ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОТКРЫТИЯ
В ХИМИИ В НАЧАЛЕ XIX В.
ОТКРЫТИЕ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Начало XIX в. было временем полной перестройки химии на базе кислородной теории и химической атомистики. Это отрази-лось и на экспериментальных исследованиях. Химико-аналитический метод продолжал оставаться основным, но наряду с ним были разработаны и новые методы исследования. В частности, большое значение в развитии химии получил электрохимический анализ, который возник в результате открытия гальванического электричества.
В 1780 г. итальянский медик Л. Гальвани (1737—1798) случайно обнаружил, что если к препарированной лапке лягушки, подвешенной на металлическом крючке, прикоснуться металлическим предметом, то наблюдается сокращение мускулов лапки. Л. Гальвани пришел к заключению, что такое явление может быть объяснено существованием животного электричества. Соотечественник Л. Гальвани, профессор физики А. Вольта (1745—1827) выступил с критикой взглядов Л. Гальвани. По его мнению, мышцы лягушки сокращаются лишь тогда, когда электрическая цепь состоит из двух разных металлов, находящихся в контакте, поэтому лягушка в опыте Гальвани играла роль лишь чувствительного гальванометра. Истинным же источником электричества следует, по мнению А. Вольта, считать электрическую силу, возникающую при соприкосновении двух различных металлов, или контактное электричество.
Он ставил опыты с различными парами металлов, определяя знак и величину заряда одних металлов по отношению к другим. В результате он установил ряд напряжений. В это время большое значение получило открытие А. Вольта источника электрического тока — вольтова столба (1799), который состоял из кружков цинка и меди. Между ними помещали полоску шерстяной ткани, пропитанную щелочным раствором (число пар кружков металлов в столбе было различным в зависимости от требовавшегося напряжения тока). Вскоре оказалось, что новый прибор дает широкие возможности для исследования. Уже в 1800 г., когда в Англии стало известно об изобретении А. Вольта, А. Карлейль и У. Никольсон собрали по описанию вольтов столб (из 17 серебряных и 17 цинковых кружков) и установили, что лакмусовая бумажка меняет свой цвет на разных полюсах прибора. Затем они с помощью этого прибора разложили воду.
Со времени опубликования А. Карлейлем и У. Никольсоном результатов этих опытов вольтов столб стал приборЬм для опытов во всех странах Европы. С его помощью стали осуществлять электролиз растворов солей и других веществ и на основе полученных данных высказывали различные гипотезы и теории о природе гальванического электричества и механизме явлений электролиза.
Большое значение для выяснения механизма электролиза получили опыты латвийского физика Т. Гротгуса (1785—1822), который в 1805 г. высказал мнение, что при действии, тока на воду образуются частицы водорода и кислорода, несущие электрические заряды. В зависимости от знака заряда они отталкиваются от одноименно заряженных полюсов и, притягиваясь к противоположно заряженному полюсу, теряют свой заряд и выделяются в виде газов. В качестве иллюстрации Т. Гротгус привел наглядную схему процесса, показывающую, что он прочно стоит на почве химической атомистики. Несколько ранее Т. Гротгуса Я- Берцелиус и У. Гизингер (1766—1852) также пытались объяснить механизм электролиза солей в растворах. В своей статье (1803) они высказали мнение, что при прохождении тока через растворы солей они распадаются на кислоты и основания.
В России с вольтовым столбом в начале XIX в. работал профессор Медико-хирургической академии в Петербурге В. В. Петров (1761 —1834). Он осуществил многочисленные опыты по электролизу солей, а в 1802 г. собрал огромную батарею из 4200 медных и цинковых кружков и провел с ней много опытов, открыв при этом вольтову дугу. Профессор Московского университета Ф. Ф. Рейс (1778—1852) предпринял в 1807—1808 гг. опыты по изучению действия гальванического электричества на различные объекты и открыл явление электрофореза. Все эти и другие многочисленные работы с вольтовым столбом ознамено
вали важный этап накопления экспериментального материала, послужившего в дальнейшем фактической основой физической химии.
ИССЛЕДОВАНИЯ Г. ДЭВИ
Гемфри Дэви (1788—1829) был одним из наиболее выдающихся исследователей начала XIX в. Он не получил систематического образования. Будучи учеником врача, он с 1797 г. самостоятельно изучал химию по учебнику А. Лавуазье. Далее он работал ассистентом в Пневматическом институте. Здесь Г. Дэви сделал свое первое открытие, установив опьяняющее действие на человека оксида азота (II) — веселящего газа. Это открытие сделало его имя известным во всей Англии. Через год Г. Дэви был приглашен ассистентом и заведующим химической лабораторией в Королевский институт в Лондоне,' а еще через год он занял место профессора химии в этом институте.
