Электричество в мире химии: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

А электричество? Находило ли оно применение в те далекие времена? Это вопрос посложнее. Конечно, человек знал об электрических скатах и угрях, наблюдал разрушительное действие молнии, видел, как натертый янтарь притягивает лоскутки и даже, возможно, догадывался о родстве всех этих явлений. Но шло ли дело дальше этих догадок?

В III тыс. до н. э. в горных областях Шумера (на территории современного Ирака), по свидетельству археологов, уже добывали медь, а около 1500 г. до н. э. в Малой Азии и на Южном Кавказе умели плавить железо с помощью «жаркого пламени», получаемого при продувке воздуха через горящий древесный уголь. Это была эпоха, когда человек учился добывать металлы и изготовлять из них разнообразные изделия. Кроме меди и железа, в употреблении были свинец, олово, ртуть, золото, серебро. Появились первые электролиты — уксусная и лимонная кислота, сода, поташ, сульфат медщ различные соли, гидроокиси щелочных металлов. Вполне достаточно, чтобы случайным сочетанием двух разнородных металлов, опущенных в раствор электролита, получить химический источник тока.

Лет пятьдесят назад под Багдадом археологи нашли керамический сосуд с остатками железа и меди. Что это? Не гальванический ли элемент? Ведь если залить этот сосуд раствором электролита, будет вырабатываться электрический ток. Но для чего понадобился шумерам гальванический элемент?

Прошло четверть века, и южнее Багдада, на высоком берегу Тигра, археологи раскопали конусообразные керамические сосуды, в которых обнаружились разъединенные медные цилиндры и железные бруски. Опять гальванический элемент? Неподалеку были найдены серебряные украшения, на которых хорошо сохранилась позолота. Так вот для чего! В наше время для нанесения тонкого слоя золота поверх серебра пользуются электролизом — другого способа нет. Но неужели и шумерам был известен электролиз? А почему бы и нет: ведь каким-то образом им удавалось наносить золото на серебро, и если это был не электролиз, то что же? Жаль только, что ни в одном из шумерских текстов нет и намека на то, что в те времена умели получать электрический ток и пользоваться им. Тогда гипотеза, пусть даже и весьма правдоподобная, превратилась бы в доказательство.

Как бы то ни было, ни в эпоху Древней Греции и Древнего Рима, ни в средние века мы не находим никаких свидетельств практического использования электричества. Если и был известен шумерам гальванический элемент, то его секрет погиб вместе с их царством. Между тем химия, где и должно было начаться применение электричества, на месте не стояла. В поисках способа получения золота и серебра из неблагородных металлов алхимики перепробовали все виды воздействия одних веществ на другие и открыли немало полезного. Но до электролиза они не додумались, иначе могли бы получать золото, осаждая его на электроде.

В 1660 г. магдебургский бургомистр Отто фон Герике (1602—1686), человек пытливого ума и прирожденный изобретатель, вспомнив о свойствах янтаря, решил создать электрическую машину. Он отлил из серы шар и укрепил его на оси. Вращая шар и прижимая к нему ладони, можно было получать электричество. Из шара сыпались искры.

Но это была игрушка, не более. Когда же в 1745 г. появился первый конденсатор — лейденская банка, о перспективах практического использования электричества заговорили всерьез. Хотя, по правде говоря, перспективы эти были еще очень и очень туманными. Лейденская банка вошла в моду. В аристократических салонах, в кабинетах ученых, даже в театрах — всюду проводились опыты с лейденской банкой, из которой выскакивали искры. В основном это были физиологические опыты: демонстрировалось действие электрического тока на человека и на жи-6

вотных. Электричеством пытались лечить, говорили, что оно хорошо помогает от головной боли, от невралгии.

Между тем электричеством начинала постепенно инте* ресоваться химия. Одним из первых среди химиков, кто проявил к нему интерес, был, пожалуй, тот, кто и положил начало химии как науке, а именно знаменитый Роберт Бойль (1627—1691). Бойль ввел в химию экспериментальные методы и понятие химического элемента, создал индикаторы для определения кислоты и щелочи в растворах, сделал немало других важных открытий. Изучал он и электризацию тел, подолгу наблюдая за искрами, которые проскакивают между иголкой и натертым шерстью янтарем. Он писал, что они напоминают ему маленькие молнии. Но так и не придумал, что делать с ними. Семнадцатому веку не суждено было проникнуть в тайны электричества или хотя бы начать приобретать власть над ним. Все это досталось восемнадцатому веку, когда благодаря трудам Антуана Лавуазье (1743—1794) и его коллег в других странах была подвергнута новым серьезным преобразованиям химическая наука, а Бенджамин Франклин (1706—1790) потряс весь мир своими опытами с атмосферным электричеством.

