Чтение онлайн

Если вдуматься, развитие представлений в катализе описало своеобразную синусоиду, вернувшись к давно известным наночастицам металлов, хотя, с другой стороны, и на более высоком уровне понимания. Но складывается впечатление, что люди, незнакомые с историей науки, уловили лишь последнюю восходящую ветвь синусоиды, подъем “снизу-вверх”, от комплексов, содержащих один атом металла, к металлическим наночастицам, и стали преподносить их как открытие последнего времени, как некий переворот в катализе, связанный с появлением нанотехнологий. И вот уже с высоких трибун звучат бодрые голоса, обещающие создание методами нанотехнологий новых катализаторов для экологически чистых процессов химической промышленности.В кругу специалистов все эти высказывания вызывают удивление, непонимание, обиду. А мы чем всю жизнь занимались – ромашки нюхали? Ситуация абсолютно идентична описанной ранее для сорбентов. И вывод из всего этого точно такой же: весь современный промышленный катализ – это и есть нанотехнологии, а разработанные учеными-каталитиками методы получения наночастиц металлов и результаты исследования их свойств составляют, несомненно, золотой фонд нанотехнологий.

Жил-был ученый. Звали его Гемфри Дэви (1778–1829). Он открыл натрий, калий, кальций, магний, стронций, барий и бор, явление электролиза и электрическую дугу, установил элементарную структуру хлора, предложил электрохимическую теорию химического сродства и тем самым заложил теоретические основы химии, а еще открыл “веселящий газ” – закись азота, долгое время использовавшийся в качестве наркоза при медицинских операциях, изобрел безопасную рудничную лампу и многое другое. Когда на склоне лет его спросили, какое из своих открытий он считает главным, Дэви ответил: “Я открыл Фарадея”.

Красивая легенда. Сегодня мы вкладываем в историческую фразу совсем не тот смысл, что Дэви, который делал, несомненно, ударение на слове “я”. Ему и в кошмарном сне не могло присниться, насколько ученик превзойдет учителя. Но именно так и случилось; Дэви, великий ученый и гениальный провидец, по сути оказался прав. Англичанин Фарадей – один из немногих ученых, чье имя знают во всем мире. Он – самый знаменитый из всех представленных в этой книге исследователей природы. И один из главных предтеч нанотехнологий.

Майкл Фарадей родился в 1791 году в пригороде Лондона в семье кузнеца. Из-за бедности он смог получить только начальное школьное образование, а в 13 лет пошел работать, сначала разносчиком книг и газет, затем подмастерьем в книжную лавку, где овладевал переплетным ремеслом. В этом “университете” Фарадей пробыл семь лет, с жадностью прочитывая все переплетаемые им книги. Наибольшее впечатление на него произвели статьи по электричеству в Британской энциклопедии и книга Джейн Марсе [29] “Беседы о химии”. Под их влиянием Фарадей стал посещать научно-популярные лекции в Городском философском обществе и воспроизводить увиденные и описанные опыты в домашней лаборатории, экономя буквально на всем. Вероятно, именно тогда выработался минималистский стиль экспериментов Фарадея. “Немного проволоки и несколько старых кусков дерева и железа дают ему возможность делать величайшие открытия”, – писал со смесью удивления и восхищения великий немецкий естествоиспытатель Герман фон Гельмгольц (1821–1894).

В двадцать один год Фарадей закончил обучение в лавке и получил звание мастера. Тут ему посчастливилось попасть на лекции Гемфри Дэви в Королевском обществе. И лекции, и сам лектор произвели на юношу неизгладимое впечатление, что предопределяло всю его последующую жизнь. Позже Фарадей вспоминал: “Желание уйти из торговли, которую я считал порочным и эгоистичным занятием, и посвятить себя служению науке, которая, как я представлял себе, делала своих последователей добрыми и свободными, заставило меня наконец сделать смелый и наивный шаг: написать письмо сэру Дэви”. К просьбе взять его на работу Фарадей приложил оригинальный подарок – сделанный им конспект лекций Дэви в искусном кожаном переплете. (Этот трехсотстраничный манускрипт до сих пор бережно сохраняется в Королевском обществе.) Дэви встретился с соискателем, поблагодарил за подарок, но просьбу отклонил.

