Великие химики. В 2-х т. Т. 2
Шрифт:
— Вот это настоящая амальгама! — восхищался Райхер, принимая фарфоровое блюдо.
— Колбу продули паром? — спросил Клесенс.
— Все готово.
Райхер осторожно положил куски амальгамы в колбу и залил кипящей дистиллированной водой. Началась бурная реакция с выделением крупных пузырьков водорода, а на дне колбы появился тонкий слой ртути. Когда выделение водорода прекратилось, Райхер осторожно перелил раствор в большую колбу и разбавил его новой порцией кипящей дистиллированной воды.
— Раствор едкого натра готов. Можем приступать к омылению.
Существенным моментом любого исследования является обработка экспериментальных данных. Они должны подтвердить или опровергнуть теоретические предположения исследователя. Вант-Гофф разработал два метода, с помощью которых на основании опытных данных можно было рассчитать число молекул, участвующих в той или иной химической реакции.
— Если число молекул, участвующих в элементарном
— Нужно провести дилатометрические измерения, — сделал вывод Райхер.
— Я уже выбрал реакцию — полимеризация циановой кислоты до циануровой. Определение молекулярного веса обоих соединений показывает, что три молекулы циановой кислоты образуют одну молекулу циануровой. Но каков механизм реакции? Возможно, что в первую очередь соединяются две молекулы и полученный продукт реагирует с третьей молекулой, а может быть, все три молекулы взаимодействуют одновременно.
— Опыт покажет, — вмешался в разговор другой ассистент, Эрнст Кохен [302] , который внимательно следил за беседой.
302
Эрнст Юлиус Коген (1869–1944) — голландский ученый, профессор физики и неорганической химии в Утрехтском университете, ученик и первый биограф Вант-Гоффа, иностранный чл.-корр. АН СССР с 1924 г.; изучал аллотропию олова и сурьмы; ему принадлежат работы по метастабильности, исследования в области электрохимии, труды по истории химии. О Когене (Кохене, Коэне) см.: Волков и др., ук. соч., с. 246.
— Необходимо также решить, какова молекулярность реакций, — сказал Вант-Гофф. — Предлагаю вам другой вариант, — обратился он к Кохену. — Давайте воспользуемся термической нестойкостью арсина.
— Но для работы с газами нужна соответствующая аппаратура, — возразил Кохен.
— Аппаратура будет совсем простой, — продолжал Вант-Гофф. — Нужен только один сосуд, который мы наполним арсином, и после термической обработки будем определять изменение в нем давления.
Аппаратура действительно была довольно простой, а опыты очень однообразными. Но результаты вели к важным теоретическим выводам. Прежде всего было доказано, что экспериментальным путем можно определить число молекул, участвующих в элементарном акте реакций. С другой стороны, выяснилось, что не всегда конкретную химическую реакцию можно правильно оценить, не проводя опытной проверки. Так, например, в уравнении распада арсина на мышьяк и водород перед формулой арсина стоит коэффициент «два», а экспериментальные данные, полученные Кохеном, всегда давали значение коэффициента, равное единице.
— Выходит, что реакция мономолекулярна, — заключил Кохен.
— Это показывает, что сначала молекула арсина распадается на атомы, а их группировка в молекулы является вторичным процессом. — Вант-Гофф подчеркнул коэффициент «два» перед формулой арсина.
…Факты накапливались, подтверждая выведенные математические зависимости. Материалы эти требовали систематизации, обработки и обобщения. У Вант-Гоффа родилась идея написать «Очерки по химической динамике». Обычно над рукописью он работал дома вечерами. Поудобнее усевшись в кресло у камина, он держал на коленях большую тетрадь и писал. Жена обычно читала в эти часы, сидя здесь же.
Женни Вант-Гофф-Меес была женщиной интеллигентной и, как все голландки, великолепно вела хозяйство. Она успевала заниматься не только домом и детьми, но и сумела создать своему мужу настоящую творческую атмосферу. Так, в тишине и спокойствии домашних вечеров родились «Очерки по химической динамике» [303] , которые получили широкий резонанс в Европе. В своей книге Вант-Гофф рассматривал не только проблемы, связанные со скоростью химических реакций. Специальную главу он посвятил влиянию температуры на химическое равновесие и проблеме химического сродства. Многие из затронутых им вопросов были спорными, в науке существовали различные теории, сторонники которых образовали два лагеря. Выводы Вант-Гоффа совпадали с мнением Брауна [304] , Гельмгольца [305] и Эдлунда и показывали, что точка зрения Бертло, Томсена и Экснера неверна. Вант-Гофф привел совершенно бесспорные доказательства зависимостей, связанных со скоростью реакций и с химическим равновесием.
