж де Франс, где в 1883 году он получил место профессора. Опыты занимали много времени, поскольку реакции протекали очень медленно; образцы, на которых он изучал разрушительное действие воды на бетон, приходилось долго выдерживать в воде. Все эти проблемы имели большое практическое значение. В частности, его брат Луи, инженер-строитель, тоже интересовался этими вопросами.

– Насколько проще все стало, когда строители начали работать с бетоном. И применение несложно, и мост получается на вечные времена, – с воодушевлением говорил Луи.

– Да, но о вечных временах говорить еще рано.

Ле Шателье поднял крышку большой жестяной ванны в вынул маленький бетонный слиток.

– Посмотри! Находился в воде два года. Вся поверхность бетона покрыта белым налетом – это продукты распада.

Луи внимательно осмотрел образец.

– А вот и трещина.

– Да, это, очевидно, следствие гидролиза, протекающего» в массе. Одновременно происходит и перекристаллизация, что> в свою очередь приводит к изменению объема, и, как следствие, появляются трещины.

– Выходит, что для подводных объектов бетон использовать нельзя.

– Нет, так вопрос не стоит. Нужно просто изменить состав цемента. – Ле Шателье взял с полки большую банку со светло-серым порошком. – Вот гидравлический цемент[234]234
  Гидравлический цемент затвердевает под водой. Ле Шателье установил, что этот цемент содержит силикат 3CaO∙SiO₂, окись алюминия b феррит извести, которые под влиянием воды гидролитически распадаются, выделяя свободную известь Ca(ОН)₂, а силикат превращается в кристаллический CaO∙SiO₂∙2,5H₂O. Образующаяся корка СаСO₃ защищает цемент от разрушения (Смит А. Введение в неорганическую химию. Т. 2. – М. – Л.: Госиздат, 1929, с. 259–261). С 1883 г. Ле Шателье изучал способы изготовления и свойства цементов (Ле Шателье А. Кремнезем и силикаты. – Л: НХТИ, 1929).


[Закрыть]. Он отличается от обыкновенного высоким содержанием окиси алюминия. Мои исследования соотношений между количествами окисей кальция, кремния, железа и алюминия в цементе показали, что бетон на основе цемента с повышенным содержанием окиси алюминия подвержен разрушению в воде в меньшей степени.

– Будем надеяться, что в недалеком будущем ты сможешь полностью решить эту проблему.

– Не так скоро, как хотелось бы. Чтобы сократить время, я провожу опыты при повышенной температуре, но все равно приходится долго ждать. Процессы ведут к состоянию равновесия, а равновесие устанавливается очень медленно.

Изучая равновесные процессы, Ле Шателье направил свои поиски на факторы, от которых зависело равновесие. Молодой ученый задался целью найти такой способ, который давал бы возможность управлять химическим равновесием, «сдвигать» равновесие в ту или иную сторону, получать в результате реакции лишь необходимые вещества, а выход всех остальных свести к минимуму.

«Овладение законами химического равновесия имеет исключительное значение для промышленности», – ученый хорошо понимал это.

Опыты Сент-Клер Девилля показывают, что с повышением температуры термический распад хлорида алюминия ускоряется. Видимо, тепло благоприятствует распаду, но почему? Распад – эндотермический процесс! Неожиданно пришла догадка и осветила тьму словно молния: «Как же я до сих пор не понял! При повышении температуры начинается эндотермический процесс!»

На следующий день Ле Шателье попросил сотрудников лаборатории временно прекратить текущую работу и поставил перед ними новую задачу – проверить влияние температуры на ряд реакций.

