Анри Луи Ле Шателье

В XIX столетии резко возросло число известных химических элементов и соединений, были открыты основополагающие закономерности и разработаны теории, принципиально важные для развития химии. Широкое использование физических методов для исследования химических явлений не только способствовало развитию химических знаний, но и привело к возникновению самостоятельной научной дисциплины - физической химии. Результатами этих работ явилось, в частности, установление связи между температурой кипения и строением химических соединений, познание природы электрохимических явлений, фотохимических и термохимических процессов, а также количественный анализ химических реакций.

Во второй половине XIX в. возникло примыкающее к физике новое направление исследований в химии - химическая термодинамика. Значительный импульс развитию физической химии, особенно термодинамики, исходил от химической промышленности, существенно расширившей тогда ассортимент изделий. Возросло в конце XIX в. и количество производимых промышленных химических продуктов. Показателем промышленного развития страны считался в то время объем металлургического производства. В этом смысле совпадали интересы представителей различных слоев общества: с одной стороны, стремление капиталистов к увеличению прибыли, с другой - стремление ученого глубоко исследовать различные металлургические процессы (доменный процесс, выплавка стали и т. д.) с целью получения больше металла лучшего качества без существенного увеличения затрат.

Анри Ле Шателье (1850-1936)

Учение о химическом равновесии разрабатывали на термодинамической основе Анри Ле Шателье, Горстман, Вант-Гофф, Гиббс и другие химики и физики.

Анри Луи Ле Шателье родился в Париже 8 октября 1850 г. Его отец¹⁴, горный инженер, принимавший участие в строительстве французских железных дорог, прививал сыну с раннего возраста любовь к занятиям математикой и химией. В 1869 г. Анри Ле Шателье поступил в Политехническую школу, а окончив ее, перешел в Высшую национальную горную школу. Наряду с этим он работал в лаборатории Сент-Клер Девилля и слушал лекции в Коллеж де Франс. Ле Шателье, который одновременно изучал естествознание, технику, общественные науки, был разносторонне образованным человеком. Кроме естественнонаучных работ Ле Шателье с увлечением занимался вопросами религии и большое внимание уделял древним языкам.

По окончании образования Ле Шателье работал горным инженером в Алжире, который к тому времени уже был завоеван французскими колонизаторами. С 1877 по 1919 г. Ле Шателье был профессором Высшей горной школы, где преподавал общую и техническую химию. Он также был профессором Коллеж де Франс (с 1898 по 1907 г.) и Парижского университета (с 1907 по 1925 г.), где стал преемником А. Муассана на кафедре химии. В 1907 г. Парижская Академия наук избрала Ле Шателье своим действительным членом. Он также был членом многих других академий и научных обществ, в том числе почетным членом Академии наук СССР (1927 г.). Научную работу продолжал до дня смерти - 17 сентября 1936 г, (скончался в селении Миридельдез-Эшель), Всю жизнь Ле Шателье уделял большое внимание редактированию основанного им в 1904 г. ежемесячного журнала "Обозрение металлургии" (Revue de Metallurgie).

Анри Муассан (1852-1907); французский химик; конструктор электрической печи для получения карбидов, оксидов, силицидов и боридов; лауреат Нобелевской премии по химии 1906 г.

Надолго запомнились студентам превосходные лекции Ле Шателье, отличавшиеся ясностью и простотой изложения. Ле Шателье всегда был очень трудолюбив. Его работы были посвящены главным образом изучению химических явлений с точки зрения термодинамики. "Мои исследования относятся к двум областям, очень несхожим на первый взгляд: к химической механике¹⁵ и к промышленной химии,- писал Ле Шателье в 1897 г.- Но на самом деле эти две области химии имеют многочисленные точки соприкосновения. Законы химической механики управляют не в меньшей степени процессами в химической промышленности, чем реакциями в исследовательской лаборатории" [74, с. 123-124].

Ле Шателье был одним из первых химиков, систематически проводившим фундаментальные исследования металлургических и химико-технологических процессов. Он изучал калорийность горючих материалов, проблемы металлургии и металлографии, а также свойства гидравлических вяжущих материалов и керамических изделий.

Наиболее значительные физикохимические работы Ле Шателье посвящены исследованию влияния давления и температуры на равновесие в химических реакциях. На основе работ Горстмана (который рассчитал термодинамические условия процессов диссоциации) и Дж. У. Гиббса (последний установил термодинамические законы химического равновесия) Ле Шателье сформулировал в 1884 г. принцип, названный впоследствии его именем. Этот принцип описывал влияние различных факторов на состояние равновесия химических систем¹⁶.

