Основатель учения о химическом равновесии - Статьи об истории

К 270–летию со дня рождения К.Л.Бертолле

Клод Луи Бертолле – французский химик, академик Парижской академии наук, создатель теории химического сродства веществ, первым начал систематические исследования химических равновесий. Решая практические задачи, Бертолле сделал ряд важных открытий. Так была создана первая теория химических равновесных процессов.

Клод Луи Бертолле (Claude Louis Berthollet) родился 9 декабря 1748 года в Таллуар (Савойя). Турин, столица Пьемонта, покорил молодого Бертолле своей красотой. Но не для обозрения красот города приехал он в Турин. Клод мечтал стать врачом, потому и выбрал этот город — ведь именно там находился один из самых старинных университетов Италии. Он был счастлив, он мог теперь посещать лекции по медицине, фармации, химии.

С юношеским рвением Бертолле с головой ушел в науку и вскоре стал любимцем профессоров. Это позволило ему ближе познакомиться с преподавателями и начать исследовательскую работу.

Исследования, которые проводил Бертолле, носили самый разнообразный характер. В это время из исследовательских лабораторий Франции, Англии, Швеции и Германии приходили вести о великих открытиях. Пристли открыл кислород, Шееле удалось получить «дефлогистированную муриевую кислоту» (хлор), Лавуазье открыл закон сохранения веса веществ. Зарождалась новая теория горения. Бертолле занялся изучением хлора. Что представлял собой этот газ, было загадкой. Когда флогистонная теория была отброшена, все надо было изучать сызнова.

В 1768 г. он окончил Туринский университет, получил степень доктора медицины и начал работать в аптеках. В 1770–1783 г.г. – практикующий врач, лейб-медик при дворе герцога Орлеанского. Как известно, в королевской Франции этот титул присваивали принцу крови, второму сыну короля. Так что Бертолле был, можно сказать, королевским доктором. Обязанности серьезные, но и оплата была королевская. Поэтому у доктора Бертолле нашлось время и средства для того, чтобы заинтересоваться химией, организацией химических и металлургических производств.

В 1772 г. он переехал в Париж для совершенствования своего образования. Посещал лекции в Парижском университете, получил место помощника в исследовательской лаборатории университета.

Экспериментируя, Бертолле получил газ с острым удушливым запахом. Он налил воду в сосуд, где был собран газ, и сильно взболтал ее. Поглотив газ, вода приобрела бледно-желтый цвет. Дав раствору отстояться в течение нескольких дней, Бертолле обратил внимание на то, что над жидкостью выделился газ, а раствор стал бесцветным. Он исследовал газ и установил, что это был кислород. Результаты опыта воодушевили молодого ученого, и он, занявшись определением, в каких весовых количествах соединяются муриевая кислота с кислородом при образовании хлора, нашел, что 87 весовых частей муриевой кислоты присоединяют 13 весовых частей кислорода.

Одной из основных причин заблуждения в отношении муриевой кислоты была вода. В ученом мире все еще полагали, что вода — простое вещество, элемент, принимающий участие почти во всех реакциях. Это заблуждение мешало ученым проникнуть в суть явлений. Огромный труд, долгие, бессонные ночи предшествовали открытию, что хлор — элемент, а не окись. Сегодня легко объяснить, почему хлорная вода выделяет кислород: хлор отнимает водород от воды и освобождает кислород. Однако и заключения Бертолле были вполне логичны, и в то время никто не сомневался в его правоте. Более того, в 1780г. году за заслуги в области изучения муриевой кислоты он был избран членом Парижской Академии наук.

В 1784г. Бертолле получил должность правительственного инспектора государственных красильных фабрик. В 1785г. первым из химиков примкнул к антифлогистическим воззрениям А. Лавуазье. В 1786—1787г.г. он вместе с А. Л. Лавуазье, Л. Б. Гитоном де Морво и А. Ф. Фуркруа разработал новую химическую номенклатуру и классификацию веществ. Бертолле участвовал в основании (1789) существующего и ныне журнала "Анналы химии". В 1792 году он был назначен главным смотрителем монетного дела. С 1794 г. – профессор химии в Нормальной школе и в Политехнической школ в Париже, научный консультант Наполеона Бонапарта. В 1798-1799 годах участвовал в Египетской экспедиции Бонапарта. В Египте на него был возложен контроль за подготовкой вывозимого из Египта сырья для химической промышленности.

