 |
| Гемфри Деви |
Знаменитый физик и химик Гемфри Деви родился 17 декабря 1778 г. в Корнваллисе {Англия) в семье бедного резчика по дереву. Он был живой и смышлёный мальчик. Уже четырех лет Гемфри начал заниматься в школе. Но школу ему так и не удалось кончить, ибо у отца не хватило средств на обучение. Систематическое образование для детей мелких ремесленников было в то время совершенно недоступным.
Через несколько лет Деви поступает учеником к одному врачу. Этот хирург, как и многие врачи того времени, был одновременно и аптекарем, составляя различные лекарства. Здесь Деви впервые соприкоснулся с химией, усваивая все знания на практике. Деви проявляет в этой области необычайные способности. Он уже не удовлетворяется указаниями своего хозяина и составляет обширную программу самообразования и со всей настойчивостью приступает к ее осуществлению.
Чем же интересуется и что занимает ум любознательного семнадцатилетнего Деви? Он занимается физикой и химией, теорией и практическими исследованиями. Он учится у своего хозяина и в то же самое время вступает в переписку с целым рядом крупнейших ученых своего времени.
В своей небольшой, им самим устроенной лаборатории, Деви делает свое первое замечательное открытие: два .куска льда от трения друг о друга в безвоздушном пространстве превращаются в воду. Этот опыт опровергал существование тепловой материи, к признанию которой склонялись тогда многие ученые. Многие думали, что всякое изменение тела при нагревании происходит от проникновения в поры тела какой-то особой тепловой материи, получаемой от источника тепла. От этого, скажем, тела увеличиваются при нагревании в своем объеме. Но опыт Деви, проделанный с кусками льда в безвоздушном пространстве, показал, что в этом случае ничего не могло прибавиться к льду, а между тем он растаял. Таким образом Деви подготовил почву для великого открытия закона сохранения материи.
Один из ученых, с которым вел переписку Деви по различным вопросам физики и химии, доктор Беддоэсс, пораженный его огромным дарованием, заинтересовался молодым исследователем. Беддоэсс решил предоставить Деви возможность работать в обстановке, где он мог бы расти и полностью развернуть свои способности. Маститый ученый приглашает Деви работать химиком в свой медицинский так называемый Пневматический институт, куда Гемфри и поступает в 1799 г.
Пневматический институт, открытый Бэддоэссом, занимался исследованием целебных свойств различных тазов. В XVIII в. было открыто большое количество газов. Учение о газах было боевой проблемой в науке того времени. До появления паровой машины науки о тазах, как таковой, не существовало.
Но вместе с развитием паровой машины со всей остротой встал вопрос о систематическом изучении газовых законов, так как без этого нельзя было решать вопросов термодинамики, необходимой для явного понимания научных принципов паросилового хозяйства.
Исследованием газов мужественно, с риском для жизни, занимался и Деви, определяя физиологическое действие отдельных газов и их смесей. Так он пришел к открытию своего знаменитого «веселящего таза». Он обнаружил опьяняющее и анестезирующее действие закиси азота.
Открытие Деви становится широко известным. Оно приносит ему славу. Вскоре (1801 г.) Деви получает приглашение занять кафедру профессором химии в Королевском институте в Лондоне.
И вот двадцатитрехлетний Деви входит на профессорскую кафедру. Его молодость, собственное страстное увлечение химией, живость изложения, прекрасная иллюстрация лекций опытами приносят невиданный успех. Печать поет ему дифирамбы. «Первые люди в стране по рангу и талантам, литераторы и ученые, практики и теоретики, синие чулки и великосветские дамы, старые и молодые — все устремлялись в его аудиторию. Его молодость, простота, его природное красноречие, познания по химии, удачные примеры и иллюстрации и хорошо произведенные опыты возбуждали всеобщее внимание и беспредельный восторг».
В 1803 г. Деви избирают членом Королевского общества, а с 1807 по 1812 гг. он работает в качестве секретаря этого общества.