Опыты подтвердили его выводы, но еще не все прояснилось. Почему так происходит? Чем обусловливаются равновесные процессы? При нагревании идет эндотермический процесс. Значит, система потребляет дополнительное тепло. При охлаждении протекает экзотермический процесс, то есть равновесная система выделяет тепло, чтобы скомпенсировать потери охлаждения. Тогда аналогичные изменения должны происходить и с переменой давления. При повышении давления в системе должен совершаться процесс, который приводит к уменьшению давления. Итак, при внешнем воздействии на равновесную систему в ней протекает процесс, способствующий уменьшению этого воздействия. Без сомнения, это общий принцип для всех равновесных систем, принцип подвижного равновесия[235]235
  В 1884 г. Ле Шателье сформулировал общий закон (правило Ле Шателье) смещения химического равновесия: «Любая система, находящаяся в состоянии устойчивого химического равновесия, будучи подвергнута влиянию внешнего воздействия, которое стремится изменить либо температуру, либо конденсированность (давление, концентрацию, число молекул в единице объема) всей системы или некоторых ее частей, может подвергнуться только тем изменениям, которые, если бы они происходили сами по себе, вызвали бы изменение температуры или конденcированности, противоположное по знаку тому изменению, которое вызывается внешним воздействием» [Le Chatelier H. Compt. rend., 99, 767 (1884)]. Принцип подвижного равновесия, но только в частном виде – для температуры – был впервые сформулирован Я. Вант-Гоффом. В 1925 г. Ле Шателье этот принцип излагает так: «Всякая система в состоянии химического равновесия под влиянием изменения одного из факторов этого равновесия (давления, температуры, электродвижущей силы, концентрации реагирующих тел) испытывает такое превращение, которое, если бы происходило одно, вызывало бы изменение данного фактора в противоположном направлении» [Соловьев Ю. И. Очерки по истории физической химии. – М.: Наука, 1964, с. 224].


[Закрыть].

Установленный принцип не только открывал перспективы управления равновесными процессами, но и позволял определять необходимые условия для промышленного воспроизводства равновесных реакций.

Однако, несмотря на всю важность открытия, сделан был лишь первый шаг. Предстояла огромная и чрезвычайно кропотливая работа – изучение множества равновесных реакций во всем доступном для работы температурном интервале. Следовало составить диаграммы, по которым можно будет наблюдать, как ведет себя система при изменении концентрации, давления, температуры. Но измерение высоких температур было еще несовершенным и неточным. Газовый термометр позволял измерять температуру до 500°С. Перед Ле Шателье встала задача изобретения термометра для измерения высоких температур.

С повышением температуры сопротивление металлических проводников увеличивается. Возникла мысль использовать нить тугоплавкого металла в устройстве для быстрого измерения сопротивления.

Ле Шателье возлагал большие надежды на свою новую идею. Закупили тугоплавкие металлы и сплавы, измерительную аппаратуру, приборы. Тонкие спирали помещали в печь и медленно нагревали. Часто результаты повторных опытов не совпадали. Ле Шателье нервничал.

– Непонятно! В области электричества наблюдается самая хорошая воспроизводимость результатов. Видимо, здесь действуют другие факторы, которых мы не знаем и поэтому не учитываем. Какая у вас сейчас проволочка? – спросил Ле Шателье помощника.

– Спираль платиновая, один из выводов – из платино-иридиевого сплава, – ответил Ришар.

– Включите батарею. Попробуем с дополнительным сопротивлением.

Ришар нажал кнопку. Ле Шателье следил за стрелкой амперметра. Она медленно ползла к нулю, но не останавливалась на месте, а слегка колебалась. Ле Шателье внимательно следил за нею.

– В цепи протекает слабый ток!

– Это невозможно! – возразил Ришар.

– Соедините проводники, минуя ключ. Очевидно, он в неисправности.

Ришар отключил батарею и соединил проводники. Стрелка продолжала колебаться.

– Дайте чувствительный гальванометр. В цепи все-таки есть ток!

Ле Шателье был прав. Стрелка гальванометра действительно значительно отклонилась.

– Выключите печь и откройте ее, чтобы быстрее охладилась. – Ле Шателье не сводил глаз со стрелки. Прошло несколько минут, и она начала чуть заметно отклоняться.

– Превосходно! – промолвил Ле Шателье дрожащим от возбуждения голосом. – У нас будет новый термометр.

Вместо спирали Ле Шателье поставил два проводника – один из платины, другой из платино-родиевого сплава, спаянных с одного конца и соединенных с чувствительным гальванометром с другого. При нагревании в месте спайки возникал ток, который вызывал отклонение стрелки. Два металлических проводника образуют термопару, с помощью которой и сегодня с большой точностью измеряются очень высокие температуры[236]236
  Платино-родиевую термопару Ле Шателье изобрел в 1887 г. Он доказал, что термопара, состоящая из 90% чистой платины и 10% сплава платины с родием, дает возможность измерять температуры до 1200°С c точностью до 10°С (Le Chatelier H., J. phys., 1887, 2 ser.).


