ДОСТИЖЕНИЯ НАУКИ - В ПРОИЗВОДСТВО
Выдающийся французский химико - физик Анри Луи Ле Шателье (Henri Louis Le Chatelier) родился в Париже 8 октября 1850 года в семье горного инженера, принимавшего участие в строительстве французских железных дорог, и с раннего возраста прививавшего сыну любовь к наукам. Отец редко бывал дома, и воспитанием детей в основ¬ном занималась мать, женщина с большим художествен¬ным вкусом. Она привила своим детям интерес к искусст¬ву. Анри живо интересовался художественной литерату¬рой и много читал.
В 1867 г. он сдал экзамен на бакалавра литературы, но его отец считал, что призвание мужчины — точные науки. По настоянию отца Анри на следующий год сдал экзамен на бакалавра наук и поступил в парижскую Политехническую школу, как и его старший брат.
В свободное от занятий в школе время он очень любил бывать вместе с отцом или старшим братом на алюминие¬вом заводе. Блестящие белые бруски дорогого металла завораживали его.
В Политехнической школе он изучал инженерные на¬уки, но проявлял большой интерес к химии и металлур¬гии. Анри мечтал построить установку, в которой измель¬ченная порода будет превращаться в сверкающий металл. Для этого были нужны знания не только химика, но и кон¬структора.
Друзья отца, ученые, давно отметили незаурядные способности Анри. На летние каникулы молодого Ле Шателье охотно взяли на работу в лабораторию Девилля, в которой занимались проблемой высоких температур, достигаемых в специально сконструированных печах.
Закончив весной 1872 г. Политехническую школу и получив диплом инженера, Анри некоторое время рабо¬тал в конторе своего отца, но все это время страстно меч¬тал поступить в университет, чтобы расширить свои по¬знания в физике. Через два года его мечта сбылась. Он учился в Высшей национальной горной школе и слушал лекции в Коллеж де Франс. Ле Шателье был разносторонне образованным человеком, изучал естествознание, технику, общественные науки, древние языки, религию.
Анри начал серьезно заниматься физикой вместе с братом. Вдво¬ем они приступили к решению проблемы ацетилена.
Пламя ацетилена имело очень высокую температуру, что делало его весьма перспективным для сварки метал¬лов. Но препятствием для его применения была взрывоопасность жидкого ацетилена — даже очень толстые стен¬ки реактора не выдерживали, и сосуд взрывался, как на¬стоящая бомба. Братья начали исследования и провели огромную работу, в результате которой им удалось разра¬ботать способ безопасного хранения жидкого ацетилена.
После окончания учёбы он работал горным инженером в Алжире и Безансоне. В конце 1876 г. Анри женился на Женевьеве Николя. В том же году он получил место профессора общей химии в Горной школе, где преподавал общую и техническую химию.
Молодой профессор вёл большую ис¬следовательскую работу. Одной из важнейших проблем, которой занимались научные сотрудники Горной школы, было изучение рудничного газа, который выделялся из угольных пластов и, соединяясь с воздухом, представлял большую опасность взрывов в шахтах.
Работа продвигалась медленно. После долгих раз¬думий и поисков Ле Шателье удалось разработать новый метод определения теплоемкости газов при высокой тем¬пературе, который дал отличные результаты. Одновремен¬но ученый теоретически обосновал наиболее важные рас¬четы в металлургии и теплотехнике, связанные с горени¬ем газов и выделением тепла.
Интересы молодого ученого не ограничивались обла¬стью горения газов. Он приступил к изучению вопросов, которые волновали его со школьной скамьи: какие хими¬ческие процессы протекают при затвердевании бетона, цемента, гипса, какие факторы влияют на эти процессы, как управлять скоростью затвердевания, как увеличить прочность бетона? Все эти проблемы имели большое прак¬тическое значение.
Свои исследования Ле Шателье осуществил в лабо¬ратории Коллеж де Франс, где в 1883 г. получил место профессора. Изучая равновесные процессы, учёный оп¬ределял факторы, от которых они зависели. Он решил найти такой способ, при котором можно было бы управ¬лять химическим равновесием, то есть «сдвигать» его в нужную сторону и получать в результате реакции только необходимые вещества, а выход остальных свести к ми¬нимуму.
После многочисленных опытов Ле Шателье устанав¬ливает принцип подвижного равновесия: при внешнем воздействии на равновесную систему в ней протекает про¬цесс, способствующий уменьшению этого воздействия.
Многосторонняя научная деятельность Ле Шателье требовала строгого распределения времени. Он рано вста¬вал и шёл в кабинет готовиться к лекциям или работать над рукописями. Послеобеденное время профессор посвя¬щал научным исследованиям в лаборатории, занимаясь новой проблемой — сплавами.