Новый Прометей.

Замыслы Ломоносова

«...В Филадельфии господин Франклин столь далеко отважился,— писали «Санкт-Петербургские ведомости»,— что возжелал из атмосферы вытягивать тот страшный огонь, который часто целые земли погубляет». Этот неутомимый политик, талантливый дипломат, энергичный борец за независимость посвятил науке всего семь лет. Но сколько он успел сделать за эти годы! Он увлекся опытами с электричеством в сорок лет и вскоре же проделал блестящий эксперимент, пропустив на землю разряд молнии по влажной веревке от воздушного змея. Этим он продемонстрировал электрическую природу молнии. Франклину мы обязаны понятиями батареи, конденсатора, проводника, заряда, разряда, он ввел их в науку. Он считал, что электричество состоит из мельчайших частиц, которые способны проникать внутрь металлов с такой же легкостью, с какой газ распространяется в атмосфере. В 1750 г. он изобрел громоотвод. Слава о нем распространилась по всему миру. «Он отнял молнию у богов

и власть у тиранов» — высечено на его памятнике. Лучшей эпитафии этому человеку — герою и ученому — не придумаешь.

Опыты Франклина ошеломили мир. Императрица Елизавета пожелала, чтобы российские академики Ломоносов и Рихман, тоже экспериментировавшие с атмосферным электричеством, показали ей и ее приближенным, как улавливается грозовая энергия. Летом 1753 г., когда над Петербургом собиралась гроза, в покоях императрицы собралось избранное общество. При сверкании молнии за окном из стеклянного шара с треском выскакивали искры. Елизавету даже слегка ударило током. Рихман успокоил ее, рассказав, как один ученый наэлектризовал свою даму сердца и, когда она его поцеловала, ощутил на губах сильный электрический разряд, после чего в науке возникло новое понятие «электрический поцелуй». Ее величество благосклонно внимала шутке, и никто не подозревал, что экспериментатор вскоре падет жертвой новой, необузданной еще силы.

Еще в 1745 г. Георг-Вильгельм Рихман (1711 —1753) сделал свое первое крупное изобретение — создал «электрический указатель». Прибор состоял из поставленной вертикально металлической линейки, свободно висящей вдоль нее льняной нити и дуговой шкалы, разделенной на градусы. Величина заряда измерялась углом отклонения нити. Рихман хотел измерить этим прибором электрическую силу молнии. Вместе с Ломоносовым они сконструировали «громовую машину» — электроскоп, улавливающий электрический заряд из атмосферы.

Опыты Рихмана и Ломоносова в области атмосферного электричества привлекали всеобщее внимание. Сообщения о них регулярно печатались в «С.-Петербургских ведомостях». В начале сентября 1753 г. на публичном собрании Академии наук должен был состояться отчет об этих исследованиях. Времени оставалось мало, и ученые не пропускали ни одной грозы. 6 августа они приступили к опытам в доме Рихмана на углу Большого проспекта и 5-й линии Васильевского острова.

Тучи уже клубились над Невой, из провода посыпались первые искры. Жена и дочь позвали Ломоносова обедать. Он был голоден и решился ненадолго уйти. Рихман остался один. Вдруг из железного прута, выходящего из «громовой машины», отделился синеватый клуб огня. Неслышно проплыв по воздуху, он коснулся лба Рихмана, 8

и тот молча упал. На его лбу запечатлилось красновишневое пятно. Затем последовал пушечный раскат грома, все лейденские банки разлетелись вдребезги, присутствующий при этом художник, не успев, конечно, ничего зарисовать, был отброшен к порогу, одежда на нем горела.

Немного позднее появилась работа Ломоносова, посвященная памяти Рихмана, в которой образование атмосферного электричества объяснялось трением, возникающим при движении потоков воздуха.

Михаил Васильевич Ломоносов (1711 —1765), гордость русской науки, интеллектуальный титан XVIII столетия, был выдающийся физик, химик, геолог, минералог, кристаллограф, историк, поэт, языковед, этнограф, художник, философ. Основатель Московского университета, он сам, по словам Пушкина, был «первым нашим университетом». Этот крупный, рано располневший, но быстрый и очень здоровый человек обладал сильным характером, нравом добрым, веселым, но крутым. Работал он невероятно много; примеров такой творческой активности, как у него, в мировой науке найдется немного.