[Закрыть].

Конструирование пирометра дало возможность более глубокого изучения явлений. Ле Шателье обратился к проблемам, которые имели большое значение для промышленного производства, особенно в производстве стали и других металлов.

Многостороняя научная деятельность требовала от Ле Шателье строгого распределения времени. Он рано вставал и отправлялся в кабинет готовиться к лекциям или работать над рукописью. Он писал множество научных статей и приступил к работе над книгами, в которых обобщал свои многолетние исследования горения газов и опыты с гидравлическими материалами… Послеобеденное время Ле Шателье посвящал научным исследованиям в лаборатории, где теперь у него было много помощников. Некоторые из них продолжали изучать процессы затвердевания цемента, гипса, бетонных смесей, но большинство занималось новой проблемой – сплавами.

Каждую неделю сотрудники лаборатории проводили семинар, на котором обсуждали результаты своих исследований, обменивались мыслями и наблюдениями.

– Покажите, что вы получили, Раймон, – обратился Ле Шателье ж одному из сотрудников.

– Это кривые охлаждения водных растворов нитрата калия, а это – хлорида калия, здесь – нитрата натрия. Ход кривых совершенно идентичен.

Раймон положил листы с аккуратно вычерченными графиками на стол.

– Сначала кривая резко опускается вниз. Это соответствует периоду, при котором раствор равномерно охлаждается. С этого момента начинается экзотермический процесс образования кристаллов – температура понижается медленнее, поэтому наклон кривой уменьшается. При дальнейшем снижении температуры начинается одновременная кристаллизация оставшейся воды и соли. В этот момент линия идет горизонтально.

– Да, это логично и легко объясняется законом Гиббса: при температуре, соответствующей горизонтальной части кривой, имеется максимальное число фаз.

Ле Шателье задумался. Он постукивал рукой по столу и внимательно рассматривал графики.

– При охлаждении сплавов картина аналогичная. Этьен, – обратился он к другому сотруднику, – дайте мне графики охлаждения сплавов олова и висмута.

Этьен открыл большую папку и начал искать чертежи.

– Это висмут – сурьма. Это олово – свинец…

– Достаточно, – прервал его Ле Шателье, взял несколько графиков и положил их рядом. – Посмотрите, как они похожи! Сначала крутой наклон, потом более пологое снижение и в конце горизонтальная линия. Одинаковое физическое состояние этих систем дает аналогичные графики. Что, в сущности, получается? При высокой температуре один металл растворяется в другом, как кусок сахара в воде.

– Аналогия наглядная, – добавил Раймон. – Ясно, что в расплавленном состоянии сплавы похожи на растворы[237]237
  Аналогия между растворами и сплавами была выявлена еще в 1868 г. выдающимся русским ученым-металлургом Дмитрием Константиновичем Черновым (1839–1921). См.: Биографический словарь, ук. соч., т. 2, С. 356–358; Гумилевский Л., Чернов. – М.: Мол. гвардия, 1975. – (ЖЗЛ); Шафрановский И. И. История кристаллографии в России. – М. – Л.: Наука, 1962, с. 287–296.


[Закрыть].

– Именно так, – подтвердил Ле Шателье. – Но можно ли утверждать, что и после затвердевания сплавы являются растворами?

– Возможно, получается твердый раствор, – нерешительно предположил Этьен.

– Весьма сомнительно, – продолжал Ле Шателье. – Свойства растворов хорошо изучены. Например, с повышением концентрации растворенного металла должна понижаться температура плавления сплава.

– Вы имеете в виду аналогию с законами Рауля[238]238
  Франсуа Мари Рауль (1830–1901) – известный французский физик и физико-химик, профессор университета в Гренобле (с 1870 по 1901 г.), с 1899 г. член-корр. Петербургской Академии наук; работал в области электрохимии, термохимии и аналитической химии; в 1882 г. разработал метод криоскопии и эбулиоскопии и открыл закон о температуре замерзания и кипения растворов (закон Рауля). Эти исследования суммированы в монографиях «Криоскопия» (Париж, 1901) и «Тонометрия» (Париж, 1900). О Рауле см.: Partington J. R., ук. соч., т. 4, с. 645–650; История учения о химическом процессе, ук. соч., с. 144–146; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 418–419.


[Закрыть] и Бекмана[239]239
  Эрнст Отто Бекман (1853–1923) – немецкий ученый, учения Г. Кольбе, профессор в Лейпциге (с 1897 г.) и Берлине (с 1912 г.) В 1888 г. разработал аппаратуру для определения молекулярного веса растворенных веществ криоскопическим методом, сконструировал термометр (термометр Бекмана); основные работы относятся к области органической химии: он открыл перегруппировку, названную его именем (1866 г.) оксимов кетонов в амиды кислот при помощи серной и соляной кислот, пятихлористого фосфора и т. д., получил ментон, исследовал возможности технического применения фурфурола, установил природу четыреххлористой серы. О Бекмане см.: Partington J. R._t ук. соч., т. 4, с. 833; Сабадвари Ф., Робинсон А., ук. соч., с. 270; Волков и др., ук. соч., с. 45.


[Закрыть]?

– Да, Раймон. Но нам более важно знать свойства сплавов в твердом состоянии и при обычной температуре. При охлаждении в расплаве начинается кристаллизация. Сплав приобретает другую структуру, а мы почти ничего об этом не знаем.

– Но металлы непрозрачны. Нельзя выковать тонкую пластину и наблюдать ее структуру под микроскопом.

– К сожалению, нельзя, – вздохнул Ле Шателье. – А как много мы бы узнали, если смогли бы видеть под микроскопом образец металлического сплава.

Если смогли бы!

Но по сути очень важное уже было сделано: сформулирована очередная задача – увидеть структуру металлов под микроскопом. Обычный путь здесь не годился. Даже золото, эластичность которого позволяет выковать тончайшие листки, настолько слабо пропускает свет, что наблюдение под микроскопом невозможно. Металлы не пропускают свет, а лишь отражают его. Отражают свет…

А вот это идея! Нужно направить пучок света так, чтобы металлическая пластина отражала его в объектив микроскопа, тогда поверхность пластины станет видимой под микроскопом!

Идею удалось реализовать, и впервые человек наблюдал металлическую поверхность при таком большом увеличении! Небывалое оживление царило в лаборатории. Каждый стремился взглянуть на то, чего еще никогда никому не удавалось увидеть.

Наконец, первое восторженное чувство улеглось, и наступили будни, полные новой работой, – изучались металлические поверхности, их структуры при большом увеличении. Исследователи вырезали тонкие металлические пластинки, шлифовали их, чтобы поверхность была идеально гладкой, зарисовывали структуры.

А Ле Шателье уже думал над тем, как изменить конструкцию микроскопа. Он подготовил чертежи нового микроскопа, и спустя немного времени в лаборатории появился металлографический микроскоп.

«Наука должна служить человеку, успехи ее – способствовать развитию промышленности и техники!» – этот принцип ученый успешно претворял в жизнь. Его достижения получили высокую оценку – Гран При в Париже в 1900 году, премия Сен-Луи в 1904 году в США, награды в Италии, Бельгии, России…[240]240
  В 1927 г. Ле Шателье был избран почетным членом АН СССР.


[Закрыть]

В 1907 году Ле Шателье избрали членом Парижской Академии наук.

– Они не должны были так долго откладывать то, на что ты давно имел право, – негодовала его жена. – Весь мир признал тебя, ты получил столько дипломов и премий, а наша Академия… – Женевьева боготворила своего мужа. Она с героическим самопожертвованием посвятила свою жизнь воспитанию их семерых детей и созданию всех условий для работы мужа.

– Ты не права, Женни. Дело в том, что у Парижской Академии вековые традиции: нового члена выбирают лишь после смерти кого-либо из академиков. Да не стоит много говорить об этом. Посмотри, у меня для тебя сюрприз.

Ле Шателье вынул из маленькой коробочки великолепный перстень и надел его на руку жены.

– Разве ты не имеешь право на радость?

– Ты мне и так даешь много радости! Сколько удовольствия я получила от путешествия по Италии. А Бельгия, Лондоне

Почти всегда Женни сопровождала мужа в его поездках за границу.

Женни положила руку на «тол и залюбовалась игрой камня.

– Какой ослепительный блеск!

– А знаешь, что представляет собой этот маленький сверкающий камушек? – спросил Анри, садясь рядом.

– Ты ведь сам сказал – алмаз.

– Алмаз! – засмеялся Ле Шателье. – Это углерод, дорогая»

– Неужели! А почему алмазы так дороги?

– Потому что встречаются редко. Это углерод, иначе говоря, то же вещество, что и каменный уголь.

– Интересно, но мне лучше об этом не знать, а то я буду думать, что на моей руке кусочек угля.

– Это две формы существования одного и того же элемента. Природа многообразна в своих проявлениях, Женни. Сколько жизней нужно, чтобы изучить их!

Этот разговор не был случайным. К тому времени Ле Шателье начал исследование этого свойства элементов, которое еще со времен Митчерлиха было известно, как диморфизм, полиморфизм или аллотропия[241]241
  Понятия «полиморфизм» и «аллотропия» близки по значению, но не идентичны. Аллотропия наблюдается лишь у некристаллических элементов (кислород – озон, пластическая сера – ромбическая сера). Полиморфизм наблюдается у кристаллических элементов и соединений (алмаз – графит, металлы, соли). Часто кристаллические полиморфные формы называют аллотропными, что не точно, хотя и применяется на практике.


[Закрыть]. Ле Шателье интересовался аллотропией с практической точки зрения. Полиморфные формы образуют углерод, кремний, фосфор. Но полиморфизм свойствен и металлам. Надо точно знать условия, при которых образуется данная полиморфная форма, и это будет иметь колоссальное значение для промышленности. Скажем, закаливание стали, разве это не сохранение полиморфной формы, образовавшейся при высокой температуре?

Имея в своем распоряжении пирометр, при помощи которого измерялись высокие температуры, и микроскоп для изучения кристаллической структуры, Ле Шателье провел тщательные исследования процессов кристаллизации металлов[242]242
  В 1894 г. (независимо от петербургского химика И. Ф. Шредера, 1890 г.) Ле Шателье вывел термодинамическое уравнение, количественно -связывающее растворимость, температуру и теплоту плавления. С работами Ле Шателье перекликаются труды и других русских ученых – Н. С. Курнакова (1860–1941), В. Ф. Тимофеева (1858–1923), М. С. Вревского (1871–1929).


[Закрыть]. Особенно сложно протекали эти процессы в железе. Расплавленное железо соединяется с углеродом, растворяет его, а также растворяет кремний, фосфор. Вместе с сотрудниками Ле Шателье» изучил сложные процессы, происходящие в расплаве чугуна и стали во время кристаллизации. Открытия, сделанные известным американским исследователем Джозайей Уиллардом Гиббсом[243]243
  Джозайя Уиллард Гиббс (1839–1903) – выдающийся американский ученый. Ему принадлежат работы по термодинамике, физико-химии, математике, статистической механике. В 1875–1878 гг. он издал монографию «О равновесии гетерогенных веществ», в которой разработал метод термодинамических функций, сформулировал правило фаз, дал «треугольник Гиббса» для расчета трехкомпонентных систем, ввел понятие «кристаллизация», разработал основы электрохимии, установил фундаментальный закон статистической физики (распределение Гиббса). О Гиббсе см.: Франкфурт У. И., Френк А. М. Джозайя Уиллард Гиббс. – М.: Наука, 1964; Кедров Б. М. Три аспекта атомистики: I. Парадокс Гиббса. Логический аспект. – М.: Наука, 1969; Уилсон М. Американские ученые и изобретатели. – 2-е изд. Пер. с англ. – М.: Знание, 1975; Гельфер Я. М. История и методология термодинамики и статистической физики. – 2-е изд., перераб., доп. – М.: Высшая школа, 1981, с. 386–403; Храмов Ю. А., ук. соч., с. 84; История учения о химическом процессе, ук. соч., с. 77–86 и др.; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 139–140.


[Закрыть], оказали в этой работе большую помощь. Ле Шателье установил механизм протекания процессов закалки стали, а также объяснил роль марганца при удалении примесей фосфора из чугуна. За эти работы ученый в 1910 году получил медаль. Бессемера[244]244
  Генри Бессемер (1813–1898) – английский металлург, с 1879 г. член Королевского общества; в 1856 г. предложил «бессемеровский метод» (бессемерование) выплавки стали. О Бессемере см.: Asmov I. Biographical Encyclopedia of Science and Technology. – New York, 1964, p. 269–270; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 57–58; Лесников М. П. Бессемер. – М.: Мол. гвардия, 1934. – (ЖЗЛ).


[Закрыть].