Борис Кузнецов - Дмитрий Иванович Менделеев

Таким образом, при определенных условиях каждую жидкость можно превратить в газ и каждый газ — в жидкость. Однако такое превращение происходит, когда температура повышается (либо понижается) до абсолютной температуры кипения. Фарадей и другие физики и химики XIX века пытались, применяя высокие давления, сжать различные газы и превратить их в жидкости и во многих случаях достигали успеха. Однако, работая с некоторыми газами, они не могли достичь этой цели, и таким образом возникло ошибочное представление о «постоянных газах»: кислороде, водороде, азоте. Менделеев разъяснил, что такие газы нельзя было превратить в жидкость потому, что температура оставалась выше абсолютной температуры кипения, т. е., говоря современным языком, — выше критической температуры. Открытие Менделеева дало громадный толчок физике газов. В 70-е годы Л. Кайете и Р. Пикте удалось охладить воздух до температуры -184 °C и получить жидкий воздух. Несколько раньше ученые получили жидкую углекислоту. В конце XIX века удалось превратить в жидкость водород, а в начале нашего столетия Каммерлинг-Оннес получил в виде жидкости последний из «постоянных газов» — гелий. В дальнейшем стала развиваться во многих направлениях важная в практическом и теоретическом отношении отрасль физики — физика низких температур. В Советском Союзе работает несколько крупных лабораторий, в которых, в частности, исследуются замечательные свойства различных веществ при низких температурах вблизи температуры абсолютного нуля (-273°,13 по обычной шкале Цельсия).

Менделеев впоследствии не раз возвращался к вопросу о поведении газов и жидкостей и к разработке учения о молекулах, их движении, взаимном тяготении и отталкивании. Итогом длительных экспериментальных и теоретических исследований была работа Менделеева об упругости газов. Именно эта работа и привела Менделеева к метеорологическим исследованиям и разработке научных основ воздухоплавания, конструированию стратостата и автоматических записывающих приборов, которые можно было поднимать в атмосферу без наблюдателя.

Эта работа по упругости газов имела еще один практический результат — создание высотомера, т. е. прибора для определения высоты точки над уровнем моря. Обычный барометр показывает величину атмосферного давления, по которой можно судить о высоте точки, в которой производится наблюдение. В приборе Менделеева — высотомере отмечались лишь изменения атмосферного давления. Кран прибора запирался, и после этого прибор регистрировал лишь увеличение и уменьшение давления, причем указывал эти изменения с большой точностью. Топографы Генерального Штаба вскоре применили изобретение Менделеева для составления карт, где нужно указывать высоту различных точек над уровнем моря.

Из других коренных вопросов физики Менделеева в течение всей его жизни интересовала проблема тяготения. Менделеев производил экспериментальные работы по весьма точному взвешиванию тел. В Палате мер и весов Менделеев производил тысячи экспериментов с тем, чтобы разработать методику точного взвешивания. Это было необходимо для получения образцовых гирь. В результате этих исследований точность взвешивания увеличилась в сто раз по сравнению с достигнутой ранее. Менделеев учитывал самые тонкие воздействия внешней среды, которые могли изменить результат взвешивания. Он, например, указывал на теплоту тела наблюдателя, которая может изменить показания точных весов, и помещал между наблюдателем и весами толстую деревянную доску, обитую жестью и оклеенную станиолем [7] Станиоль (от лат. stannum — «олово») — тонкие листы олова, фольга из чистого олова или оловянных сплавов — прим. Гриня . .

Наряду с собственно физическими проблемами Менделеева всегда интересовали вопросы, находящиеся на стыке между физикой и химией. Его не оставляла надежда перебросить мост между физическими теориями, описывавшими движение молекул газов, и химическими теориями, относящимися к образованию молекул из атомов. Поэтому Менделеев с такой энергией разрабатывал проблемы физической химии и ее практических применений. Среди физико-химических трудов Менделеева важное значение для современной науки приобрела выдвинутая им химическая теория растворов. В 1865 году в работе «О соединении спирта с водой» Менделеев описывал изменения плотности раствора спирта в воде в зависимости от процентного содержания спирта. Он доказывал существование связи между молекулярными и атомными явлениями, утверждал, что при изучении растворов обнаруживаются не только физические закономерности, но и химические.

В те годы большинство химиков резко разграничивало растворы и химические соединения. Господствовавшая физическаятеория растворов рассматривала растворенное вещество как совокупность молекул, распространившихся между молекулами растворителя, и отрицала наличие химических связей между веществами, входящими в раствор. Напротив, химическая, или гидратная, теория утверждала, что между ними существует химическое взаимодействие. Химические соединения отличаются постоянным составом. Вода всегда состоит из одной весовой части водорода и восьми весовых частей кислорода. Разложив любые девять граммов воды, мы всегда получим один грамм водорода и восемь граммов кислорода. Таким постоянным составом отличаются и прочие химические соединения. Иное дело растворы. Если мы насыплем соду в сосуд с водой, то можно, прибавляя соду, делать раствор более концентрированным и, напротив, можно подлить в сосуд каплю, ложку, стакан — любое количество воды, и все равно мы будем иметь перед собой раствор соды, но все уменьшающейся концентрации. Таким образом, раствор этот переменного состава, в нем составные вещества могут быть представлены в самых различных весовых отношениях.

Менделеев убедительно доказал, что, несмотря на такое коренное различие между растворами и химическими соединениями, между ними существует связь — в растворах происходят химические взаимодействия между смешанными веществами. В своей капитальной работе, написанной в 1887 году, «Исследование водных растворов по удельному весу» Менделеев писал: «Я верю в то, что удельный вес растворов, как и другие их свойства, все более и более при дальнейшем изучении предмета станут искоренять убеждение о механической простоте растворения и все определеннее и яснее, реальнее и несомненнее станут убеждать в существовании чистого химизма при акте растворения».

В дальнейшем физическая теория растворов достигла больших успехов. Следует отметить, что в воззрениях Менделеева чисто физические представления соединялись с утверждением о химических связях в растворах. Именно Менделеев значительно раньше других химиков отметил столь важное для теории слабых растворов значение физического представления о распылении частиц растворимого вещества, подобно рассеянию газа. В 1887 году он писал: «Я уже давно рассматривал разбавленные растворы как наиболее интересные и представлял их себе аналогично рассеянному или распыленному состоянию материи в парообразной форме».