Великие химики. В 2-х т. Т. 2 - Калоян Манолов

Пламя ацетилена имело очень высокую температуру, что делало его крайне перспективным для сварки металлов. Однако препятствием для его применения была взрывоопасность жидкого ацетилена — он взрывался по непонятным причинам. Храпение ацетилена представляло очень большие сложности, так как даже очень толстые стенки реакторов не выдерживали и сосуд взрывался как настоящая бомба.

Братья начали исследования и провели огромную работу. Их старания увенчались успехом: удалось разработать способ безопасного хранения жидкого ацетилена.

Обычно братья возвращались домой вместе и дорогой обсуждали семейные дела. Говорили об Адольфе — брат-офицер отбыл с французским легионом в Африку, — об успехах брата Луи, работавшего на строительстве большого железнодорожного моста, о свадьбе сестры Мари…

— Теперь твоя очередь, — подтрунивал над братом Андре. — Тебе уже двадцать пять лет, имеешь профессию, а Женни прекрасная девушка.

Анри отшучивался, но в душе он соглашался с братом — Женни действительно очаровательное создание. Он познакомился с девушкой на балу у госпожи Бернардье. Может быть, их встреча и была подстроена его матерью, но сейчас это не имело для Анри никакого значения. Вскоре он сделал предложение, которое было благосклонно принято Женевьевой Никола, и в конце мая 1876 года состоялась свадьба.

В этом же году Анри Ле Шателье получил место профессора общей химии в Горной школе.

Не ограничиваясь лекциями, молодой профессор вел большую исследовательскую работу. Изучение рудничного газа, или как его называли «гризу», было одной из важных проблем, которой занимались научные сотрудники Горной школы. Рудничный газ выделялся из угольных пластов и, соединяясь с воздухом, представлял большую опасность взрывов в шахтах. Лампа, сконструированная Дэви, значительно уменьшила число несчастных случаев, но все еще оставалось неясным, почему происходят взрывы, которые разрушают шахты и приносят гибель людям.

— Со времен Дэви этими вопросами почти никто не занимался, — Ле Шателье обсуждал проблему с Франсуа Малларом[233], который руководил лабораторными занятиями студентов и проводил с Ле Шателье совместные исследования. — Прежде всего неясны условия, при которых воспламеняется этот газ. При какой температуре воспламеняется, тоже неизвестно. Какие свойства газа вызывают эти процессы, мы тоже не знаем.

— Все это относится и к газовым смесям, — добавил Маллар.

— Со смесями дело обстоит еще сложнее.

Работа продвигалась медленно, но механизм горения газовых смесей становился понятным. Накапливалось много фактического материала по температуре воспламенения различных газов и газовых смесей, по их теплоемкости. Результаты опытов требовали обобщения. На их основе можно было строить теории, хотя некоторых данных еще не хватало и, в частности, не были установлены теплоемкости газов при высокой температуре. После долгих раздумий и поисков Ле Шателье удалось разработать новый метод определения теплоемкости газов при высокой температуре, который дал отличные результаты.

Занимаясь систематизированием материала, Ле Шателье одновременно дал и теоретические обоснования наиболее важных расчетов в металлургии и теплотехнике, связанных с горением газов и выделением тепла.

Интересы молодого ученого не ограничивались областью горения газов. Он приступил к изучению вопросов, которые волновали его еще в школьные и студенческие годы: какие химические процессы протекают при затвердевании бетона, цемента, гипса, какие факторы влияют на эти процессы, как управлять скоростью затвердевания, увеличивать прочность бетона?

Эти исследования Ле Шателье осуществил в лаборатории Коллеж де Франс, где в 1883 году он получил место профессора. Опыты занимали много времени, поскольку реакции протекали очень медленно; образцы, на которых он изучал разрушительное действие воды на бетон, приходилось долго выдерживать в воде. Все эти проблемы имели большое практическое значение. В частности, его брат Луи, инженер-строитель, тоже интересовался этими вопросами.

— Насколько проще все стало, когда строители начали работать с бетоном. И применение несложно, и мост получается на вечные времена, — с воодушевлением говорил Луи.

— Да, но о вечных временах говорить еще рано.

Ле Шателье поднял крышку большой жестяной ванны в вынул маленький бетонный слиток.

