Сванте Август Аррениус

Сванте Аррениус успешно продолжил электрохимические исследования Фарадея, Берцелиуса и других химиков и разработал теорию электролитической диссоциации, которая в значительной мере способствовала формированию физической химии как науки.

Сванте Аррениус (1859-1927)

Сванте Август Аррениус родился 19 февраля 1859 г. в имении Вейк, расположенном близ Упсалы, на берегу озера Малар. Его отец служил управляющим имения и одновременно работал казначеем Упсальского университета. Уже во время обучения в школе Аррениус проявил способности к естественным наукам, особенно к математике и физике. Поступив в Упсальский университет, он избрал физику основной специальностью, а математику - дополнительной. Аррениус очень много занимался самостоятельно и вскоре создал собственный стиль работы, который значительно выделял его среди других физиков Упсальского университета того времени. Так, например, Аррениус, который делал далеко идущие выводы на основании сравнительно малочисленных опытов, не сработался с Таленом, выдающимся физиком-экспериментатором, который придавал громадное значение точности экспериментальных исследований. Аррениус не отрицал необходимости проведения экспериментов, но работа только в лаборатории не могла его удовлетворить. Его талант проявлялся прежде всего в поиске соотношений и обнаружении закономерностей, связывающих опытные данные. Аррениус прибегал к эксперименту, но лишь для того, чтобы сделать обобщающие выводы или предложить смелые гипотезы.

Разногласия с Таленом заставили Аррениуса покинуть Упсалу и направиться в 1881 г. к Э. Эдлунду в Стокгольмскую Академию наук. Там он, продолжая физическое образование, занялся изучением электропроводности сильно разбавленных водных растворов. Клеве, у которого Аррениус обучался химии в Упсале, неоднократно подчеркивал в своих лекциях, что невозможно определить молекулярные массы веществ, которые не переходят в газообразное состояние без разложения, например, сахара. Аррениус понимал, что существенного прогресса химии можно достигнуть, только разработав методы определения молекулярных масс таких веществ. Он предположил, что определение электропроводности растворов солей может помочь найти этот путь, и провел соответствующие исследования. Результаты этих работ Аррениус изложил в сообщении, опубликованном на французском языке. Вскоре это сообщение Аррениус дополнил второй, теоретической частью. Обе работы он предложил Королевской Шведской Академии наук, а затем представил как докторскую диссертацию. В этой работе уже содержались основные положения теории электролитической диссоциации. Столь привычные в наши дни представления, что соли, кислоты и основания в водном растворе находятся в большей или меньшей степени в виде свободно движущихся ионов, по мнению химиков того времени, ниспровергали все ранее существовавшие взгляды. Поэтому вначале почти все ученые принимали теорию Аррениуса весьма сдержанно; многие в значительной мере скептически, а некоторые даже считали ее бессмыслицей [82, с. 147]. Поэтому не удивительно, что Аррениус получил о своей диссертации плохие отзывы, что не позволило ему сразу же после защиты заняться преподавательской деятельностью. В диссертации, написанной в виде тезисов, Аррениус ввел в химию понятие о коэффициенте активности (степени диссоциации). Там же были приведены отношения, важные для ионной теории, в соответствии с которыми природа продукта реакции не зависит от того, в каком сочетании ионы А, В, С и D находятся в исходных веществах - электролитах АВ и CD или AD и СВ. В этой же работе Аррениус дал основы расчета степени гидролиза на основе закона действующих масс [82, с. 61, 79, 85].

Получив от Академии наук стипендию для обучения за рубежом, Аррениус смог продолжить свои физико-химические исследования в лабораториях выдающихся европейских ученых. В летнем семестре 1886 г. он работал в рижской лаборатории Оствальда, где уделил основное внимание исследованиям электропроводности растворов. Оствальд решительно поддержал взгляды Аррениуса.