В этот период исследовательская и педагогическая деятельность Деви приобретает особый размах. Деви придает огромное значение исследовательской и экспериментальной работе в области химии и физики.
«Гораздо труднее собирать факты, чем заниматься спекулятивными умозрениями по их поводу: хороший эксперимент имеет больше ценности, чем глубокомыслие такого гения, как Ньютон», — пишет он в своих записках.
С 1806 г. Деви начинает усиленно заниматься вопросами электричества и в частности вопросами химического действия электрического тока. И в этой области он делает ряд значительных открытий.
Прежде всего Деви обращает свое внимание на работы по электролизу воды, т. е. по разложению с помощью электрического тока воды на ее составные части — водород и кислород. Опыты, проделанные до него целым рядом ученых, давали непонятные результаты: при прохождении электрического тока через воду у отрицательного полюса собирался вовсе не водород, как следовало ожидать, а кислота, у положительного же полюса — не кислород, а щелочь. Ученые не могли объяснить появления кислоты и щелочи вместо водорода и кислорода.
Деви приступает к опытам. Он брал возможно более чистую воду и тщательно предохранял ее от каких бы то ни было посторонних веществ. Затем он сменил стеклянный сосуд золотым и получил чистый кислород и чистый водород в эквивалентных количествах, т. е. на каждую часть кислорода приходилось по объему две части водорода. Так Деви доказал, что образование щелочей и кислоты являлось результатом электролиза тех веществ, которые попадали в воду из стекла.
За эту работу Парижская академия наук присудила Деви большую премию.
Деви продолжает серию электролитических опытов. Его внимание привлекает электролиз едких щелочей. На этом пути он открывает щелочные металбы — калий и натрий. Это ставит Деви в ряд наиболее крупных мировых ученых.
Он производит опыты с едким калием и получает металлический калий, он производит опыты с натрием и получает металлический натрий. Затем в 1807 г. Деви получает тем же путем барий, стронций, кальций, магний.
Следующая серия опытов посвящена изучению хлора. Газ этот был назван хлором по предложению Деви. Опыты с хлором и открытие щелочных и щелочно-земельных металлов привело Деви к столкновению с виднейшими химиками того времени. Деви отрицал, что хлор является сложным веществом. Это вносило настолько резкие изменения в таблицу элементов, предложенную Лавуазье, что Гей-Люссак и Тенар во Франции, Берцелиус в Швейцарии категорически восстали против утверждения Деви. Однако Гей-Люссак вскоре присоединился к Деви, проверив правильность его утверждения.
*
В 1812 г. в жизни Деви происходят два события, которые никак нельзя принять, как способствующие его дальнейшей научной деятельности. Он женится и получает дворянство. О влиянии жены на Деви смог многое бы рассказать знаменитый физик Фарадей, начавший свой тернистый путь ученого с положения полусекретаря, полуслуги у Деви и много натерпевшийся от его пустой и чванной жены. А «благотворное» влияние дворянского титула на ученую деятельность великого химика незамедлило сказаться через весьма короткий промежуток времени. В 1813 г. Деви едет путешествовать по Европе, отказавшись от профессуры и от службы в Королевском обществе, как несоответствующей его новому общественному положению.
Возвратившись в Англию, Деви больше не занимается серьезной теоретической работой. Он обращается исключительно к практическим вопросам промышленности.
В конце XVIII в. в Англии происходит так называемый «промышленный переворот». Развивается гигантскими шагами индустрия. Повсюду вводится машинное производство. Необычайно растет спрос на железо. Старый способ получении железа из руды с помощью древесного топлива уже более не удовлетворяет английских металлургов. Этот способ не давал достаточного количества железа и помимо этого приводил к хищническому вырубанию лесов в Англии. Тогда появляется так называемая пудлинговая печь, позволяющая производить плавку на каменном угле. В связи с этим необычайно развивается горная промышленность. Шахты уводят глубже в землю, штреки делаются длиннее. Интересы горной промышленности привлекают к себе внимание многих ученых.
