Лаборатория химических историй. От электрона до молекулярных машин

Пятнадцатью годами позже французский ученый Эдм Мариотт (1620–1684), незнакомый с работами Р. Бойля, пришел к тому же выводу. Это был знаменитый закон Бойля – Мариотта: pV = const (p – давление, V – объем), заложивший основы физической химии. Уменьшение объема газа при его сжатии внешним давлением обратно пропорционально величине давления.

История поставила рядом эти имена, что вполне справедливо. Бойль был первооткрывателем, а Мариотт сформулировал закон, введя в него очень важное дополнение: зависимость pV = const справедлива при постоянной температуре. Впрочем, некоторые историки любят отмечать, что первооткрывателем закона был помощник Бойля Ричард Таунли. Но кто же является первооткрывателем – тот, кто наблюдал явление, или тот, кто сумел его понять и сформулировал закономерность? Этот спор вечен.

В дальнейшем интересы Р. Бойля и Э. Мариотта не пересекались. Мариотт изучал чисто физические явления – причины возникновения ветров, объемы дождевых осадков, цвет колец Сатурна.

Бойль, более тяготевший к химическим обобщениям и осмыслению наблюдений, обработал громадный экспериментальный материал опытов с металлами, оксидами и солями и систематизировал многочисленные цветные реакции и реакции осаждения. Кстати, именно он обнаружил, что настой лакмусового лишайника меняет окраску при переходе от кислой среды к щелочной, то есть ввел в практику лакмусовый индикатор. Фактически Бойль выделил химию в самостоятельную науку и сформулировал ее основные задачи.

Мы уже знаем, что Р. Бойль открыто подчеркивал приоритет своего помощника Таунли, что достаточно точно отражает характер ученого. Он не искал славы и признания, в разное время отказывался от директорских постов в различных государственных компаниях.

Несмотря на различие интересов, научные судьбы Бойля и Мариотта оказались схожи в одном. Мариотт был основателем и первым членом Парижской академии наук (1666), а четырьмя годами раньше Бойль основал Лондонское королевское общество (по существу это тоже академия наук). Девизом общества стали слова римского поэта Горация, близкие каждому современному ученому: "Я не буду следовать рабски словам своего учителя"[13]. В период с 1603 по 1666 г. в разных странах Европы возникло пять академий – так наука заявила о себе как о вполне самостоятельной области человеческой деятельности. Нет ничего удивительного в том, что две национальные академии возглавили двое крупнейших ученых того времени, имена которых навсегда объединил открытый ими закон.

Газовый закон Бойля – Мариотта, сформулированный позже в более общей форме, объединил два других имени – Клапейрона (1799–1864) и Менделеева (1834–1907). Для одного моля газа уравнение имеет вид pV = RT (p – давление, V – объем, R – газовая постоянная, Т – абсолютная температура). Физик Б. П. Э. Клапейрон получил уравнение опытным путем, а химик Д. И. Менделеев вывел его, объединив законы Бойля – Мариотта, Гей-Люссака и Авогадро. По-видимому, это тот самый случай, когда открытие не могло не состояться.

От нового элемента к фундаментальному закону

К середине XVIII в. химики, изучавшие процессы горения и окисления, уже понимали, что окружающий воздух не однороден и представляет собой смесь веществ. Оставался один шаг до открытия того самого компонента – «огненного воздуха», который делает возможным процесс горения. Открытие кислорода связано с именами трех крупнейших химиков того времени – К. Шееле, Дж. Пристли и А. Лавуазье.

Шведский химик Карл Шееле (1742–1786) уже в 1772 г. умел получать кислород различными путями: нагреванием селитры, взаимодействием диоксида марганца с серной кислотой, разложением оксидов серебра и золота. Книга Шееле "Химический трактат о воздухе и огне" была сдана в печать в 1775 г., но по вине издателя вышла в свет только в 1777 г. За это время уже были опубликованы работы Пристли о кислороде, и в результате приоритет в открытии кислорода приписывают Дж. Пристли.

Вклад троих ученых в открытие кислорода различался, и судьбы их тоже не были похожи.

Для шведского химика Карла Шееле кислород, который он назвал "райским воздухом", был лишь этапом в длинной веренице сделанных открытий. Он выделил и описал громадное количество новых соединений: аммиак NH₃, хлороводород HCl, фтороводород HF, арсин AsH₃, сероводород H₂S, глицерин, акролеин; щавелевую, мочевую, лимонную и винную кислоты, оксиды бария, молибдена и вольфрама, тетрафторид кремния SiF₄, также он открыл хлор и марганец. Полученный им арсенат меди Cu₃(AsO₄) впоследствии стали использовать в качестве зеленой краски, названной «шееловой зеленью». Минерал CaWO₄, из которого Шееле выделил оксид вольфрама, назван в его честь шеелитом, а сам вольфрам, впервые полученный в 1781 г., называли некоторое время шеелием.

Шееле всегда был равнодушен к славе и почестям. Он отклонил предложение занять профессорский пост в Уппсальском университете в Швеции и отказался от переезда в Берлин, где ему предлагали высокооплачиваемую должность.