Бертолле - основатель учения о химическом равновесии, автор замечательных работ, обогативших учение о сродстве. На основании наблюдений за процессами выпадения осадков из солёных вод озёр Бертолле установил, что направление химических реакций определяется массой, свойствами взаимодействующих веществ и условиями реакции. Это привело его к идее химического сродства, которое Бертолле считал пропорциональным массам реагирующих веществ. Он считал, что состав образующихся при химической реакции соединений должен изменяться непрерывно, против чего выступал

Химик Ж.Пруст утверждал: каждое соединение имеет один и тот же состав независимо от способов его получения. Углекислый газ – это всегда кислород и углерод в определенном соотношении.

Ж.Пруст подтвердил свои утверждения многочисленными точными измерениями. И, в конце концов, его взгляд был принят. Благодаря этому начало развиваться учение о молекулах и атомах. Возникло понятие валентности, согласно которому атом одного вещества может соединиться только с определенным количеством атомов другого вещества. И тогда закон постоянства состава стал почти очевидным. Так что сейчас нам сложно понять почему Бертолле придерживался противоположного взгляда, считая, что состав соединений может быть переменным в зависимости от процесса получения этих соединений.

Правда, через некоторое время оказалось, что он не совсем ошибался. В начале 20-го века был найден класс веществ, для которых закон постоянства состава не выполняется и в которых соотношение компонентов может быть и не постоянным. Такие вещества в честь Бертолле были названы бертоллидами.

Выдающийся французский химик Ж. Б. Дюма позднее так охарактеризовал эту дискуссию: "...начался между этими двумя великими противниками, столь достойными помериться силами, длительный научный спор, замечательный как талантом, так и хорошим вкусом его участников. И по форме и по содержанию это один из прекраснейших образцов научной дискуссии".

В начале XIX в. эта дискуссия завершилась в пользу Пруста и закон постоянства состава получил признание большинства химиков. Однако в начале XX в. Н. С. Курнаков открыл существование предвиденных Бертолле химических индивидуальных веществ переменного состава, которые в память Бертолле назвал бертоллидами. Это открытие разрешило противоречие между казавшимися несовместимыми взглядами Бертолле и Пруста на состав тел.

Основные исследования Бертолле относятся к неорганической химии, химии растворов и сплавов. Он установил состав аммиака (1785), болотного газа (1786), синильной кислоты (1786), сероводорода (1788). Открыл соли хлорноватистой и хлорноватой кислот (1786), в частности, хлорноватокислый калий ("бертолетова соль"), взрывчатое вещество, которое можно было использовать вместо селитры при изготовлении пороха(во время опытов значительное количество нового пороха внезапно взорвалось в Арсенале, при этом К. Бертолле и А. Лавуазье едва не погибли); открыл (1788) нитрид серебра ("гремучее серебро"). В 1787 г. Бертолле описал метод окислительно-восстановительного титрования.

Бертолетова соль такой сильный окислитель, что смесь ее с обыкновенным керосином является опаснейшим взрывчатым веществом. Был даже испытан порох, состоящий из бертолетовой соли и сахара. Эта сладкая смесь имела взрывчатую силу большую, чем обыкновенный порох.

Бертолетова соль чувствительна к трению, неустойчива, выделяет при хранении хлор и кислород. Все это не только снижает качество пороха и повышает его опасность, но и приводит к разъеданию и порче оружия. К тому же при взрыве бертолетова соль выделяет твердые продукты (хлористый калий), что всегда нежелательно. Тем не менее, вследствие простоты и дешевизны хлоратных взрывчатых веществ они иногда еще применяются. Бертолетова соль обязательно входит вместе с гремучей ртутью в воспламенительные составы капсюлей для огнестрельного оружия. В каждом патроне сеть крупица соли, за изучение которой великий химик чуть не поплатился когда-то своей жизнью.

