Великие химики. В 2-х томах. Т. I. - Калоян Манолов

Грэм и Остин провели ряд исследований, на основе которых Грэм создал совершенно новую теорию веществ. В результате своих опытов они установили, что некоторые вещества образуют исключительно стойкие растворы. Если такой раствор подвергнуть испарению и потом охладить, растворенное вещество выделится в виде кристаллов. Словом, такие вещества очень легко кристаллизуются. Другая группа веществ, как установили ученые, образует нестойкие растворы, которые легко коагулируют, и растворенное вещество осаждается в виде студенистого осадка или тонкого порошка. Несмотря на все усилия, им не удалось получить кристаллы веществ второй группы. Приняв, что свойство кристаллизоваться заключено в самой сущности веществ, Грэм разделил их на две группы: первые (легко образующие кристаллы) он назвал кристаллоидами, вторые (не образующие кристаллов) — коллоидами.

Растворы коллоидных веществ обладали и другим важным свойством: при охлаждении они постепенно сгущались и превращались в студнеобразную массу — гель. При нагревании гель снова превращался в жидкость — золь. Изучая диффузию растворов, Грэм установил, что коллоидные растворы не могут переходить через перегородку, а кристаллоидные — переходят. Он сразу же использовал это свойство для получения совершенно чистых коллоидных веществ. С этой целью Грэм наливал коллоидный раствор в широкое блюдо, дно которого было выполнено в виде полупроницаемой мембраны. Опущенное в ванну с чистой водой, блюдо плавало по ее поверхности наподобие лодки. Все соли, растворенные в коллоидном растворе, проникали через перегородку в чистую воду, а в блюде оставались лишь коллоидные частицы. После того как воду меняли несколько раз, в блюде оставался совершенно чистый коллоидный раствор, из которого можно было выделить и само вещество. Таким образом Грэму удалось получить очень чистые окись кремния, гидроокиси железа, алюминия и хрома, прусскую синь, оловянную, титановую, вольфрамовую и молибденовую кислоты. Некоторые из этих веществ (например, окись кремния) встречаются в природе в кристаллическом состоянии. Эти исследования Грэма способствовали формированию воззрений, развитых впоследствии другими авторами[446]. Согласно этим воззрениям, коллоидное состояние является свойством всех веществ, но в определенных условиях.

Одновременно с изучением коллоидных растворов Грэм по-прежнему занимался газами. Дричиной этому послужило открытие французского химика Анри Сент-Клер Девилля. Грэм не раз перечитывал сенсационную статью ученого.

— Остин, идите-ка сюда. Вот почитайте. Какое замечательное открытие! — Он протянул журнал ассистенту. — Опять о прохождении газов через полупроницаемые перегородки.

Остин, взглянув на заголовок, воскликнул:

— Но здесь речь идет о платине[447]. Разве платина пористая?

— Уникальное открытие! Надо немедленно все проверить.

— Но у нас нет аппаратуры Девилля.

— А мы поступим по-иному. Когда-то, лет сорок назад, я начал изучать диффузию газов и для этой цели мне служила одна-единственная стеклянная трубка. Теперь мы возьмем платиновую трубку. Плотно закупорив ее с одного конца, выкачаем из нее воздух и поместим в атмосферу водорода; если то, о чем пишет Девилль, верно, через некоторое время внутри трубки должен накопиться водород.

Остин приготовил необходимые детали прибора, и они начали эксперимент. Тонкие стенки платиновой трубки оказались полностью непроницаемыми для водорода не только при комнатной температуре, по и при 200, 300 и даже 500°С. Однако, когда температура платиновой трубки повысилась настолько, что металл раскалился докрасна и начал светиться, как разгоревшийся уголь, в ней начал бистро накапливаться водород. Газ свободно проходил сквозь нагретую металлическую стенку трубки.

— Девиль совершенно прав. Надо проверить, проявляет ли платина это свойство только по отношению к водороду или по отношению к другим газам также, — возбужденно сказал Грэм.

— С чего начнем?

— Вначале с чистых газов — азота и кислорода, а потом поставим опыты со смесями.

Новое свойство платины так увлекло двух неутомимых экспериментаторов, что они временно забросили все другие проблемы. Через некоторое время ими было показано, что проникновение через платину является характерным свойством только водорода. Если платиновую трубку, нагретую докрасна, вводили в сосуд, заполненный светильным газом, то в трубку проходил только водород, а метан и другие газы, входившие в состав светильного газа, оставались в сосуде. В то время как в течение получаса в трубке накапливалось до ста кубиков водорода, объем проникших метана, азота, этилена, окиси и двуокиси углерода едва достигал одной десятой доли кубического сантиметра.

— Полная аналогия с каучуковыми мембранами, — сказал Грэм. — Когда я был молод и только начинал работать, я наблюдал подобное явление на каучуковых мембранах. Если наполнить резиновый шарик воздухом, через некоторое время он сжимается, потому что часть заключенного в нем газа выходит через тонкие стенки. Подумайте, анализ оставшегося газа показал, что это почти чистый азот. Каучуковая мембрана проницаема только для кислорода.

— Тогда можно предположить, что и другие вещества будут проявлять это удивительное свойство.

— Может быть. Через несколько дней у нас будут трубки, сделанные из железа, серебра, золота, палладия и никеля.

Новые, неожиданные результаты они получили только при работе с палладиевой трубкой. Водород проникал внутрь нее даже при комнатной температуре. Для объяснения перемещения воды сквозь полупроницаемую перегородку при осмотических явлениях Грэм предполагал, что она связывается с веществом мембраны и потом освобождается с другой стороны. Аналогия явлений навела его на мысль о том, что водород связывается с платиной и палладием, а на другой стороне металлической стенки освобождается.

— Мы могли бы попытаться получить соединение палладия с водородом и определить его свойства, — сказал Грэм.

— При какой температуре будем проводить опыт? Количество поглощенного водорода сильно зависит от температуры. Может быть, не постоянен состав соединения?

— Попробуем и при низких, и при высоких температурах.

Опыты с палладиевой пластинкой выдвинули новые проблемы. Нагретая и помещенная в атмосферу водорода, пластинка поглощала от 800 до 950 объемов водорода, который вновь выделялся при ее нагревании в вакууме.

— Надо попробовать получить соединение и другими методами. Так поступал еще Пруст. Если состав второго соединения идентичен с составом первого, тогда мы можем быть уверенными, что получили соединение, а не смесь. — Грэм задумался. — Для этой цели мы подвергнем электролизу подкисленную воду, а в качестве катода возьмем палладиевую пластинку. Кроме того, можно попробовать еще один вариант. Остин, залейте немного цинкового порошка серной кислотой и погрузите в раствор палладиевую пластинку. Она взвешена?