303
«Очерки
304
Александр Крум Браун (1838–1922) — английский химик, профессор в Эдинбурге (1869–1908 гг.), написал историю теории флогистона, опубликовал ряд статей о применении математики в химии; применил электросинтетический метод Кольбе для получения эфиров двухосновных кислот; в 1861 г. (до него — Купер в 1858 г.) ввел структурные формулы с обозначением связей между атомами с помощью черточек, в 1864 г. предложил циклические формулы. О Брауне см.: Partington J. R., ук. соч., т. 4, с. 552–553.
305
Герман Людвиг Фердинад Гельмгольц (1821–1894) — немецкий естествоиспытатель, крупнейший физик конца XIX в., в 1847 г. впервые математически выразил закон сохранения энергии, работал в области термодинамики, электродинамики, медицины, физиологии, философии, заложил основы теории вихревого движения (1858 г.), разработал учение о цветовом зрении (1859–1866 гг.) и др. О Гельмгольце см.: Кудрявцев П. С, Курс истории физики. — 2-е изд., испр., доп. — М.: Просвещение, 1982, с. 209–213 и др.; Лебединский А. В., Франкфурт У. И., Френк А. М. Гельмгольц. — М.: Наука, 1966; Лазарев П. П. Гельмгольц. — 2-е изд. — М.: Изд-во АН СССР, 1959; Выдающиеся физики мира, ук. соч., с. 217–224; Храмов Ю. А., ук. соч., с. 79
После наступления химического равновесия в системе с одинаковой скоростью протекают и прямые, и обратные реакции. Но равновесное состояние зависит от температуры. Одной из основных задач, которую поставил перед собой Вант-Гофф, был вывод математической формулы, выражающей зависимости между температурой и константой равновесия. В этой работе особенно ярко проявилась гениальная способность ученого устанавливать связь между такими областями науки, которые на первый взгляд не имели ничего общего, в частности, Вант-Гофф связал равновесные процессы с теорией теплоты и термодинамикой.
Теория теплоты обосновывала взаимные превращения различных видов энергии, а термодинамика указывала условия, при которых могут осуществиться эти превращения. Результатом теоретических исследований Вант-Гоффа было установление математической зависимости, которая связала температуру реакции с ее тепловым эффектом и с константой равновесия. Эти выводы, в частности, показали, что при повышении температуры в данной равновесной системе протекает та реакция, при которой тепло поглощается. Так, математическим путем, Вант-Гофф подтвердил принцип подвижного равновесия, высказанный до него Ле Шателье и развитый Брауном.
«Очерки по химической динамике» не сразу были замечены. Но, подобно первой статье Вант-Гоффа о пространственном строении молекул, эта книга постепенно привлекла внимание ученых. Первым оценил ее достоинства Сванте Аррениус. Он опубликовал в журнале «Нордиск реви», выходящем в Упсале, подробную рецензию, в которой подчеркнул исключительное значение этой работки для развития физической химии, ее решающее влияние на развитие ряда основополагающих проблем химии.
Успех Вант-Гоффа принес радость и его близким. Старый Вант-Гофф следил за достижениями сына с особым вниманием. Поклонник Байрона, всегда испытывающий восторг перед творениями гениев, теперь он был уверен, что и его сын когда-нибудь займет место среди них. Поэтому, когда отец Вант-Гоффа из письма Женни узнал, что в Швеции высоко оценили научный труд его сына, он немедленно написал ему:
«Твой успех — гордость, прежде всего для тебя. Но ты должен знать, что для меня он важнее, ибо я могу посмотреть на вещи со стороны и беспристрастно оценить их, хотя и для меня это довольно трудно. Очень сожалею, что не владею шведским языком и не могу прочесть полный текст рецензии. Того, что сообщила мне Женни, для меня недостаточно. Хотелось бы знать больше. Прошу тебя, Генри, позаботься о том, чтобы сделать для меня голландский перевод».
Вант-Гофф показал письмо жене.
— Что ты скажешь, Женни? Не могла бы ты выполнить просьбу отца?