Электричество в мире химии - Георгий Яковлевич Воронков
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Это было ошеломляющее открытие: вода — и вдруг продукт соединения двух газов! Потрясенные французские академики целую неделю сжигали водород в кислороде и сожгли 615 литров, но ничего не получили иного, кроме воды.
Генри Кавендиш (1731 —1810) был и человек и ученый удивительный. Большую часть жизни он провел в одиночестве, полностью отдаваясь научной работе. Был он очень богат, но жил весьма скромно. «Самый богатый среди ученых и самый ученый среди богатых»,— как сказал о нем французский физик Био. Работал он целые дни, не зная праздников и развлечений, никого не принимал, жил по строгим правилам. Исследования он проводил в собственной лаборатории и публиковал только те свои работы, в достоверности которых был полностью уверен. Многие его работы оставались неизвестными. Спустя пятьдесят лет после его смерти Кавендишскую лабораторию в Кембридже пригласили возглавить Максвелла. С трудом Максвелл разобрался в огромном архиве Кавендиша и в 1879 г. издал его труды. С изумлением увидели физики, что Кавендиш во многих случаях опередил современную ему науку. Например, задолго до Кулона, в 1771 г., доказал «закон Кулона» о квадрате расстояния при электрическом взаимодействии, ввел понятие электроемкости, определил диэлектрическую проницаемость многих веществ.
Кавендиш прекрасно понимал, что электрический разряд может служить мощным средством воздействия на химические вещества. В 1784 г. он установил, что, если пропускать электрические искры через смесь азота и кислорода, получается окись азота; взаимодействуя с водой, она образует азотную кислоту. Через некоторое время он доказал, что, пропуская искры через влажный воздух, можно связать в азотную кислоту азот воздуха. При этом Кавендиш установил, что одна сто двадцатая часть атмосферного азота в реакцию не вступает; так был открыт инертный газ аргон, выделенный спустя сто лет Рэлеем и Рамзаем из атмосферного азота.
По существу, Кавендиш и Пристли разработали способ получения азотной кислоты из воздуха. Лет через сто, в в связи с возросшей потребностью в азотных удобрениях, проблема фиксации атмосферного азота стала важнейшей задачей химии. Дело, впрочем, было не только в возрастании потребности: к концу XIX в. залежи чилийской селитры стали истощаться, и перед Европой возникла перспектива азотного голода. Будущее рисовалось в самых мрачных красках. Фиксация атмосферного азота казалась единственным выходом из положения.
В 1905 г. в Дрездене состоялись торжества по случаю освоения синтеза азотной кислоты по методу Биркеланда, Кристиан Биркеланд (1867—1917), норвежский физик, прославившийся главным образом своими исследованиями полярных сияний, изобрел печь для получения азотной кислоты путем прокачивания азота через вольтову дугу. Потом на смену этому способу пришел более экономичный— синтез аммиака по методу Фрица Габера (1868— 1934). Сейчас в мире производится более 60 миллионов тонн азотных удобрений в год. И к этому грандиозному производству привели опыты с электричеством, которое, как выяснилось, действует на химические соединения самым иногда неожиданным образом.
Два открытия Гальвани
Открытие, сделанное двести лет назад анатомом из Болоньи Луиджи Гальвани (1737—1798), ярким светом озарило идею связи электрических и химических явлений. И хотя, как это часто случается в истории науки, сам Гальвани истолковывал свое открытие неправильно, заслуга его перед наукой огромна. Вокруг его открытия поднялась такая буря страстей и споров, что современники сравнивали ее в шутку с политической бурей, вызванной французской революцией. Споры эти побудили ученых всего мира рассмотреть то, что увидел Гальвани, внимательно, а это в конце концов привело к созданию химического источника тока, а также способствовало развитию физиологии.
Вот как сам Гальвани описывает историю своего открытия: «Я препарировал лягушку и положил ее на стол, на котором стояла электрическая машина. Как только один из моих помощников коснулся, совершенно случайно, кончиком скальпеля бедренных нервов лягушки, мышцы ее стали сокращаться. Другой помощник уверял, что это произошло тогда, когда из кондуктора электрической машины была извлечена искра. У меня явилось страстное желание проверить это явление и выяснить, что за ним скрывается». Оказалось, что судорожное сокращение мускулов происходит при совпадении двух условий: когда металлический предмет прикасается к нерву и когда по соседству проскакивает электрическая искра.
Едва ли не самое интересное в этой истории то, что у Гальвани не должно было быть оснований приходить в столь большое волнение. Если бы он обладал всеми научными познаниями своего времени, он бы мог без особого труда создать даже целую теорию наблюдаемого и^ явления. Лет за тридцать до него сокращение лягушачьей лапки вблизи электрической машины наблюдал и описал Марко Кальдани, не придавший, впрочем, этому никакого значения. А в 1678 г. физиолог Шваммердам показывал герцогу Тосканскому, как содрогаются лапки лягушки, подвешенной на серебряной нити. К счастью, Гальвани ничего этого не знал, то, что он увидел, его взволновало, и он решил доискаться до причин удивительного явления.
Сначала он убедился, что лапки сокращаются, когда из электрической машины или из лейденской банки извлекается искра. Потом он заметил, что «сильнейшие и многократные сокращения» вызываются и вспышкой молнии, если препарированную лягушку повесить на проводник, соединенный с громоотводом. Итак, первое открытие Гальвани было такое: если в момент прикосновения к нерву металлического тела вблизи происходит электрический разряд, мышцы сокращаются. Открытие было сделано в 1780 г.
Прошло шесть лет, Гальвани решил узнать, как действует на мышцу атмосферное электричество, когда нет грозы. Он воткнул в спинной мозг препарированной лягушки медный крючок и повесил ее на железную решетку своего балкона. Ничего не произошло. Устав от ожидания, Гальвани стал надавливать на крючок, прижимая лягушку к решетке. К немалому удивлению, ибо дело было при ясном небе, он заметил, что «лягушка впадала в обычные сокращения». Тогда он решил, что атмосферное электричество накопилось в лягушке, а потом вышло из нее при соприкосновении с металлом.
Гальвани перенес лягушку в комнату, положил ее на железную пластинку и стал прижимать к ней вставленный в спинной мозг медный крючок. То, что он увидел, поразило его: происходили энергичные мышечные сокращения. Он стал экспериментировать с разными металлами и заметил, что в разных случаях сокращения были различной интенсивности. Все это должно было направить мысль Гальвани на размышления о роли двух разнородных металлов в наблюдаемом эффекте, и тогда бы эффект получил правильное истолкование. Десятки раз ведь он убеждался, что мышца сокращается, когда два разнородных металла вступают в соприкосновение с ней и одновременно друг с другом. Именно
