Пути развития химии. Том 2. От начала промышленной революции до первой четверти XX века

Учитывая значения критических температур газов, Рауль Пикте (Женева) и Луи Кайете (Париж) независимо друг от друга разработали установки для работы при высоких давлениях с такими газами, как кислород, азот и оксид азота. Карл Линде и другие ученые усовершенствовали эти установки: в них за счет расширения сильно охлажденных газов создавались еще более низкие температуры, которые использовались для проведения химических экспериментов, при этом были получены водород и кислород в твердом состоянии, а также жидкий гелий. Были достигнуты температуры, близкие к абсолютному нулю. В лабораториях ученые стали получать жидкие воздух и диоксид серы, твердый диоксид углерода.

Для измерения электропроводности растворов Ф. Р. Кольрауш в 1879 г. разработал метод, который позволял наряду с определением молекулярного веса (массы) устанавливать и степень диссоциации электролита.

В 1892 г. французский ученый А. Муассан впервые использовал электрическую печь. Нагревая в ней вещества до очень высоких температур, он смог получить карбиды и нитриды металлов.

Пятью годами позднее немецкий физико-химик Г. Гольд -шмидт разработал метод, названный алюмотермией, пользуясь которым можно было получать температуры до 3000 °С. При этом смесь порошкообразного алюминия и оксида железа доводилась до накаливания в присутствии смеси ВаО₂ + Mg, которая играла роль "запала". Благодаря высокой температуре, возникающей при взаимодействии Fe₃O₄

и алюминия, железо выделялось в раскаленном добела (расплавленном) состоянии. Этот метод использовался при сварке железных изделий, а также (в случае других исходных оксидов) для получения трудно восстанавливаемых металлов.

Прибор Э. Резерфорда для расщепления атомных ядер (1919 г.)

Рентгеновские лучи, проходящие сквозь светонепроницаемые вещества, вызывающие флуоресценцию веществ и почернение фотопластинок, стали важным инструментом исследований. Природа рентгеновских лучей была установлена в 1912 г. Максом Лауэ, который обнаружил дифракцию этих лучей кристаллами. Рентгеновские лучи подобны световым, но с длиной волны, примерно в 5000 раз меньшей, чем у лучей видимой части спектра. По дифракции рентгеновских лучей были определены длины волн рентгеновского спектра для различных элементов и установлено расположение атомов в кристаллах. Тем самым были заложены основы структурной химии. Используя этот метод, английские физики Уильям Брэгг и его сын Лоуренс определили структуры примерно 20 кристаллических соединений. Кроме того, они определили длины волн рентгеновского излучения.

В конце XIX в. открытие радиоактивности тоже дало в руки химиков новый метод исследования [100]. Несложное устройство (сильный магнит и свинцовая камера с отверстиями, в которой находился радий) позволило П. Виллару и Э. Резерфорду доказать, что радий испускает лучи трех различных видов: α, β и γ. Облучая потоком α-частиц тонкую металлическую фольгу, Резерфорд установил, что α-частицы представляют собой ядра атомов гелия [101].

В 1897 г. Дж.Дж. Томсон сконструировал прибор, с помощью которого он, исследуя отклонения катодных лучей в магнитном и электрическом полях, показал, что они представляют собой поток отрицательно заряженных частиц, измерил удельный заряд этих частиц и нашел, что их масса приблизительно в 1837 раз меньше массы атома водорода.

В 1906-1914 гг. Р. Э. Милликен в опытах с распыленными капельками масла сумел довольно точно определить заряд электрона.

К концу классического периода и к началу "атомного" века были созданы и другие важные инструменты и методы исследования. В 1905 г. Р. Зигмонди и Г. Зидентопф с помощью ультрамикроскопа обнаружили "броуновское движение" коллоидных частиц. Благодаря этому же микроскопу Ж. Перрен смог наблюдать движение суспендированных в воде микроскопических частичек мастики и рассчитать числа Авогадро и Лошмидта. В 1925 г. Теодор Сведберг сконструировал ультрацентрифугу, вследствие чего стало возможным определение молекулярных весов (масс) макромолекул.

В 1907 г. Дж. Дж. Томсон создал масс-спектрометр, с помощью которого он определил отношение заряда к массе у ионизированных атомов или молекул газов, наблюдая отклонение потока ионизированных частиц в электромагнитных полях. С помощью масс-спектрометра (после усовершенствований, внесенных в 1919 г. Ф. Астоном) Томсон обнаружил изотопы и определил атомные массы элементов. Оказалось, что, за исключением 22 так называемых чистых элементов, остальные элементы представляют собой смесь изотопов.

В 1919 г. Резерфорд создал первую установку для искусственного расщепления атомов азота, которые он "бомбардировал" α-частицами.