Жозеф Луи Гей-Люссак

Французский химик и физик, чьё имя высечено на Эйфелевой башне среди 72 величайших учёных страны, а закон объёмных отношений до сих пор называют его именем. Жозеф Луи Гей-Люссак прожил 71 год и успел побывать не только профессором Сорбонны и Политехнической школы, но и депутатом, пэром Франции и изобретателем промышленных технологий.

Воздушный шар и рекорд высоты

В 1804 году Гей-Люссак совершил два полёта на воздушном шаре, чтобы выяснить, как с высотой меняются магнитное поле Земли и температура атмосферы. Первый полёт 24 августа он провёл вместе с Био, второй — 16 сентября, уже один. Во время второго подъёма он достиг высоты 7016 метров и установил мировой рекорд высоты подъёма на воздушном шаре.

На этой высоте он измерил температуру воздуха: она оказалась равной −9,5 °C, тогда как на поверхности земли составляла +27,75 °C. Это доказало, что снега на вершинах гор не являются результатом действия самих гор на окружающий воздух. Правда, из-за слишком большой скорости подъёма шара точную зависимость температуры от высоты измерить не удалось.

С помощью гигрометра Соссюра Гей-Люссак измерил относительную влажность воздуха и обнаружил, что она быстро уменьшается с высотой. Эти измерения позже признали ошибочными: прибор не учитывал снижение температуры. Он также взял образец атмосферного воздуха на высоте 6636 метров и подтвердил, что состав воздуха не меняется с высотой, а примесей водорода в нём нет. Опыты опровергли представления того времени, что метеоры вызваны горением водорода в верхних слоях атмосферы.

Во время подъёма Гей-Люссак наблюдал за действием разреженного воздуха на организм: стеснение дыхания, учащение сердцебиения, сухость в горле. Условия на высоте 7016 метров он счёл достаточно приемлемыми, чтобы не прерывать исследования.

Закон объёмных отношений

В 1805 году Гей-Люссак вместе с Гумбольдтом проводил эвдиометрические опыты. Они обнаружили, что кислород и водород образуют воду, соединяясь в пропорции 100 объёмных частей кислорода на 200 объёмных частей водорода.

В 1808 году в заметке «О взаимном соединении газообразных веществ» Гей-Люссак сформулировал закон, который в русскоязычной литературе называют законом объёмных отношений. Он утверждал, что «газы, действуя друг на друга, соединяются в простых отношениях, например 1 к 1, 1 к 2 или 2 к 3». Учёный выяснил, что это соотношение не меняется с температурой, вопреки тогдашним представлениям, будто количество частиц в газе зависит от температуры и различается для разных газов. В те годы атомистическая теория делала только первые шаги, и выводы Гей-Люссака стали прорывом в исследовании структуры вещества.

В 1802 году он открыл закон теплового расширения газов, независимо от Дальтона. Гей-Люссак установил, что при нагревании от 0 до 100 °C объём воздуха увеличивается на 0,375 от первоначального объёма, и это число долго использовалось европейскими физиками. По нынешним представлениям оно соответствует температуре абсолютного нуля −266,7 °C, что близко к принятому сейчас значению −273,15 °C. Проведя опыты с другими газами, он показал, что это число одинаково для всех газов.

Химия: от калия до йода

В 1807 году Берцелиус, Хизингер и Дэви получили из расплавов поташа и соды металлы — калий и натрий. Император Наполеон, заинтересованный открытием, выделил Политехнической школе большую сумму на изготовление огромного вольтова столба. Гей-Люссак вместе с Тенаром обнаружил, что калий и натрий можно получать химическим путём в количествах, достаточных для тогдашнего химического анализа. Результаты опубликовали 7 марта 1808 года.

Гей-Люссак и Тенар исследовали свойства новых металлов, проверяя их взаимодействие со всеми известными тогда веществами. Им удалось химически разложить борную кислоту и получить новый элемент — бор. Они также попытались разложить «окисленную соляную кислоту» и, потерпев неудачу, предположили, что это вещество само является простым элементом. Статья, опубликованная 27 февраля 1809 года, противоречила мнению большинства химиков, но Дэви с этим согласился, а Ампер предложил назвать новый элемент хлором.

В 1811 году парижский селитровар Бернар Куртуа обнаружил в пепле морских водорослей новое вещество, разъедавшее котлы. Из-за фиолетового цвета его паров Гей-Люссак предложил назвать его йодом. Получив небольшое количество йода, он исследовал его свойства и установил, что йод — простое вещество, взаимодействующее с водородом и кислородом с образованием двух кислот. Доклад об этом был помещён в трудах Французской академии в 1814 году, и в статье Гей-Люссак особо отметил сходство химических свойств хлора и йода.