Чтобы увидеть структуру металлов под микроскопом, учёный решает направить пучок света так, чтобы металлическая пластинка отража¬ла его в объектив прибора, и тогда ее поверхность станет видимой. Идея была реализована, и впервые человек на¬блюдал металлическую поверхность при таком большом увеличении.
А Ле Шателье уже думал над тем, как изменить кон¬струкцию микроскопа, и спустя немного времени в лабо¬ратории появился первый в мире металлографический микроскоп.
Достижения Ле Шателье получили высокую оценку — Гран При в Париже (1900 г.), премию Сент-Луи в США (1904), награды в Италии, Бельгии, России. Он был профессором Парижского университета (1907-1925г.), где сменил на кафедре химии А.Муассона. В 1907 г. его избрали действительным членом Парижской Академии наук.
Надолго запомнились студентам превосходные лекции Ле Шателье, отличавшиеся ясностью и простотой изложения. Ле Шателье всегда был очень трудолюбив. Его работы были посвящены, главным образом, изучению химических явлений с точки зрения термодинамики.
Ле Шателье был одним из первых химиков, систематически проводивших фундаментальные исследования металлургических и химико-технологических процессов. Он изучал калорийность горючих материалов, проблемы металлургии и металлографии, свойства гидравлических вяжущих материалов и керамических изделий.
Большинство работ Ле Шателье посвящены прикладным проблемам; он был одним из первых химиков, систематически проводившим фундаментальные исследования металлургических и химико-технологических процессов. С 1880 г. Ле Шателье занимался проблемой обжига и затвердевания цемента; имевшиеся к тому времени исследования не позволяли объяснить протекание этих сложных процессов. На основе своих исследований он создал теорию затвердевания цемента, иначе называемой теорией «кристаллизации».
Известность Ле Шателье быстро росла, одновремен¬но с этим увеличивался круг его обязанностей: он прово¬дил многочисленные исследования, читал лекции, зани¬мался с дипломниками и докторантами, принимал учас¬тие в работе многих правительственных комиссий. Его заслуги получили всемирное признание. Многие европей¬ские университеты и научные организации избирали его своим почетным членом. По инициативе Французской Академии наук в начале 1922 года торжественно отмеча¬лось пятидесятилетие его научной деятельности.
Несмотря на годы, ученый продолжал работать над про¬блемами металлургии, связывающих материалов, керами¬ки, стекла. В то же время он всё чаще обращался к вопро¬сам философии, проблемам взаимоотношений людей.
Задумываясь над сложными общечеловеческими про¬блемами, Ле Шателье пришел к выводу о необходимости создания новой системы обучения, которая даст молодо¬му поколению глубокие знания. И он неустанно писал статьи, читал доклады, участвовал в работе комиссий.
При активном участии Ле Шателье физическая химия и химическая технология превратились в самостоятельные, широко разработанные области.
Он не был удостоен Нобелевской премии, равно как её не получили такие великие учёные, как М.Бертло, Дж. Гиббс, С.Канниццаро, Д.Менделеев, Ю.Томсон. Причина в том, что первое присуждение премии состоялось в 1901г., когда работы Ле Шателье уже давно получили общее признание.
В 1881 г. совместно с М.Бертло и Ф.Малларом он занялся исследованием процессов воспламенения, горения и взрыва. Эти исследования привели его к созданию оригинального способа определения теплоемкостей газов при высоких температурах.
В 1884 г. он сформулировал общий закон смещения химического равновесия в зависимости от внешних факторов (принцип Ле Шателье-Брауна).
"Если в системе, находящейся в равновесии, изменить один из факторов равновесия, например, увеличить давление,- писал Ле Шателье,- то произойдет реакция, сопровождающаяся уменьшением объёма, и наоборот. Если же такие реакции происходят без изменения объёма, изменение внешнего давления не будет влиять на равновесие".
Ле Шателье считал, что подавляющее большинство реакций обратимо. До конца идут лишь реакции, при которых происходит выделение из реакционной системы одного из продуктов в виде осадка, газа и т.д. Сейчас закон Ле Шателье формулируется в общем виде так: внешнее воздействие, которое выводит систему из термодинамического равновесия, вызывает в этой системе процессы, направленные на ослабление результатов такого влияния. Изменяя условия протекания процесса, можно добиться резкого увеличения выхода необходимого продукта.
Всю жизнь Ле Шателье посвятил исследованиям, важным для развития промышленности. Среди его работ - проведение синтеза аммиака, создание новых способов получения взрывчатых веществ, совершенствование выплавки металлов, производства цемента, стекла и других веществ.
В 1886-1889 г.г. Ле Шателье разработал термоэлектрический пирометр – оптический прибор, измеряющий температуру раскаленных тел по цвету их свечения. Он экспериментально подтвердил аналогию между растворами и сплавами, на которую в 1868 г. указывал Д.Чернов. В 1897г. Ле Шателье сконструировал металлографический микроскоп, с помощью которого можно было изучать строение непрозрачных объектов.