Блестящие лекции Г. Дэви в Королевском институте привлекали множество слушателей из различных слоев лондонского общества. Одновременно он вел в институте крупные исследования. В 1803 г. его избрали членом Королевского общества, а в 1820 г. он стал президентом этого общества и получил множество других научных отличий.
Электрохимические опыты Г. Дэви были посвящены разложению воды. Он установил, что при этом получается водорода в два раза больше, чем кислорода. Вместе с тем он высказал некоторые обобщения о механизме электролиза. В 1805 г. Г. Дэви начал опыты по разложению едких щелочей. Вначале он безуспешно пытался выделить металлы, содержащиеся в щелочах, электролизом растворов и расплавов. После этого он взял небольшой кусочек высушенного едкого кали, который в течение нескольких секунд подвергся действию влажного воздуха, поместил его на платиновый диск отрицательного полюса батареи и замкнул через этот кусочек ток. Тотчас же он заметил образование шарика металла, похожего на ртуть. Таким способом был впервые получен металлический калий (потассий) и натрий (содий).
Это открытие Г. Дэви произвело огромное впечатление на ученых Европы. Оно вызвало естественный интерес к необыч
ным свойствам щелочных металлов и к поискам путей их получения химическими методами. Продолжая свои исследования, Г. Дэви получил и щелочноземельные металлы, несколько видоизменив условия опыта и применив в качестве катода ртуть так, что при электролизе была получена амальгама этих металлов. Он пытался также разложить борную кислоту с помощью вольтова столба. Но это ему не удалось, и он предпринял попытку выделения свободного бора химическим путем. В конце концов ему удалось получить «элементарный принцип» борацидной (борной) кислоты, и он назвал его борацием. Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар, работавшие в том же направлении, также получили этот «принцип» и предложили назвать его бором.
Г. Дэви потратил много сил и времени на выделение свободного аммония, дающего соли, близкие по свойствам к калийным и натриевым. В 1808 г. Я. Берцелиус вместе с М. Понтиным также предприняли попытку получить свободный аммоний. Им удалось выделить только амальгаму аммония, что и было подтверждено затем Г. Дэви. В начале XIX в. считали, что хлор является продуктом окисления муриевой (соляной) кислоты, и называли его окисленной муриевой кислотой. Нагревая металлический калий в парах соляной кислоты, Г. Дэви получил хлорид калия. Тот же результат был получен и при сжигании калия в парах оксимуриевой кислоты (хлора). В то же время (1809) Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар, желая отнять кислород из оксимуриевой кислоты, пропускали обезвоженный газ через фарфоровую трубку с раскаленным углем и пришли к выводу, что эта кислота, возможно, является элементарным веществом. Однако решающие опыты в этом направлении были выполнены Г. Дэви. Он получил соляную кислоту из смеси оксимуриевой кислоты и водорода (на свету со взрывом). Он пытался также разложить оксимурие-.вую кислоту в пламени вольтовой дуги между угольными электродами. На основе результатов этих опытов Г. Дэви пришел к выводу (1810), что оксимуриевая кислота является элементарным веществом. Новый элемент Г. Дэви назвал хлорином (Гей-Люссак сократил это название до хлора) и пытался выделить также свободный фтор. В 1812 г. он высказал мнение, что фторид бора и фторид кремния представляют собой соединения неизвестного элемента, аналогичного хлору и содержащегося также в плавиковой кислоте. Попытки его выделить этот элемент окончились неудачей. Но неизвестный в свободном виде элемент получил название «флюорин».
В 1815 г. Г. Дэви занялся разработкой безопасной лампы для шахтеров. В те времена взрывы в шахтах были причиной гибели многих шахтеров. Он блестяще решил поставленную задачу, сконструировав безопасную лампу, пламя которой было окружено мелкоячеистой металлической сеткой. Г. Дэви — один из основоположников электрохимии. Он автор первой электрохимической теории, согласно которой между химическими свойст
i и электрическим состоянием вещества существует прямая Шйзь. Химическое соединение образуется в результате электричкой нейтрализации противоположно заряженных исходных Продуктов. Химическое сродство также стали объяснять электрическим состоянием реагирующих веществ.
^ Процесс развития химии в первые десятилетия XIX в. проходил под воздействием потребностей быстро развивавшейся про-' мышленности, в условиях продолжавшейся промышленной революции, выдвинувшей перед наукой новые и важные задачи.
