Жозеф Луи Гей-Люссак: создатель формулы Н₂О

Великий химик и учитель Гей-Люссака, Клод Луи Бертолле, умерший в 1822 году, завещал своему ученику шпагу пэра Франции, так как не сомневался, что со временем он войдёт в палату пэров. Тем не менее избрание Гей-Люссака затянулось на долгие годы, поскольку по тогдашним представлениям пэру Франции не подобало заниматься ручным трудом.

А Жозеф Луи Гей-Люссак (6 декабря 1778 — 1850) ничем, кроме ручного труда не занимался: опыты, опыты, выводы и снова их проверка на опытах! Он впервые исследовал поведение газов, разработал новые методы анализа и добился заметных успехов в прикладной химии.

В 1808 года он получил ожог глаза, из-за чего вскоре и потерял его в результате взрыва во время опытов с калием. Оставшимся глазом он не мог переносить яркого света. В последние годы жизни Гей-Люссак получил серьёзную травму руки в результате взрыва стеклянного сосуда с газообразными углеводородами. Некоторые врачи считали эту травму причиной его смерти, которая последовала через несколько лет.

Большинство современников отмечают личное бесстрашие и чрезвычайную честность Гей-Люссака как человека и как учёного.

Оно проявлялось как при проведении опасных научных экспериментов, так и в защите своих близких и коллег от политических репрессий и цензуры. Гей-Люссак был суров и требователен в первую очередь к себе самому, а уж потом к своим научным оппонентам, невзирая на заслуги и регалии последних. Ученый всегда считал своей обязанностью признавать и публиковать собственные ошибки и заблуждения, если таковые обнаруживались. При этом серьезный и сдержанный Гей-Люссак не раз был замечен учениками, в порыве искренней весёлости пляшущим в своей лаборатории после удачного опыта!

Ученый был старшим сыном провинциального юриста и королевского чиновника, который потерял свое положение в результате Французской революции 1789 года. Отец отправил его в школу-интернат в Париже, чтобы подготовить к изучению права. В начале учебы Гей-Люссак заинтересовался наукой, и его математические способности позволили ему сдать вступительные экзамены в недавно основанную Политехническую школу, где расходы студентов оплачивались государством. Хотя школа была предназначена в первую очередь для подготовки инженеров, химия составляла важную часть учебной программы. Гей-Люссак показал себя образцовым учеником во время учебы с 1797 по 1800 год.

По окончании учебы он поступил в престижную Национальную школу мостов и шоссейных дорог, но ушел из нее в 1801 году, чтобы стать научным сотрудником химика Клода-Луи Бертолле. Бертолле, недавно открывший лабораторию в своем загородном доме в Аркёй, которая переросла в частное научное общество. Гей-Люссак стал одним из первых его членов. В первом томе сборника, изданного обществом, он опубликовал результаты исследований, проведённых во время путешествия по Европе в 1805-1806 годах.

Поездка, ставшая возможной при содействии Бертолле, осуществлялась – в разгар наполеоновских войн — в сопровождении прусского коллеги Александра фон Гумбольдта. Основной ее целью было исследование состава воздуха и геомагнитного поля на различных географических широтах. Именно к этому периоду относится идея Гей-Люссака о существовании восходящих потоков воздуха, которыми он объяснил многие ранее загадочные атмосферные явления.

В Риме в химической лаборатории Морриккини ученый обнаружил наличие плавиковой и фосфорной кислоты в костях рыб, а также провёл анализ квасцевого камня из Тольфы. Затем Гей-Люссак и Гумбольдт вместе с известным геологом Леопольдом фон Бухом отправились в Неаполь, где наблюдали извержение вулкана Везувий и последовавшее за этим сильное землетрясение. Гей-Люссак шесть раз поднимался на Везувий, исследовал следы прежних вулканических извержений, а также останки раковин морских моллюсков, сохранившихся в отложениях на склонах гор. Путешествуя морем в окрестностях Неаполя, Гей-Люссак установил, что содержание кислорода в воздухе, растворённом в морской воде, составляет 30% (тогда как в атмосферном воздухе его 21%).

Далее Гей-Люссак отправился во Флоренцию исследовать минеральные воды в Ноцере. Согласно представлениям того времени, целительные свойства минеральных вод объяснялись повышенным до 40% содержанием кислорода в растворённом в них воздухе. Гей-Люссак опроверг это утверждение, установив, что содержание кислорода составляет 30%, как и в воде любого другого природного источника. Далее ученый посетил Болонский университет и нашел, что его былая слава потускнела, а некоторые профессорские должности занимают шарлатаны.

Также в Болонье он встретился с известным воздухоплавателем графом Замбекари. Надо сказать, что в 1804 году Гей-Люссак поднимался на водородном шаре вместе с Жан-Батистом Био, чтобы исследовать магнитное поле Земли на больших высотах – 4000 метров – и изучить состав атмосферы; в следующем одиночном полете Гей-Люссак достиг высоты 7016 метров, тем самым установив рекорд самого высокого полета на воздушном шаре, который оставался непобитым в течение полувека. Будучи, таким образом, уже опытным воздухоплавателем, ученый предостерёг графа, ранее потерявшего 6 пальцев во время пожара на воздушном шаре, от очередного риска: Замбекари собирался увеличить подъёмную силу своего шара, нагревая водород газовой горелкой. Граф не внял предостережениям и через некоторое время погиб при взрыве водорода.