В 1815 году он занялся берлинской лазурью, красителем, широко применявшимся в живописи и текстильной промышленности. Ему удалось выделить из синильной кислоты газ, названный синеродом, или цианом, и доказать, что циан — соединение азота и углерода, а синильная кислота — соединение циана с водородом. Он также получил хлорциан. Работы Гей-Люссака опровергли распространённый предрассудок, что углерод не может соединяться с азотом. Ещё удивительнее оказалось то, что синильная кислота — сильнейший яд, хотя составляющие её простые вещества считались безвредными.

Промышленность и политика

С 1820-х годов Гей-Люссак значительную часть времени посвящал работе по заказам промышленности и правительства. Во многом это было связано со стеснённым материальным положением и необходимостью кормить семью. В 1822 году он ввёл в употребление ареометр (алкогометр), принцип действия которого остался неизменным до настоящего времени; создание таблиц градуировки для различных веществ заняло у него шесть месяцев напряжённого труда.

Гей-Люссак внёс большой вклад в химическую промышленность, предложив простой и безопасный способ производства серной кислоты. В 1827 году он изобрёл башню для улавливания окислов азота, выходящих из свинцовых камер при производстве серной кислоты; башни, носящие его имя, впервые применили в 1842 году. Он также является изобретателем простого способа отделения золота от меди.

Учитель Гей-Люссака Клод Луи Бертолле, умерший в 1822 году, завещал ему шпагу пэра Франции, так как не сомневался, что со временем ученик войдёт в палату пэров. Однако избрание затянулось: по представлениям того времени пэру не подобало заниматься ручным трудом. Гей-Люссак был избран депутатом от округа Лимож в 1831 году, переизбран в 1834 и 1837 годах. В 1839 году Луи-Филипп назначил его пэром Франции, и он заседал в Палате пэров до 1848 года. В палате депутатов и в палате пэров он выступал только тогда, когда затрагивались вопросы, связанные с научными исследованиями.

Характер и последние годы

Современники отмечали чрезвычайную честность Гей-Люссака как человека и как учёного. Он был суров и требователен к себе, к сослуживцам и к научным оппонентам, невзирая на их заслуги и регалии, и всегда считал своей обязанностью признавать и публиковать собственные ошибки, если таковые обнаруживались. Другой его чертой было личное бесстрашие, проявлявшееся и при опасных экспериментах, и в защите близких и коллег от политических репрессий и цензуры.

Всегда серьёзный и сдержанный, он был способен к порывам искренней весёлости. Ученики не раз видели его в лаборатории пляшущим в калошах после удачного опыта. Гей-Люссак был прекрасным преподавателем, умевшим излагать мысли просто и доходчиво, без напыщенных фраз. Кроме французского он хорошо знал итальянский, английский и немецкий, а хорошая память позволяла ему читать лекции своими словами, без написанного текста.

Здоровье у него было прекрасное, но сказывались травмы, полученные при опытах. 3 июня 1808 года он получил ожог одного глаза и вскоре потерял его в результате взрыва во время опытов с калием. В течение года он не мог переносить яркого света, и до конца жизни, по выражению жены, «его глаза оставались слабыми и красными». В последние годы жизни он получил серьёзную травму руки при взрыве стеклянного сосуда с газообразными углеводородами; некоторые врачи считали эту травму причиной смерти, последовавшей через несколько лет.

С женой Жозефиной, дочерью преподавателя музыкального училища в Оксерре, Гей-Люссак прожил 40 лет. По рассказам близко знавших его людей, в момент знакомства Жозефина, девушка образованная и умная, читала трактат по химии, что и послужило поводом для знакомства. Он умер у неё на руках в 1850 году. В последние годы учёный уединился в своём имении Люссак и посвятил себя написанию так и не оконченного труда «Химическая философия».

Вопросы и ответы

Правда ли, что Гей-Люссак установил рекорд высоты на воздушном шаре?

Да, 16 сентября 1804 года он достиг высоты 7016 метров, что стало мировым рекордом высоты подъёма на воздушном шаре.

Почему его закон называют законом объёмных отношений?

Потому что Гей-Люссак обнаружил, что газы соединяются в простых объёмных отношениях, например 1 к 1, 1 к 2 или 2 к 3. Этот закон он опубликовал в 1808 году.

Как сложилась его политическая карьера?

Он был депутатом от округа Лимож с 1831 года, переизбирался в 1834 и 1837 годах, а в 1839 году был назначен пэром Франции и заседал в Палате пэров до 1848 года.