Изучая систему железо-углерод, Ле Шателье в 1897 г. высказал мысль, что сплавы железа с углеродом представляют собой твердые растворы, из которых при понижении температуры могут выделяться чистые элементы или соединения. Он впервые показал, как учение о фазах, созданное Д.Гиббсом, может быть применено в качестве руководящего начала в металлографических исследованиях.
Ле Шателье, вместе с Д.Гиббсом и Я.Вант-Гоффом, создал и обосновал принцип подвижного равновесия - один из краеугольных камней всего учения о химическом равновесии. В 1884г. Ле Шателье распространил этот принцип и на давление, концентрацию и др. Он писал: "Любая система, находящаяся в состоянии устойчивого химического равновесия, будучи подвергнута влиянию внешнего воздействия, которое стремится изменить либо температуру, либо давление, концентрацию всей системы или некоторых её частей, может подвергнуться только тем изменениям, которые, если бы они происходили сами по себе, вызвали бы изменение температуры или давления, концентрации, противоположное по знаку тому изменению, которое вызывается внешним воздействием".
В этом принципе заключается один из величайших законов природы, который даёт возможность правильно и уверенно разбираться как в научных вопросах, так и в сложных промышленных процессах.
Этот термодинамический принцип подвижного равновесия независимо от Ле Шателье сформулировал в 1887 г. Карл Браун. Принцип применим к равновесию любой природы: механическому, тепловому, химическому, электрическому (эффект Ленца, явление Пельтье).
Химическое равновесие смещается в ту или иную сторону при изменении любого из следующих параметров:
температуры системы, то есть при её нагревании или охлаждении;
давления в системе, то есть при её сжатии или расширении;
концентрации одного из участников обратимой реакции.
О необходимости связи науки с промышленностью Ле Шателье не переставал говорить и писать до конца своих дней.
При активном участии Ле Шателье физическая химия и химическая технология превратились в самостоятельные, активно развивающиеся области науки. Ле Шателье был удостоен многих наград: в 1886 г. он стал кавалером ордена Почётного легиона, в 1916 г. получил медаль Дэви Лондонского королевского общества. В 1907г. был избран членом Парижской АН, в 1913г. был избран членом-корреспондентом Петербургской академии наук, а в 1926г. — почётным членом АН СССР.
Жена ученого, Женевьева Ле Шателье, боготворила своего мужа. Она с героическим самопожертвованием посвятила всю свою жизнь ему, воспитанию их семерых детей и созданию всех условий для работы мужа. Почти всегда она сопровождала учёного в его поездках за грани¬цу: Италию, Бельгию, Англию.
В конце 1936 г. на семейный праздник — 60-летие со дня свадьбы Женевьевы и Анри — собралась вся огром¬ная семья: трое сыновей и четыре дочери, тридцать четы¬ре внука и шесть правнуков — всего сорок семь наслед-ников по линии отца. А общее количество всех родствен¬ников превышало сто человек.
Маленькая деревушка Мирибель притаилась в доли¬не Изар. На краю деревни, утопая в зелени, возвышался летний дом Ле Шателье. Здесь проводила каникулы мно¬гочисленная семья Ле Шателье.
Лето 1936 года протекало необычно тихо и спокойно. С тех пор, как Ле Шателье заболел стенокардией, он жил в деревне по полугоду. Но и здесь он продолжал рабо¬тать — читал, писал статьи, обобщал полученные недав¬но результаты экспериментов.
Размышляя о сущности человеческой натуры, он захотел изложить эти мыс¬ли на бумаге. Через несколько дней статья была окончательно гото¬ва. Ле Шателье послал её в «Бюллетень социального со¬юза» и с нетерпением ждал выхода статьи в свет. Гранки пришли, когда ученый был тяжело болен. Пре-возмогая слабость, он прочел последнюю в своей жизни корректуру и отложил исправленные листы с чувством глубокого удовлетворения от исполненного долга. Спус¬тя несколько часов его не стало.
Умер Анри Луи Ле Шателье 17сентября 19З6 года в Мирибель-лез-Эшель. Всего он опубликовал около 500 статей и несколько книг.
Однажды он сказал:
Людей, способных изменить свои первоначальные мнения, крайне мало. Одной из причин успеха Клода Бернара и Пастера было наличие у них этого дара. Обладая пылким воображением, они каждый день выковывали новые гипотезы, но, когда последние опровергались опытами, они легко отказывались от них.
Мои исследования относятся к двум областям, очень несхожим на первый взгляд: к химической механике и к промышленной химии,- писал Ле Шателье в 1897 г.- Но на самом деле эти две области химии имеют многочисленные точки соприкосновения. Законы химической механики управляют не в меньшей степени процессами в химической промышленности, чем реакциями в исследовательской лаборатории.