Еще в самом начале развития горного дела люди столкнулись в шахтах с ядовитыми и взрывчатыми газами. Особенно опасным был рудничный или так называемый гремучий газ. В соединении с надлежащей пропорцией воздуха рудничный газ дает взрывчатую смесь. Естественно, что от пламени различных светильников, с которыми работали шахтеры, рудничный газ взрывался, приводя к страшным катастрофам. С развитием горной промышленности борьба с рудничным газом стала весьма острой проблемой.
Королевское общество в Лондоне, являвшееся центром научных сил Англии, не раз ставило на своих заседаниях вопрос о шахтных газах. Еще в протоколах 1675 г. мы находим подробные выдержки из письма некоего доктора Джессона, который дает описание следующим четырем сортам газов, встречающихся в шахтах:
«Есть четыре сорта ядовитых газов, распространенных в этих местах. Первый — это обыкновенный сорт, о котором не нужно много говорить, потому что он общеизвестен. Внешние признаки его приближения, — пламя свечи принимает круглую форму и постепенно уменьшается, пока не погаснет; внутренние — недостаток дыхания. Я не слыхал о каких-либо особых несчастиях, причиненных им если только человек не упал в обморок.
Второй сорт называется гороховым газом, потому что он, как говорят, имеет запах цветов душистого горошка. Говорят, что он появляется только в летнее время, и тогда от него не свободны даже такие галлереи, в которых никогда не бывает газов.
Я не слышал, чтобы он был смертелен; быть может, он мало опасен, потому что запах предупреждает об опасности. Тем не менее из-за него во многих галлереях прекращаются работы в самое лучшее и выгодное время года, когда подземные воды стоят ниже всего. Полагают, что этот газ происходит от каприфолия — растения, которым эти места весьма изобилуют.
Третий сорт газа — самый странный и самый губительный, если правда все то, что говорят о нем. Те, которые видели его (потому, что он видим). описывают его следующим образом: в наиболее высоких местах, под сводом боковых проходов, в стороне от главной галлереи замечают круглый предмет, величиной в футбольный мяч, имеющий толщину и цвет паутины. Если случайно камнем или чем-нибудь другим оболочку эту прорвать, то газ рассеивается и душит всех присутствующих. Поэтому во избежание таких случаев, как только замечают его, берут палку и длинную веревку и стараются разорвать его издали, а после того тщательно очищают место огнем.
Четвертый, который также называется газом (не буду спорить о правильности этого названия),— это пар, который при соприкосновении со свечой сразу зажигается и производит треск подобный выстрелу из ружья или скорее напоминает удар грома. Один рабочий здешних мест, по имени Лобби Лич, может служить печальным примером силы такого взрыва, так как ему оторвало руки и ноги и исковеркало все тело».
Совершенно очевидно, что четвертый вид шахтных газов, о которых говорит Джессон, есть не что иное, как рудничный газ, наиболее опасный.
Но и еще до Джессона доктор Томсон Ширлей в своем докладе в 1667 г. тому же Королевскому обществу, описывая загадочное горение воды в источнике, открывает причину этого явления в случайном воспламенении рудничного газа, выделяющегося в виде пузырьков на поверхности воды.
*
Долгое время природа рудничного газа оставалась неизвестной. Впервые анализ этого газа произвел в 1813 г. Гемфри Деви. Он определил его как смесь метана или болотного газа с небольшим количеством азота и углекислоты.
 |
| Головная лампа, которой пользовались в рудниках Англии в XVIII столетии |
Там, где газ находится в небольших количествах, его можно было выжигать. Для этого на каждом руднике держали специальных рабочих. Называли такого рабочего «палильщик» или «кающийся». Последняя кличка была придумана не без основания.
На такую работу действительно можно было итти только в виде наказания за осбые «грехи», в числе которых, безусловно, на персом месте стояла крайняя нужда.