Не было счастья, да несчастье помогло. При очередном взрыве в лаборатории Дэви поранил глаз, и ему потребовался помощник для записи результатов опытов. Тут он и вспомнил о Фарадее, о его хорошем почерке, аккуратности и готовности выполнять любую работу. Майкл приступил к своим обязанностям 1 марта 1813 года, а уже осенью Дэви предложил Фарадею сопровождать его в европейском турне, которое продлилось два года. Это была далеко не увеселительная поездка, по крайней мере для Фарадея. Он играл роль Фигаро: записывал мысли мэтра, таскал многочисленные баулы, чистил одежду и гулял с мопсом “мадам”. Но при этом жадно впитывал содержание бесед Дэви с Ампером, Вольтой, Гей-Люссаком и Шеврёлем, схватывая их мысли на лету, изучал хитроумные приборы в их лабораториях и помогал Дэви ставить его собственные эксперименты.

Один из них вошел в историю науки. Во Флоренции Дэви впервые доказал, что алмаз представляет собой чистый углерод. Для этого пришлось сжечь несколько алмазов, включая крупный бриллиант из перстня герцога Тосканы, но – наука требует жертв. В сущности, Дэви воспроизвел опыт средневековых флорентийских ученых, внеся в него существенное изменение. Он со своим валетом [30] помещал алмаз в заполненный кислородом стеклянный сосуд, запаивал его, а затем фокусировал на алмазе солнечный луч; алмаз при этом “испарялся”, а единственным веществом, которое удавалось обнаружить в сосуде, был углекислый газ.

По возвращении в Лондон Дэви стал доверять Фарадею проведение некоторых экспериментов, поручал ему самостоятельные исследования и способствовал публикации его первых научных статей. Все чаще случалось, что промышленники, не рискуя беспокоить сэра Гемфри, обращались к его помощнику с просьбой разрешить возникшие у них проблемы. Одна из них хорошо знакома и нам в наше высокотехнологичное время: железные изделия, увы, ржавеют. Подход, использованный Фарадеем при решении этой проблемы, характерен для всего его научного творчества: “наблюдать, изучать и работать”. Он шел от наблюдения: железные метеориты, хранившиеся в Британском музее, не ржавели. Фарадей провел их химический анализ и обнаружил значительную примесь никеля. Затем он ввел никель в расплав железа и получил то, что мы сегодня называем нержавеющей сталью. Аналогичный эффект наблюдался и при введении в железо других металлов, в частности хрома. Но, к сожалению, заказчик умер и результаты испытаний легли на полку на долгие десятилетия – для Фарадея это был незначительный эпизод, и он не занимался “торговлей” своими научными открытиями.

Дэви с Фарадеем еще проводили совместные исследования, но Дэви, естественно, слово “совместные” в голову не приходило, он был босс, а Фарадей – его помощник. Одно из этих исследований касалось сжижения газов. Идея для того времени была нетривиальной. Жидкость – это жидкость, а газ – это газ. Любая жидкость при испарении переходит в пар (или разлагается), но ниоткуда не следовало, что любой газ можно превратить в жидкость. Дэви придумал очень изящный экспериментальный прием, в результате чего им удалось получить жидкий хлористый водород.

Через несколько лет, развивая эти работы, Фарадей впервые получил в жидком состоянии хлор, сероводород, аммиак, диоксид азота, углекислый газ, этилен.

Споры из-за приоритета – самые жестокие в научном мире, особенно когда они происходят в паре учитель-ученик. Самая большая кошка, пробежавшая между Дэви и Фарадеем, носила имя электромагнетизм. В 1820 году датский физик Ханс Христиан Эрстед (1777–1851) опубликовал небольшую работу “Опыты, относящиеся к действию электрического конфликта на магнитную стрелку”. Работа привлекла внимание Дэви. Поразительно все же было устроено мышление ученых прошлого! Едва прочитав первое, довольно туманное сообщение о новом и неожиданном явлении, Дэви принялся размышлять ни много ни мало о том, как на его основе сделать двигатель, и даже выполнил со своим старинным другом Уолластоном [31] некоторые опыты, впрочем неудачные.

Фарадей принимал участие в их дискуссиях и, в свою очередь поэкспериментировав, заставил-таки проволочку непрерывно вращаться в поле магнита при пропускании через нее электрического тока от батареи. Так он изобрел то, что сейчас называют униполярным электродвигателем. В эйфории от собственного открытия Фарадей опубликовал полученные результаты, не поставив об этом в известность старших товарищей. Дэви пришел в ярость, грянула буря, надолго отбившая у Фарадея охоту заниматься электромагнетизмом.