Фердинанд Браун (1850-1918); физик, лауреат Нобелевской премии по физике 1909 г.

В то время когда Ле Шателье проводил свои исследования, профессор, заведующий кафедрой экспериментальной физики в Тюбингенском университете Фердинанд Браун начал изучение зависимости растворимости твердых веществ от давления. На основании этих опытов Браун установил связь между растворимостью и давлением и сформулировал общее положение, опубликованное в 1887 г. в издаваемом Оствальдом Журнале физической химии. Однако это "общее качественное положение об изменении состояния", как оказалось, содержало принцип, который уже был установлен Ле Шателье. Правда, Браун и сам обратил на это внимание. "Когда я писал заметку для Журнала физической химии,- вспоминал он,- то считал это положение новым; только позже, при более тщательном ознакомлении с литературой, я увидел, что оно уже в 1884 г. было высказано господином Ле Шателье" [[75, с. 107]. Наглядным подтверждением выдвинутого им положения Браун считал следующее: при действии внешних факторов (например, давления) на систему, находящуюся в равновесии, ее состояние будет всегда изменяться в направлении "наименьшего сопротивления". На основании этих примеров Браун хотел распространить правило на многочисленные системы, Ле Шателье же применял сформулированное им положение только для систем, находящихся в "химически стабильном равновесии". Когда взгляды Брауна получили известность, они помогли расширить область применения принципа Ле Шателье, который стал называться принципом Ле Шателье - Брауна. Хотя со временем было показано, что этот принцип применим только для систем, рассмотренных Ле Шателье, все же имя Брауна сохранилось в названии этого принципа до настоящего времени¹⁷.

О научных достижениях Ле Шателье в некрологе Немецкого химического общества было сказано так: "Ле Шателье принадлежит, несомненно, заслуга установления одновременно с исследовавшим те же вопросы Вант-Гоффом величин работы химической реакции и ее "движущей силы"" [74, с. 124] (выражение "движущая сила" было введено со ссылкой на работы Сади Карно).

Впоследствии Ле Шателье исследовал влияние изменения температуры и давления на химические равновесия и подтвердил свой принцип многочисленными количественными исследованиями равновесий твердых солей с их насыщенными растворами, термической диссоциации карбоната кальция, а также систем, составляющих основу металлургических производств¹⁸.

Ле Шателье доказал подробными и многочисленными исследованиями, что знание научных основ химических процессов способствует развитию техники. Например, в 1890 г. он изучил влияние температуры и давления на химическое равновесие системы из пероксида бария, оксида бария и кислорода. Тем самым французский ученый разработал физикохимические основы получения кислорода из воздуха¹⁹, а также производства пероксида бария, который долгое время служил исходным материалом для приготовления перекиси водорода.

Уже в 1880 г. Ле Шателье заинтересовался проблемой схватывания гидравлического цемента. Проведенные до того времени химико-аналитические исследования обжига и затвердевания цемента не позволили объяснить протекание этих сложных процессов. Ле Шателье применил только петрографические методы и использовал для своих исследований поляризационный микроскоп. На основе этих практических работ Ле Шателье создал теорию затвердевания цемента, иначе называемую теорией "кристаллизации". В соответствии с этими представлениями цемент схватывается потому, что соединяются кристаллы гидратов, образующихся при этом процессе²⁰. В производстве строительных материалов также известна проба Ле Шателье: цементному тесту дают затвердевать в металлическом кольце в течение 6 часов. Кольцо при этом распирается цементной массой; увеличение объема кольца служит мерой оценки объемной прочности строительного материала.

С 1890 по 1910 г. Ле Шателье изучал металлические сплавы²¹. Он, в частности, показал, что если затвердевший сплав двух металлов состоит из механической смеси обоих компонентов, то его электропроводность является суммой электропроводности составных частей. В случае же образования твердых растворов наблюдается значительно меньшая электропроводность, чем рассчитанная по правилу смешения; иногда даже малая добавка вызывает весьма значительное падение электропроводности²². Ле Шателье жил в эпоху бурного развития науки. При его активном участии физическая химия и химическая технология превратились в самостоятельные, широко разработанные области науки, Но он сам оказался обойденным признанием по сравнению со своими коллегами. Имя Ле Шателье зачастую стоит после имен химиков, успехи которых подготовлены и его работами^23,24.