Вальтер Нернст (1864-1941); профессор физической химии в Гёттингене и Берлине; лауреат Нобелевской премии по химии 1920 г. за открытие третьего закона термодинамики

На него произвели очень большое впечатление способы и методы, при помощи которых Аррениус изучал связь между кислотами и основаниями и даже частично решил эту проблему. Рижский ученый хотел посвятить свою деятельность именно ее решению [83, с. 218].

Во время зимнего семестра 1886-1887 гг. Аррениус исследовал в лаборатории Кольрауша внутреннее трение разбавленных растворов и влияние света на электропроводность галогенидов. Последняя работа доставила большой экспериментальный материал для создания теории, объясняющей механизм процесса перемещением электронов [84, с. 813].

С Нернстом Аррениуса связывала дружба, очень плодотворная для развития науки. Они сблизились во время летнего семестра в Граце, где Л. Больцман заведовал кафедрой физики. В 1888 г. Аррениус посетил Планка в Киле и работал у Вант-Гоффа в Амстердаме.

Большое значение для дальнейшего развития теории диссоциации имела известная работа Вант-Гоффа "Химическое равновесие в системах газов и разбавленных растворов" (1885 г.), в которой было установлено, что реальное понижение температуры плавления, давления пара и осмотического давления солей, кислот и оснований меньше, чем рассчитанное теоретически по закону Рауля. Эти несоответствия подтверждали положения теории диссоциации, согласно которым электролит в водном растворе распадается на свободно перемещающиеся ионы³³. В двух, непосредственно посвященных этому вопросу сообщениях, опубликованных под общим названием "О диссоциации растворенных в воде веществ", была отчетливо сформулирована теория электролитической диссоциации, а в приложении приведены основные формулы этой теории [85, с. 631]. Поскольку теория электролитической диссоциации противоречила ряду сделанных ранее предположений, Аррениусу пришлось выдержать упорную борьбу за ее признание. Он опубликовал много полемических статей, чтобы защититься от сильных атак на "дикую армию ионистов", как Горстман называл сторонников теории электролитической диссоциации. Большую помощь Аррениусу в этой борьбе оказал Оствальд.

Вант-Гофф также поддержал теорию электролитической диссоциации. Он измерил электропроводность растворов органических кислот и обнаружил, что закон действующих масс прекрасно подтверждается и в случае слабых электролитов.

Возражения против теории электролитической диссоциации³⁴ основывались главным образом на том, что в классической, предложенной Аррениусом форме эту теорию можно было применять только для объяснения свойств слабых электролитов. Для преодоления этого недостатка Аррениус провел многочисленные эксперименты, стремясь доказать применимость теории для всех электролитов. Но дальнейшее развитие эти гениальные основы теории электролитической диссоциации получили в работах следующего поколения ученых. Теория электролитической диссоциации впоследствии была усовершенствована благодаря работам прежде всего Н. Бьеррума, П. Дебая и Э. Хюккеля. Они развили высказанные ранее И. Ван Лааром представления, что необычное поведение сильных электролитов можно объяснить действием кулоновских сил [88, с. 245].

За разработку теории электролитической диссоциации Аррениус в 1903 г. был удостоен Нобелевской премии³⁵. После того как в 1887 г. были созданы основные положения этой теории, Аррениус показал ее применимость в различных областях естествознания.

Другим значительным вкладом Аррениуса в развитие естествознания было подробное физико-химическое рассмотрение теории токсинов и антитоксинов. В результате стало возможным выяснить, определяются ли противоположные действия токсинов и антитоксинов их химической природой или они имеют физическое происхождение. Основные результаты этих работ Аррениус изложил в двух книгах: "Иммунохимия" (1907 г.) и "Количественные законы в биологической химии" (1915 г.). При изучении этих областей знания Аррениус не ограничился лишь проведением экспериментальных работ, он стремился раскрыть законы природы, лежащие в основе явлений и сформулировать их математически. "С помощью формул, которые могут быть эмпирическими или рациональными, прогресс науки станет более быстрым, чем без использования аналитических выражений,- писал Аррениус,- по мере накопления опытного материала эмпирические формулы, вероятнее всего, превратятся в рациональные. При помощи последних мы сможем открыть новые законы природы" [89, с. 5].

