Тайны великих открытий

Далее Менделеев приступил к изучению различных смесей из выбранных четырех элементов — ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ. Самым простым из соединений является соединение азота с водородом; азотистоводородная кислота является сильной взрывчаткой, ее "V 1000" равно 93, а ее аммиачная соль еще сильнее: "V 1000" = 133,3. Однако они разлагаются не постепенно, а всей массой, детонируют, что приводит к появлению дыма. Свойством же гореть более-менее медленно обладают лишь смеси, содержащие одновременно "горящие" (водород, углерод) и "сжигающие" (кислород) элементы.

Далее русский химик обратился к ЧИСЛЕННОЙ ОЦЕНКЕ. Он определил, что в каких бы сочетаниях ни комбинировались эти элементы, "V 1000" их соединений должен лежать в диапазоне от 71,4 до 111,1. Последовательно рассматривая затем каждое из соединений, Менделеев рассчитал характеристики каждого из них, выделив из них целое семейство материалов, которые впоследствии и в самом деле оказались хорошими взрывчатками.

Произведя это весьма подробное исследование, Менделеев стал изучать порох Вьеля. Надо заметить, Вьель лишь усовершенствовал материал, полученный в 1846 году германским химиком К. Шенбейном, который обработал обычную вату смесью серной и азотной кислот. При сильном ударе это вещество — его назвали пироксилином — производило взрыв, однако попытки изготовить из него порох окончились неудачей. Пироксилин оказался бризантным — дробящим — взрывчатым веществом; он сгорал с детонацией и дымом.

Многочисленные исследования выявили причину негодности пироксилина в качестве пороха. Выяснилось, что при нитрировании клетчатки — ваты или других растительных волокон — получается неоднородный продукт. В разных местах нитроклетчатка содержит разное количество азота — а только большое его содержание и дает собственно пироксилин.

Французский инженер Вьель поместил бризантный пироксилин в спиртоэфирную смесь. В ней нитроклетчатка с малым содержанием азота превращалась в коллодий (являющийся хорошим клеем) — на собственно пироксилин смесь не действовала. Высушив такую массу, можно было получить материал, в которой пироксилин был равномерно смешан с коллодием. Такое вещество горело по поверхности, без детонации, выделяя прозрачные газы.

Открытие Вьеля было сделано методом проб и ошибок. Что касается Шенбейна, то он открыл пироксилин совсем случайно, пролив на стол азотную кислоту и вытерев ее фартуком своей жены. Менделеев же подошел к вопросу с научной точки зрения. Свое исследование он начал с определения конечной цели: как вместо механической смеси коллодия и пироксилина получить химически однородную клетчатку? За этим последовал химический анализ процесса нитрирования. Когда состоящая из углерода, кислорода и водорода клетчатка присоединяет нитрогруппы азотной кислоты, образуя нитроклетчатку, выделяется вода. Постепенно разбавляя азотную кислоту, она приводит к неполному нитрированию клетчатки. Как нейтрализовать эту "вредную функцию" воды? Следует как-то поглотить эту воду еще в момент образования. Химический анализ привел к выводу — необходима серная кислота, которая поглощает воду и образует гидрат — химическое соединение серной кислоты и воды.

После этого уже наступил этап количественной оценки.

"Секрет мой. Суть дела при получении пироколлодия: количество разбавляющей воды должно быть равно количеству воды гидратной", — написал Д.И. Менделеев.

Так был создан "пироколлодийный порох" — совершенно однородный порох. Однако на этом Менделеев не прекратил исследования. До него считалось, что взрывная сила пороха растет со степенью нитрирования клетчатки. Ученый провел количественную оценку и определил, что существует некая оптимальная степень нитрации, при которой углерод, содержащийся в порохе, окисляется не в углекислый, а в угарный газ, дающий на единицу веса больший объем. В ходе исследования своего пороха Менделеев обнаружил, что тот имеет именно необходимую степень нитрации.

Однако и на этом анализ не был завершен. Ученый провел технологический анализ. Поскольку пироколлодий совершенно не растворялся в чистом спирте, Менделеев предложил отказаться от традиционной сушки рыхлой влажной массы пироколлодия с помощью теплого воздуха, что не раз приводило к страшным взрывам в сушильнях. По его методу влажную массу стали вымачивать в спирте, который жадно вбирал в себя воду.

Только после этого ученый мог считать, что вопрос с порохом решен. Д.И. Менделеев писал: