100 великих научных достижений России - Виорель Ломов

На этот путь химик ступил во время 15-месячной командировки в научные учреждения Европы. Начал Бекетов с того, что в парижской Сорбонне у академика Ж.Б. Дюма стал изучать зависимость направления химических реакций от состояния реагентов и внешних условий. В 1858 г. ученый приступил к исследованию действия водорода на водные растворы солей серебра, цинка на хлориды бария и кремния, магния на фторид алюминия. В этих весьма опасных опытах, проводимых в запаянных стеклянных трубках, когда давление доходило до 100 атм, химик обнаружил, что водород, магний и цинк вытесняют металлы из их солей, то есть восстанавливают их.

Посвятив несколько лет исследованиям этих реакций восстановления металлов, химик убедился, что наибольшей устойчивостью (прочностью) обладают соединения противоположных по характеру элементов с наиболее близкими атомными весами (паями). Помимо этого Бекетов указал также на то, что количество тепла, выделяемое при соединении простых тел, представляет собою «разность между сродствами однородных и сродствами разнородных атомов» и что при реакции «менее плотное тело вытесняет более плотное». Определяя теплоты образования оксидов и хлоридов щелочных металлов, Бекетов впервые в мире получил безводные оксиды щелочных металлов.

Изучая вытеснение одних элементов другими и впервые наблюдая протекание реакции в двух направлениях, Бекетов установил, что на направление химической реакции влияет концентрация реагентов и давление, дал формулировку состояния равновесия. Предположив также, что химические явления связаны с относительными массами и расстояниями между центрами действующих частиц, ученый вплотную подошел к одному из главных химических законов – закону действующих масс, устанавливающему соотношение между массами реагирующих веществ в химических реакциях при равновесии, а также зависимость скорости химической реакции от концентрации исходных веществ. Этот закон в его классическом виде был сформулирован в 1867 г. норвежскими учеными К. Гульдбергом и П. Вааге.

Установив «вытеснительный ряд металлов», повторенный позднее электрохимическим рядом активности (напряжений), Бекетов в качестве наиболее сильных восстанавливающих агентов в этом ряду увидел глиний (алюминий) и магний. С их помощью ученый получил металлический барий, рубидий, цезий, хром, ванадий, марганец, вольфрам, освоил промышленное производство алюминия.

Описание опыта можно найти у самого Бекетова: «Я взял безводную окись бария и, прибавив к ней некоторое количество хлористого бария, как плавня, положил эту смесь вместе с кусками глиния в угленой тигель и накаливал его несколько часов. По охлаждении тигля я нашел в нем металлический сплав уже совсем другого вида и физических свойств, нежели глиний. Этот сплав имеет крупнокристаллическое строение, очень хрупок, свежий излом имеет слабый желтоватый отблеск; анализ показал, что он состоит на 100 частей из 33,3 бария и 66,7 глиния, или, иначе, на одну часть бария содержал две части глиния».

Типичная реакция с выделением огромного количества тепла Q (температура достигает 2000–3000 °C) имеет вид:

2Al + Cr2О3 = Al2О3 + 2Cr + Q.

Созданные Бекетовым основы методов алюминотермии и магниетермии позволили по аналогии создать позднее калиетермию и кальциетермию. Обобщает все эти методы металлотермия, с помощью которой удается получать титан, ниобий, цирконий, бор, уран, стронций, гафний, редкоземельные элементы, огнеупорный термиткорунд, магниды и другие металлы и сплавы.

Алюминотермия незаменима при сварке стальных трамвайных рельсов, проводов, труб, металлических конструкций. В место стыка засыпается термит (смесь порошка алюминия с железной окалиной), поджигается и буквально за минуту рельсы свариваются.

Говорят, химия – скучная вещь. Отнюдь. Однажды в кабинет Бекетова вбежал взволнованный слуга:

– Николай Николаевич! В вашей библиотеке воры!

Ученый с трудом оторвался от расчетов:

– И что же они, интересно, читают?..

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН МЕНДЕЛЕЕВА

Ученый-энциклопедист – химик, физик, метролог, технолог, экономист, приборостроитель, педагог; почетный член и дипломант 130 российских и зарубежных академий, университетов, научных обществ и организаций; обладатель многих орденов и медалей; один из главных консультантов российского правительства по ряду научных и народнохозяйственных проблем – от бездымного пороха и воздухоплавания до таможенных тарифов и реформы высшего образования, внук сельского священника П.М. Соколова, Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907) знаменит открытием периодического закона химических элементов (1869) – естественно-научной основы современного учения о веществе.

Охотники до фактов с удовольствием расскажут о том, что Менделеев изготовил 40-градусную водку, во сне увидел свою таблицу, а на досуге мастерил классные чемоданы. Любители поэзии добавят, что на дочери химика был женат А. Блок. Сам же Дмитрий Иванович, человек знаменитый, но очень скромный, делом своей жизни считал «три службы Родине». «Плоды моих трудов – прежде всего в научной известности, составляющей гордость – не одну мою личную, но и общую русскую… Лучшее время жизни и ее главную силу взяло преподавательство. Из тысяч моих учеников много теперь повсюду видных деятелей, профессоров, администраторов, и, встречая их, всегда слышал, что доброе в них семя полагал, а не простую отбывал повинность. Третья служба моя Родине наименее видна, хотя заботила меня с юных лет по сих пор. Это служба по мере сил и возможности на пользу роста русской промышленности» (из неотправленного письма председателю Совета министров С.Ю. Витте).

Портрет Д.И. Менделеева. Художник Н.А. Ярошенко

«Три службы» включали в себя больше двух десятков направлений деятельности Менделеева, в которых ученый достиг выдающихся результатов. Свои фундаментальные исследования он провел в неорганической и органической химии; в химии твердого тела и теории растворов; в физике жидкостей и газов; в технологии твердого топлива и стекла; в технологии нефти и экономике нефтяной промышленности; в метеорологии и воздухоплавании; в кораблестроении и освоении Крайнего Севера; в метрологии и эталонах; в биологии и медицинской химии; в агрохимии и сельском хозяйстве; в вопросах народонаселения…

К Менделееву как к эксперту часто обращались государственные чиновники. По государевой и по своей доброй воле он объездил страну вдоль и поперек, изучил множество учебных заведений и производств, везде серьезно влиял на ситуацию и всегда добивался положительного эффекта. Ученый оставил 500 научных работ и целую армию учеников, прославивших Россию.

Трижды выдвигаемый иностранными учеными на Нобелевскую премию (1905, 1906, 1907), Менделеев так и не был удостоен этой награды – дважды по причине закулисных интриг Нобелевского комитета и в третий раз – по причине своей смерти. Видно, не судьба была получить русскому ученому премию А. Нобеля, с братом которого у Дмитрия Ивановича был серьезный конфликт из-за хищнического способа потребления Нобелями и Ко российской нефти.

Один из главных трудов Менделеева – учебник «Основы химии» (1868–1871), выдержавший восемь изданий и переведенный на основные европейские языки, – повлиял на тысячи химиков-неоргаников. Этой работой, стержнем которой является открытый ученым периодический закон химических элементов, Менделеев заложил фундамент здания современной химии и ряда смежных наук. Как выяснилось, без знания этого закона, на основе которого была создана периодическая система элементов, немыслимы никакие химические и физические исследования вообще.

На вопрос журналистов, правда ли, что таблицу ученый увидел во сне (а это действительно было так, но не спонтанно, а после многолетних раздумий), ученый не без иронии отвечал: «Я над ней, может, двадцать пять лет думал, а вы полагаете: сидел, и вдруг пятак за строчку, пятак за строчку, и готово!»

До этого мифа родился еще один – что Менделеева «родной отец» водки. Водку Дмитрий Иванович не «открывал». Докторскую диссертацию на тему «Рассуждение о соединении спирта с водою» в 1865 г. защитил, было дело, но уже после защиты назвал идеальной крепость водки 38°. (Это число округлили до 40, дабы акциз повысить.)

Однако же именно эта диссертация подвигла ученого на раздумья (которые, впрочем, были у него еще со студенческой скамьи). Получив через два года после ее защиты в университете кафедру неорганической химии, которую он занимал потом 23 года, профессор обнаружил, что собственно курса общей химии и нет – ни у нас, ни на Западе. И, не откладывая в долгий ящик, взял и этот курс за год написал. При подготовке второго выпуска учебника автор при систематизации химических элементов объединил их по сходным свойствам и атомному весу в несколько групп: литий, натрий и калий; хлор, бром и йод; кальций, стронций и барий и т. д. Собственно, это и стало первым шагом ученого к его великому открытию.