Игорь Гарин - Непризнанные гении

Доходы от полученного состояния он почти целиком тратил на проведение экспериментальных работ и покупку книг. Кавендиш жил в Клапхэм Коммон на улице, сегодня носящей его имя. Именно здесь он оснастил свою лабораторию, собрав лучшие приборы и инструменты того времени. На протяжении без малого 40 лет Генри Кавендиш вел жизнь, подробности которой по сей день почти неизвестны.

Исследования Кавендиша по химии и физике газов тематически совпадали с работами многих других ученых того времени: Лавуазье, Уатта, Пристли. В своих работах он руководствовался традициями английского эмпиризма, в особенности воззрениями Бэкона и Локка. Кавендиш видел свою задачу в том, чтобы на основании экспериментального исследования природных явлений познавать их законы.

Первой выдающейся работой Генри Кавендиша стало открытие водорода («искусственного» или «горючего», по его словам, воздуха, принятого им за флогистон) (1766). Изучая взаимодействие железа, цинка и олова с разбавленной серной и соляной кислотами, Г. Кавендиш наблюдал выделение «горючего воздуха» (водорода). Хотя он не был первым, кто получил этот газ, именно ему принадлежит заслуга описания водорода как индивидуального вещества со своеобразными свойствами. Он получал водород действием разбавленных кислот на указанные металлы и установил, что во всех случаях образуется один и тот же газ.

Особый интерес Кавендиша вызвали легкость водорода, его большая горючесть и высокая реакционная способность. Кавендиш обнаружил, что «горючий воздух» не пригоден для дыхания, а при смешивании с обыкновенным воздухом взрывается. Впрочем, Кавендиш так и не понял, что «горючий воздух» — самостоятельный химический элемент, это открытие сделал А. Лавуазье 11 лет спустя.

При изучении этих свойств Кавендиш окончательно уверовал в то, что ему наконец-то удалось получить в свободном состоянии неуловимый флогистон. Действительно, этот газ на первый взгляд имел две характерные особенности флогистона. Большая горючесть газа указывала на высокое содержание в нем флогистона, а способность восстанавливать оксиды металлов без образования остатка была свойством, присущим, как считалось, только флогистону. Кавендиш нашел, что плотность нового газа (по отношению к воздуху) равна 0,09.

Даже после открытий Лавуазье Кавендиш не изменил своим представлениям о флогистоне, отдавая им предпочтение перед новыми веяниями в науке. «Но так как общепринятый принцип флогистона так же хорошо объясняет явления, как и теория Лавуазье, то я придерживался первого», — писал он.

Позже Кавендиш выделил углекислый газ («связанный воздух»), а также определил плотность кислорода, водорода и двуокиси углерода, тем самым введя в науку важнейшую их характеристику. В 1772 году Кавендиш открыл еще один газ — азот и подробно изучил его свойства. Как и прежде, он не опубликовал свои результаты, сообщив о них лишь своему другу Д. Пристли, поэтому первооткрывателем азота считается другой английский химик Даниэль Резерфорд (1749–1819), который первым сообщил об этом в печати.

Но именно Генри Кавендиш определил основной состав воздуха как смеси азота и кислорода. Он также определил (1781), что в воздухе по объему содержится 20,84 % кислорода — число, очень близкое к современным измерениям (20,95 %).

Проведя множество анализов воздуха, Г. Кавендиш опроверг господствовавшее представление о том, что состав воздуха в разных местах различен. В течение 60 дней он брал пробы воздуха при разных условиях погоды и в разных местах и, проведя около 400 анализов, установил, что состав воздуха — соотношение в нем кислорода и азота — всюду одинаков.

Он определил растворимость газов в воде, а также доказал идентичность углекислого газа, полученного из мрамора, и его же в составе воздуха, определил предельную концентрацию углекислого газа, при которой еще возможно горение. Кавендиш доказал, что известковые отложения в трубах могут быть вызваны растворенным в воде углекислым газом, впервые исследовал свойства «жесткой» воды и указал способ ее умягчения, добавляя известь (гидроксид кальция).

Сжиганием водорода в электрической искре Г. Кавендиш получил воду и определил соотношение объемных частей водорода с кислородом (примерно 2:1) (1784). Впрочем, он так и не сделал из этого вывода, что вода — сложное химическое вещество. Позже к этому выводу пришел А. Лавуазье, а спустя два десятилетия Ж. Л. Гей-Люссак, проведя многочисленные количественные исследования объемных отношений исходных веществ при образовании воды, обобщил полученные результаты в виде закона простых объемных отношений реагирующих газов. Этот закон сыграл значительную роль в разработке атомно-молекулярного учения.

Знаменитый опыт Кавендиша, в котором были обнаружены (но не идентифицированы) благородные газы, выполнен остроумно и просто: через смесь атмосферного воздуха и кислорода, находящуюся в тонкой стеклянной трубке, в присутствии едкого калия, по ртутным контактам пропускали электрический ток до тех пор, пока после образования азотной кислоты, взаимодействующей с едким калием, и удаления избытка кислорода получается незначительный остаток (1/125 часть), ни с чем уже больше не реагировавшая. Это открытие было надолго забыто, и о нем вспомнили лишь в конце XIX века, когда внимательное изучение лабораторного журнала Кавендиша и дополнительные эксперименты помогли У. Рамзаю и Дж. Рэлею спустя столетие (!) открыть благородный газ аргон (1894). (Оригинальный текст самого Кавендиша звучал так: «Если в нашей атмосфере содержится часть флогистированного воздуха, которая отличается от всего остального и не может быть превращена в азотную кислоту, то мы с уверенностью можем сказать, что она не больше 1/125 части его».)

Разделяя атомно-корпускулярные представления о строении материи, Генри Кавендиш видел свою задачу в том, чтобы на основании экспериментального исследования природных явлений познавать их законы. Кавендиш содействовал становлению химии как науки, подчеркивая необходимость количественных исследований в девизе: «Все определяется мерой, числом и весом». Тем самым он способствовал применению количественных методов исследований в химии.

Не вникая в детали физических и химических опытов Кавендиша, приведу главные его результаты, на многие десятилетия, а иногда и столетие, упредившие развитие экспериментальной науки:

— за 200 лет до Альберта Эйнштейна рассчитал отклонения световых лучей, обусловленные массой Солнца, и эти расчеты почти совпадали с эйнштейновскими;

— за 12–14 лет до Ш. Кулона в результате экспериментов с помощью сферического конденсатора открыл закон, согласно которому сила электрического взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами (1767);