Рудничный газ легче воздуха, поэтому он собирается под сводом шахты. Рабочий пробирался к месту скопления газа, ложился на землю и с помощью факела на длинной палке выжигал газ. Иногда передвигая с помощью шкива зажженную свечу на проволоке, «кающийся» мог производить это выжигание на более далеком расстоянии. Несмотря на все предосторожности, работа эта часто кончалась сильными взрывами и гибелью палильщиков.
Состав и свойства рудничного газа после исследования Деви стали известными. Но это было решением только одной части задачи. Ряд крупных взрывов в начале XIX в. показал, что необходимо во что бы то ни стало разрешить вопросы безопасности в газовых шахтах. Прежде всего надо было найти безопасный способ освещения в шахтах.
В течение сотен лет в рудниках Англии для освещения служили либо сальные или восковые свечи либо специальные лампы, надевавшиеся на голову горнорабочего. Лампы эти были открытого типа, пламя свободно выбивалась наружу.
В конце XVIII и в начале XIX в. было предложено много различных способов усовершенствовать шахтерское освещение. Делались весьма интересные попытки осветить шахты дневным светом при помощи длинной цепи зеркал. Однако этот опыт успеха не имел. (Интересно отметить, что подобный же метод разрабатывается сейчас в институте академика Иоффе для освещения темных комнат в домах.)
 |
| Кремневая мельница Керлисл Спеддинга для освещения газовых шахт |
Наиболее серьезной и заслуживающей внимания попыткой создать, действительно, безопасный источник света следует считать лампы доктора Рейда Кленни, предложенные в 1813 г. Доктор Клеили изолировал пламя лампы от окружающей среды. Он дал два варианта такой лампы. По одному из них воздух, необходимый для горения, поступал в лампу через слой воды (водяной затвор), находящийся в нижней части лампы. Продукты горения уходили вверх по простой конической трубке. Воздух вдувался через водяной затвор при помощи двух мехов, приводившихся в действие мальчиком.
По другому варианту воздух поступал в лампу через водяной затвор снизу, а продукты горения уходили через такой же затвор, устроенный в верхней части лампы. Если газ даже и проникал в лампу, то вспышка, происходящая внутри лампы, гасила огонь, причем пламя не выбивалось наружу.
Но оба изобретения, которые, действительно, были первыми предохранительными лампами, все же не получили широкого распространения, так как они были слишком громоздки и требовали для продувания воздуха добавочной рабочей силы.
Задача оставалась практически еще не решенной.
*
Деви подошел к вопросу о безопасной лампе прежде всего как ученый-исследователь. Он начал с исследования атмосферы в газовых шахтах, проделав бесчисленное количество самых разнообразных опытов. Это детальное изучение свойств рудничного газа и атмосферных условий в шахтах дало Деви возможность сконструировать свою безопасную лампу.
В письме к доктору Грею (1815 г.) Деви пишет об итогах своих работ:
«Газ в смеси в любой пропорции с обыкновенным воздухом не будет взрываться в маленькой трубке, диаметр которой меньше 1/8 дюйма, или даже в более широкой трубке, при принудительном прохождении газа через трубку. Взрывчатые смеси этого газа с воздухом требуют гораздо больше тепла для получения взрыва, чем смеси обыкновенного воспламеняющегося газа...
Гремучий газ не будет давать взрыва в трубках или отверстиях некоторого малого диаметра. Поступление и удаление воздуха в моем фонаре осуществляется при помощи таких трубок и отверстий, а поэтому если в таком предохранительном фонаре произвести взрыв искусственно, то он не передается наружу».
В результате своих опытов Деви нашел, что рудничный газ взрывается лишь при очень высокой температуре.
После введения в взрывчатую смесь какого-нибудь источника тепла проходит известное время, прежде чем смесь воспламенится. Следовательно процесс взрыва происходит с известной скоростью. Если же тепло будет почему-либо очень быстро рассеиваться в окружающую среду, ...
Окончание статьи отсутствует.
Комментариев нет:
Отправить комментарий