Из экспериментальных работ Бертолле наиболее значительны те, что связаны с изучением хлора. Он применил на практике открытое К.Шееле белящее действие хлора для отбеливания тканей, воска, бумаги (1785). Бертолле разработал способы беления полотна, воска и бумажной массы хлором. До открытия Бертолле сырое полотно, которое требовалось отбелить, расстилали на земле и ждали, пока под действием солнечных лучей и дождей оно не станет чисто белым. Такое беление длилось иногда несколько месяцев и требовало большого пространства лугов и пашен.

Сначала Бертолле использовал для отбеливания газообразный хлор, но в 1787 г. он заменил его более удобной отбеливающей жидкостью. Её получали при пропускании хлора через холодный разбавленный раствор едкого калия (или поташа). При реакции образуется гипохлорит калия; он очень легко отдаёт атомарный кислород, который и производит беление. Этот способ позволил резко увеличить производительность текстильных фабрик и освободил для сельского хозяйства большие земельные участки.

Только за один год Бертолле сумел разработать несколько новых способов отбеливания тканей. В зависимости от материала он предложил различную обработку. Одни ткани замачивали в хлорной воде, другие — помещали в бочки, наполненные хлором, третьи — погружали в щелочные растворы хлора. Затем ткани подвергали продолжительной стирке — разными способами в зависимости от их первоначальной обработки. В результате ткани становились поистине белоснежными.

В течение еще тридцати лет хлор продолжали считать «окисленной муриевой кислотой», пока наконец Дэви не доказал, что это элемент, и назвал его хлором.

Ядовитое действие хлора в ту пору еще не было известно, и, хотя Бертолле очень остерегался его удушливых паров, исследователю часто приходилось страдать от этого газа. Порой задыхаясь, со слезами на глазах, он выбегал из лаборатории, чтобы хлебнуть глоток свежего воздуха.

Взрывчатые свойства триоксохлората калия Бертолле обнаружил случайно. Он начал растирать кристаллы в ступке, в которой на стенках осталось небольшое количество серы, не удаленное его помощником от предыдущей операции. Вдруг произошел сильный взрыв, пестик вырвало из рук Бертолле, лицо его было обожжено. Так Бертолле осуществил впервые реакцию, которую много позднее станут применять в первых шведских спичках.

Герб графа Бертолле.

В годы Великой французской революции Бертолле принимал деятельное участие в организации производства селитры, стали и др. материалов, необходимых для обороны республики. В 1804г. он получил титул графа и стал сенатором округа Монпелье.

В 1807г. Бертолле оставил официальную службу и поселился в парижском предместье Аркёй, где основал своеобразное научное общество, просуществовавшее 10 лет (1807—1817). В состав общества входило небольшое число выдающихся учёных Франции (П. Лаплас, А. Гумбольдт, Ж. Б. Био, Д. Ф. Араго, Ж. Л. Гей-Люссак и др.); общество регулярно собиралось под председательством Бертолле или Лапласа и обсуждало различные научные проблемы. «Мемуары Аркёйского общества» получили широкую известность в учёном мире.

Едва только заблистала звезда Наполеона, Бертолле последовал за ним в Египетский поход. Император осыпал его почестями, назначил сенатором и присвоил ему графский титул, но это не помешало Бертолле, как члену Сената, голосовать в 1814 году за отставку Наполеона. В отличие от многих своих коллег — современников и деятелей эпохи Французской революции, Бертолле избежал опалы после падения Наполеона и реставрации Бурбонов. Он сумел не только сохранить все свои привилегии, но и получить от Людовика XVIII титул пэра Франции.

Клод Луи Бертолле, который в глазах многих современников и потомков имел репутацию беспринципного и тщеславного придворного и даже не выступил в защиту своего друга и коллеги Лавуазье, когда тот был осужден и приговорен к смертной казни, был, тем не менее, талантливым учёным и вошел в историю как автор многих химических открытий.

Бертолле много сделал для развития науки и высшего образования во Франции: основал лучшие доныне высшие учебные заведения — Нормальную и Политехническую школы в Париже; создал крупнейший научный журнал «Анналы химии».

Бертолле – Легионер ордена Почётного легиона (1803) , Великий офицер ордена Почётного легиона (1804).