— Посмотри! Находился в воде два года. Вся поверхность бетона покрыта белым налетом — это продукты распада.

Луи внимательно осмотрел образец.

— А вот и трещина.

— Да, это, очевидно, следствие гидролиза, протекающего» в массе. Одновременно происходит и перекристаллизация, что> в свою очередь приводит к изменению объема, и, как следствие, появляются трещины.

— Выходит, что для подводных объектов бетон использовать нельзя.

— Нет, так вопрос не стоит. Нужно просто изменить состав цемента. — Ле Шателье взял с полки большую банку со светло-серым порошком. — Вот гидравлический цемент[234]. Он отличается от обыкновенного высоким содержанием окиси алюминия. Мои исследования соотношений между количествами окисей кальция, кремния, железа и алюминия в цементе показали, что бетон на основе цемента с повышенным содержанием окиси алюминия подвержен разрушению в воде в меньшей степени.

— Будем надеяться, что в недалеком будущем ты сможешь полностью решить эту проблему.

— Не так скоро, как хотелось бы. Чтобы сократить время, я провожу опыты при повышенной температуре, но все равно приходится долго ждать. Процессы ведут к состоянию равновесия, а равновесие устанавливается очень медленно.

Изучая равновесные процессы, Ле Шателье направил свои поиски на факторы, от которых зависело равновесие. Молодой ученый задался целью найти такой способ, который давал бы возможность управлять химическим равновесием, «сдвигать» равновесие в ту или иную сторону, получать в результате реакции лишь необходимые вещества, а выход всех остальных свести к минимуму.

«Овладение законами химического равновесия имеет исключительное значение для промышленности», — ученый хорошо понимал это.

Опыты Сент-Клер Девилля показывают, что с повышением температуры термический распад хлорида алюминия ускоряется. Видимо, тепло благоприятствует распаду, но почему? Распад — эндотермический процесс! Неожиданно пришла догадка и осветила тьму словно молния: «Как же я до сих пор не понял! При повышении температуры начинается эндотермический процесс!»

На следующий день Ле Шателье попросил сотрудников лаборатории временно прекратить текущую работу и поставил перед ними новую задачу — проверить влияние температуры на ряд реакций.

Опыты подтвердили его выводы, но еще не все прояснилось. Почему так происходит? Чем обусловливаются равновесные процессы? При нагревании идет эндотермический процесс. Значит, система потребляет дополнительное тепло. При охлаждении протекает экзотермический процесс, то есть равновесная система выделяет тепло, чтобы скомпенсировать потери охлаждения. Тогда аналогичные изменения должны происходить и с переменой давления. При повышении давления в системе должен совершаться процесс, который приводит к уменьшению давления. Итак, при внешнем воздействии на равновесную систему в ней протекает процесс, способствующий уменьшению этого воздействия. Без сомнения, это общий принцип для всех равновесных систем, принцип подвижного равновесия[235].

Установленный принцип не только открывал перспективы управления равновесными процессами, но и позволял определять необходимые условия для промышленного воспроизводства равновесных реакций.

Однако, несмотря на всю важность открытия, сделан был лишь первый шаг. Предстояла огромная и чрезвычайно кропотливая работа — изучение множества равновесных реакций во всем доступном для работы температурном интервале. Следовало составить диаграммы, по которым можно будет наблюдать, как ведет себя система при изменении концентрации, давления, температуры. Но измерение высоких температур было еще несовершенным и неточным. Газовый термометр позволял измерять температуру до 500°С. Перед Ле Шателье встала задача изобретения термометра для измерения высоких температур.

С повышением температуры сопротивление металлических проводников увеличивается. Возникла мысль использовать нить тугоплавкого металла в устройстве для быстрого измерения сопротивления.

Ле Шателье возлагал большие надежды на свою новую идею. Закупили тугоплавкие металлы и сплавы, измерительную аппаратуру, приборы. Тонкие спирали помещали в печь и медленно нагревали. Часто результаты повторных опытов не совпадали. Ле Шателье нервничал.

— Непонятно! В области электричества наблюдается самая хорошая воспроизводимость результатов. Видимо, здесь действуют другие факторы, которых мы не знаем и поэтому не учитываем. Какая у вас сейчас проволочка? — спросил Ле Шателье помощника.