В Милане Гей-Люссак встретился с физиком, физиологом и химиком, одним из основоположников учения об электричестве графом Алессандро Вольтой. Перейдя через перевал Сен-Готард, ученый посетил Люцерн и Гёттинген, а зиму провел в Берлине в доме Гумбольдта. Весной ученый отправился в Париж, чтобы занять место профессора Политехнической школы.

«Если бы человека не воодушевляло желание открывать законы, они часто ускользали бы от самого просвещенного внимания». – Жозеф Луи Гей-Люссак

Во втором томе аркëйского сборника Гей-Люссак опубликовал небольшую заметку «О взаимном соединении газообразных веществ» (1808). Выводы, сделанные в этой статье, оказались настолько важными, что впоследствии получили название «закон Гей-Люссака» (в русскоязычной литературе этот закон обычно называется законом объёмных отношений). Ученый установил, что водород и кислород объединяются по объему в соотношении 2: 1 с образованием воды. Более поздние эксперименты с трифторидом бора и аммиаком производили впечатляюще плотные пары и побудили его исследовать аналогичные реакции, такие как реакция между хлористым водородом и аммиаком, которые объединяются в равных объемах с образованием хлорида аммония. Дальнейшие исследования позволили ему сделать общие выводы о поведении всех газов. Подход Гей-Люссака к изучению материи был неизменно объемным, а не гравиметрическим, в отличие от подхода его английского современника Джона Далтона.

Другой результат увлечения Гей-Люссака объемными отношениями появился в 1810 году в исследовании состава растительных веществ, проведенного вместе с его другом Луи-Жаком Тенаром. Вместе они определили класс веществ (позже названных углеводами), включая сахар и крахмал, которые содержали водород и кислород в соотношении 2:1.

Гей-Люссак был прекрасным преподавателем, который мог излагать свои мысли просто и доходчиво, без принятых в то время напыщенных фраз.

Простота и понятность были отличительной чертой всех его научных трудов. Хорошая память позволяла ему, вопреки тогдашней традиции, читать лекции своими словами, без написанного на бумаге текста. В своих лекциях и статьях он широко применял математику, хорошие знания которой получил в юности в Политехнической школе.

Политических партий Гей-Люссак был чужд; в палате депутатов и в палате пэров он выступал лишь тогда, когда затрагивались вопросы, связанные с научными исследованиями.

В 1815—1850 редактировал совместно с соратником по аркëйскому обществу физиком Франсуа Араго французский журнал «Annales de chimie et de physique». В 1829 году он стал директором пробирного отдела Парижского монетного двора, для которого разработал точный и точный метод определения серебра. Гей-Люссак также проводил эксперименты по определению крепости спиртных напитков. В последние годы жизни он работал консультантом на стекольной фабрике в Сен-Гобене. Все эти должности были довольно прибыльными, так что ученый не избежал критики современников за то, что свернул с пути «чистой» науки на путь финансовой выгоды.

Кстати, существует забавная история из аркëйского периода Гей-Люссака, демонстрирующая его научно-финансовую смекалку. Для проведения опытов ему требовалось много пробирок, а в те времена специальную химическую стеклянную посуду изготавливали только в Германии. Причем продукция немецких стеклодувов была очень дорогой. Ученый на последние деньги выписал себе партию трубок, и тут в ход мировой научной эволюции вмешались французские таможенники. Они обложили поставку настолько высокой пошлиной, что Гей-Люссак не смог её выкупить. Итак, товар арестован на таможне, денег на растаможку нет, а работать надо. Наука зовёт и очень хочется сплясать после очередного великого открытия. И Гей-Люссак нашел поистине гениальный выход! Он посоветовали германским отправителям запаять концы трубок и наклеить на них этикетки: “Осторожно! Немецкий воздух!”. На таможне учёный объяснил чиновникам, что это чистейший альпийский воздух для его экспериментов и опытов. Смысл хитрой уловки был в том, что воздух-то таможенными налогами и сборами не облагается, такие тарифы нигде не прописаны. А стеклянные трубки, стало быть, это просто тара для перевозки. Таможенники почесали затылки и выдали посылки. Бесплатно!

…Весной 1850 года, осознав, что умирает, Гей-Люссак попросил сына сжечь начатый им трактат под названием «Philosophie chimique». В панегирике, произнесенном после его смерти в Академии наук, Араго охарактеризовал научную работу Гей-Люссака как «результаты гениального физика и выдающегося химика».

Имя Гей-Люссака внесено в список величайших учёных Франции, помещённый на первом этаже Эйфелевой башни. В 1935 году Международный астрономический союз присвоил его имя кратеру на видимой стороне Луны.