В последние годы жизни Бертолле полностью отошёл от научной работы из-за тяжёлой болезни.

Умер К.Л. Бертолле 6 ноября 1822 года в Аркёйе, где располагалась созданная им лаборатория.

В честь Клода Луи Бертолле назван род южноамериканских растений Бертолетия (Bertholletia), к которому относится широко известный вид Бертолетия высокая (Bertholletia excelsa), или Бразильский орех .

Рассказывают, что…

В химии существует устойчивое стремление описать всю материю химическими формулами. Классическая химия, например, имеет дело с веществами, синтезированными в лаборатории или принудительно изъятыми из естественной природной системы. Широко известен факт, что в природе существуют системы, которые невозможно описать химической формулой. Известным примером являются бертолиды, в том числе растворы и системы, состоящие из огромного множества компонентов со случайным (стохастическим) распределением состава.
В лаборатории Бертолле в Политехнической школе работал химиком Пьер Луи Дюлонг (1785-1838). Основные его научные исследования были посвящены общей и неорганической химии. Он впервые получил хлорид азота и фосфорноватистую кислоту. Независимо от Г. Дэви и почти одновременно с ним он предложил водородную теорию кислот.

С 1832 г. Дюлонг был непременным секретарём Парижской академии наук.

Д. И. Менделеев (1886 г.) на основе собственных наблюдений и накопившихся к тому времени многочисленных экспериментальных данных пришел к выводу, что неопределенные соединения являются настоящими химическими соединениями, лишь находящимися в состоянии диссоциации. Эта идея получила дальнейшее развитие только в начале 20-го века в работах Н. С. Курнакова, утверждавшего, что индивидуальные химические соединения могут иметь как постоянный, так и переменный состав. Первые он назвал дальтонидами, вторые — бертоллидами (в честь основоположников химической науки Дальтона и Бертолле).
Идея обратимости химического процесса зародилась задолго до возникновення термодинамики. Еще в 1799 г. К- Л. Бертолле (1748— 1822) при изучении египетских соляных озер обратил внимание на выпадение осадка карбоната натрия и объяснил это явление повышением концентрации хлорида натрия или карбоната кальция в растворе.
В 1867 г. норвежские ученые К. Гульдберг (1836—1902) и П. Вааге (1833— 1900) на основании изучения трудов Бертолле и тщательной экспериментальной проверки их достоверности предложили первое математическое описание влияния концентрации реагирующих веществ на выход продуктов реакции. Выводы, полученные ими, в окончательной форме в 1877 г. были высказаны голландским физико-химиком Я. X. Вант-Гоффом и общепризнаны под наименованием закона действия масс.

27 октября 1788 года в одном из помещений пороховой фабрики в Париже собралось довольно большое общество. Присутствовали и дамы. Академики Лавуазье и Бертолле оживленно спорили между собой, мадам, как всегда, пленяла собеседников своим остроумием. Но собравшиеся пришли сюда не на светский прием и не на званый обед. Повод для встречи был бесконечно более важным: в этот день изготовлялась крупная опытная партия нового вида пороха. Под надзором специалистов дело быстро продвигалось вперед. Однако через короткое время события приняли трагический оборот.

"Четверть девятого, - сообщает очевидец, - присутствующие нашли порох достаточно готовым и отправились завтракать. Через четверть часа все возвратились. Только г-н Бертолле задержался на некоторое время с г-ном и г-жей в другой части фабрики. Дочь комиссара де Шевро с г-ном Лефором прошли вперед. Другие хотели следовать за ними к месту испытаний. Не успели они сделать несколько шагов, как раздался сильный грохот и поднялось облако дыма. Все поспешили к месту взрыва и увидели, что механизмы совершенно разрушены, а г-н Лефор и мадемуазель Шевро отброшены на тридцать футов и ужасно искалечены. У г-на Лефора одна нога была оторвана, другая вместе с рукой раздроблена. Кроме того, у него был потерян один глаз и сожжена вся кожа на голове. Он жил еще только несколько мгновений. Мадемуазель Шевро, также тяжело раненная, умерла еще прежде него". После несчастного случая на фабрике опыты с новым порохом были надолго прерваны.