В архитектуре есть понятие «парящая точка». Колонны Парфенона построены слегка наклонно, так что их оси сходятся над храмом в одной точке. Этот магический центр и называют парящей точкой. Плоскости пилястров стен Троице-Сергиевой лавры в Загорске тоже сходятся в этой небесной точке. Это делает сооружение устойчивым, величественным, устремленным ввысь. У каждого великого мастера и ученого есть своя небесная парящая точка. У Ломоносова такой точкой было единство явлений природы.

Для него была очевидной связь между тепловыми, электрическими, химическими и световыми явлениями. Все они сводились, по его мнению, к различным формам движения частиц вещества и эфира, к микромеханике. В его планах широко задуманных экспериментов мы угадываем стремление найти новые виды связи между различными явлениями, которые в его время и еще многие годы спустя объясняли присутствием «тонких материй», «флюидов» и так далее. Умер он рано, 55 лет, и не всем его планам суждено было осуществиться. Но и о многих трудах его человечество узнало не скоро.

В день его смерти фаворит Екатерины II граф Григорий Орлов опечатал кабинет покойного и через несколько дней забрал весь его архив во дворец. Прошло время, многие бумаги исчезли, но научные записи, не представлявшие интереса для двора, сохранились. В 1934 г. советский химик и историк Борис Николаевич Меншуткин (1874— 1938) опубликовал их. Оказалось, что Ломоносов пришел к твердому убеждению о взаимосвязи химических и электрических явлений. 5 апреля 1756 г. он начал работу под названием «Теория электричества, изложенная математически М. Ломоносовым». Среди записей, относящихся к этой работе, мы находим поистине пророческие слова: «Так как внутреннее строение тел выведывает главным образом химия, то без нее труден, даже невозможен доступ к их глубинам и тем самым к раскрытию истинной причины электричества». Ломоносов поставил перед собой задачу выяснить, как строение различных веществ и их химические свойства отражаются на их электрических свойствах. В черновом наброске программы физико-химических опытов предусматривались также измерения «воздействия электрической силы» на растворы.

Поистине это гениальный замысел, гениальная идея. Ведь в то время мало кто из ученых был так твердо уверен в существовании общности и взаимосвязи явлений природы. Большинство открываемых явлений рассматривалось каждое само по себе. Оттого-то развитие ломоносовской идеи шло не прямым и ровным путем. Уже в самом начале этой идее пришлось сделать крюк в несколько лет, в течение которых делались опыты по действию электрических искр на вещество. Но крюк этот был необходим: нужно было окончательно убедиться в существовании связи между электрическими и химическими явлениями.

В том самом 1756 г., когда Ломоносов высказал мысль О взаимосвязи электрических и химических явлений, двадцатипятилетний лорд Кавендиш в своей лаборатории обдумывал опыты по действию электрических искр на химические вещества, двадцатитрехлетний Джозеф Пристли готовился к опытам с электрической машиной, девятнадцатилетний Гальвани слушал лекции по анатомии в Болонском университете, а знаменитому Алессандро Вольте было всего одиннадцать лет: он учился в школе и только начинал интересоваться физикой.

Азотная кислота... из искры

В 1791 г. произошли три события, имеющие отношение к нашему повествованию: Луиджи Гальвани опубликовал свой знаменитый трактат о «животном элект-

ричестве», в семье лондонского кузнеца родился Майкл Фарадей и, наконец, резко изменилась жизнь бирмингемского пастора Джозефа Пристли. В течение трех дней Бирмингем находился в руках погромщиков, преследовавших всех, кто подозревался в республиканских взглядах и мог отмечать годовщину взятия Бастилии. Вечером 14 июля

Схема опыта Пристли для получения лаборатория Пристли бы- азотной кислоты ла превращена в груду обломков, рукописи и книги сожжены. Пристли с семьей удалось спастись, он покинул родину и последние годы прожил в Америке.

Джозеф Пристли (1733—1804) открыл кислород, получил окись и закись азота, хлористый водород, аммиак, сернистый газ. Ему же принадлежит и честь открытия фотосинтеза. Изучая только что открытый углекислый газ, Пристли растворил его в воде и таким образом впервые в мире приготовил газированную воду, за что и был удостоен медали. Содовая вода стала первым товарным продуктом химии газов.