Нобелевский институт с отделением физической химии Академии наук в Стокгольме

С огромным желанием понять основополагающие закономерности Аррениус обращал особое внимание на эвристическое значение, которое отражается в теоретических представлениях [89, с. V и VI]. Такая оценка теории в процессе познания характеризует основные положения стихийно-материалистических взглядов Аррениуса. Не надо забывать, что в то время позитивисты хотели вообще отказаться от теории, а многие естествоиспытатели, не разобравшись в вопросах методологии, не смогли правильно оценить роль теории в науке.

Аррениус изучал общие взаимосвязи и соотношения между явлениями не только в химии. Результаты своих исследований основополагающих законов происхождения и развития небесных тел Аррениус изложил в опубликованном в 1903 г. двухтомном "Учебнике космической физики" - первом учебном пособии по этой научной дисциплине. В дальнейшем шведский ученый опубликовал и другие работы по космогонии, предназначенные не только для специалистов (например, "Будущее мира", Лейпциг, 1907; "Жизнь планет", Лейпциг, 1919, а также "Земля и Вселенная", ч. 1, Лейпциг, 1926; ч. 2, Лейпциг, 1931).

Анализ проблем космогонии Аррениус проводил на основе своих стихийно-материалистических взглядов. Он отверг как явно ошибочные идеалистические представления Платона и средневековых последователей Аристотеля, особенно заимствованные из стран Древнего Востока идеи обожествления звезд. Последние легли в основу учений об отношениях между поведением светил и событиями на Земле. Эти учения послужили в свое время основой для возникновения таких лженаук, как алхимия и астрология [90, с. 20-21].

Отрывок из письма С. Аррениуса русскому физикохимику И. А. Каблукову от 9.11. 1908 г.

Аррениус показал, что возникновение астрономии было обусловлено необходимостью решать практические задачи, такие, как, например, измерение времени. Он попытался объяснить изменение положения небесных тел главным образом при помощи давления света. С космогонических позиций Аррениус анализировал также процесс возникновения жизни на Земле.³⁵ Он высказал мысль, что жизнь может существовать не всюду, а только там, где имеются соответствующие объективные условия. На основании известных естественнонаучных фактов и теорий Аррениус объяснил, каким образом жизнеспособные споры микроорганизмов смогли попасть из Вселенной на Землю. В этих рассуждениях отчетливо заметен отказ от идеалистического толкования процесса возникновения жизни на Земле. Но Аррениус не мог понять, как жизнь смогла появиться лишь из неорганических веществ. Так, выдвинутая им теория панспермии представила возможность идеалистического толкования важнейших вопросов естествознания. Эта теория основывалась на общепринятом тогда положении о возникновении жизни на Земле в естественных условиях.

Аррениус был близок к Союзу монистов, но не вступил в эту организацию. Ученый оставался материалистом только при рассмотрении явлений природы, что помогало ему в исследованиях. В области общественной жизни он оставался на позициях буржуазного просветительства, но не понимал действительных движущих сил общественного развития. Аррениус не знал марксистско-ленинской философии. Он был убежденным пацифистом и надеялся построить мир без войн и привести всех людей к счастливой жизни, обратившись к человеческому разуму и здравому смыслу.

После долгой борьбы с научными противниками и недоброжелателями, особенно среди шведских ученых, Аррениус стал в 1895 г. профессором физики в Стокгольмском университете, а в 1899-1902 гг.- его ректором. Он работал там по 1905 г., когда был приглашен на должность руководителя физико-химического отдела Нобелевского института Стокгольмской Академии наук. Эту работу Аррениус оставил летом 1927 г. по состоянию здоровья. В том же году 12 октября он скончался³⁶.