Потерянный рай Роберта Бунзена

Для самого профессора Гейдельбергского университета Роберта Бунзена изобретение им газовой горелки стало прелюдией к открытию им вместе с Кирхгофом метода аналитической спектроскопии, что ныне считается главной заслугой Бунзена в науке. Но едва ли кто вспоминает об этом. Зато любой студент химфака и физфака, да и школьник, увлекающийся химией, при слове «горелка» тут же автоматически вспомнит его имя. Горелка Бунзена по-прежнему работает на благо науки в лабораториях университетов и НИИ.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Эта простенькая на вид газовая горелка заслоняет собой и другие заслуги Бунзена, в том числе такие значимые не только для науки, как открытие им первого антидота от мышьяка и разработанный им впервые метод электролиза алюминия, который лежит в основе современной алюминиевой промышленности с рынком производства алюминия, уже давно превысившим $100 млрд. Ученый с такими результатами явно заслуживает того, чтобы не числиться в истории науки всего лишь как изобретатель газовой горелки.

Бунзены из Гессена: от крестьян до профессоров

Прадед Иеремия Бунзен, сын бауэра (крестьянина), получил неплохое начальное образование у своего деда, местного проповедника, даже выучил латынь. Но дедушка умер, и юноша, что называется, пошел в люди. В 15 лет его взяли лакеем в замок Арользен близ Гессена, резиденцию графа Фридриха Антона Ульриха фон Вальдека. Там смышленый слуга обратил на себя внимание графини, и та, желая иметь придворного художника, отдала его учиться живописи. В итоге Иеремия стал придворным художником и, вероятно, неплохим художником, потому что смог построить себе дом рядом с графским замком. А когда после смерти графа Фридриха в замок въехал его наследник граф Карл Август фон Вальдек и решил воспользоваться правом чеканки собственных денег, он отправил придворного художника обучаться ремеслу монетного мастера в монетный двор соседнего Кассельского графства. Кто как не художник мог сделать вальдекские деньги красивыми.

Спустя два года Иеремия Бунзен отчеканил первые дукаты в монетном дворе, устроенном в замке Арользен. Золото для монет добывалось на старом, еще средневековом месторождении на горе Айзенберг, на севере Гессенского графства. Но оно уже было истощено, и Бунзену пришлось овладеть азами горного дела. Со временем он стал мэром города Арользена (ныне Бад-Арользен) и заинтересовался совсем новой тогда областью науки — электричеством. Немецкие историки пишут, что он соорудил «машину с большим колесом и стеклянным шаром, испускающую искры с треском, который можно было усилить металлическим рупором» и опубликовал о ней заметку в «Лейпцигском сборнике» в 1746 году. Иными словами, прадед Роберта Бунзена, с одной стороны, искал доказательства электрической природы молний, как Бенджамин Франклин, с другой — фактически построил «электрофорную машину», то есть сделал то же самое, что чуть позже сделал Вольта.

Своего старшего сына Филипа Иеремия Бунзен отправил изучать горное дело в горную школу шахтерского города Клаусталя, и после смерти отца тот сменил его на посту директора монетного двора в Вальдеке. А после смерти графа Карла Августа Филип Бунзен переехал во Франкфурт-на-Майне, где получил такую же должность монетного мастера на тамошнем монетном дворе и плюс к этому стал городским геометром (геодезистом). Под его руководством во Франкфурте началась перепланировка города по его генплану. Потом Филипа Бунзена назначили городским почтмейстером, что было довольно высокой должностью в муниципальной иерархии, а его помощником на монетном дворе стал его сын Иоганн Георг. Иоганн продолжил династию Бунзенов-минцмейстеров (чеканщиков монет) и стал основателем франкфуртской ветви Бунзенов. Другой сын Иеремии, Кристиан, стал профессором Гёттингенского университета и продолжателем гессенской ветви рода Бунзенов. Он и был отцом химика Роберта Бунзена.

Профессор Гёттингенского университета Кристиан Бунзен читал лекции по эстетике. Что именно тогда преподавали там под названием эстетики, сейчас внятно не могут сказать даже немецкие историки университетского образования, потому что тамошние университеты на рубеже XVIII–XIX веков переживали кардинальную реформу. Ясно лишь одно, что в протестантском Гёттингене эстетика была частью философии — науки о науках в духе Канта, не овладев основами которой студент не мог получить диплом теолога, юриста, врача, ботаника. Да и университетская карьера теолога по образованию Кристиана Бунзена (заведующий университетской библиотекой — адъюнкт — профессор эстетики) лишь подтверждает это. Кстати, его четвертый сын, будущий химик Роберт Бунзен, родился в 1811 году, когда его отец был адъюнктом (доцентом).

Вонючая химия

По окончании гимназии Роберт Бунзен поступил в Гёттингенский университет, где помимо эстетики изучал естественные науки и математику и в 21 год защитил диплом на тему «Enumeratio ac descriptio Hygrometrorum quae inde a Saussurii temporibus proposita sunt» («Список и описание гигрометров, которые были предложены со времен Соссюра»), то есть с конца XVIII века, когда женевский геофизик и ботаник Гораций Бенедикт де Соссюр изобрел гигрометр из человеческого волоса с подвешенным на нем грузиком со стрелкой и шкалой влажности.

Эта работа молодого ученого показалась городским властям Гёттингена настолько важной, что они выдели ему грант на стажировку в других германских университетах. Там он познакомился с ведущими немецкими химиками того времени: Рунге и Либихом в Гиссенском университете и Митчерлихом в Берлинском университете. Все трое были химиками-органиками, поэтому неудивительно, что по возвращении в 1834 году в альма-матер Роберт Бунзен занялся экспериментированием с солями мышьяковистой кислоты. Не потому, что мышьяк, который был известен в чистом виде с XIII века, имел громкую славу яда семейства Борджиа и был на слуху, а потому, что многие арсениды демонстрировали одновременно свойства неорганических и органических соединений.

Занимался он металлоорганическими соединениями мышьяка десять лет. В теории результатом его работ стало выделение арсендиметила (CH3)2As — O — As(CH3)2 — одного из первых сложных радикалов. Бунзен назвал его «какодилом» (от греч.— «дурной, вонючий»). Вещество было действительно с отвратительным запахом и к тому же самовоспламеняющимся на воздухе. Главным практическим результатом мышьяковистой эпопеи Бунзена было открытие им первого в истории мышьяка антидота от него: им оказался свежеосажденный гидроксид железа (III).

Анабасис по университетам

За первые 18 лет занятия наукой Бунзен поменял несколько университетов. В альма-матер — Гёттингенском университете — он проработал всего два года, потом в 1836 году сменил Фридриха Велера в Политехникуме в Касселе. Из полученных им здесь значимых результатов было определение КПД доменных печей на местном металлургическом заводе. КПД был 25%, остальное уходило в атмосферу с угарным газом.

Потом был Марбургский университет, где Бунзен собрал цинково-угольную батарею с азотной кислотой («элемент Бунзена»). Она давала ток напряжением 1,9 В, была сравнительно дешевой и использовалась до середины 1880-х годов, когда появились сухие цинково-угольные батареи. В 1845 году курфюрст Касселя оплатил путешествие Бунзена в Исландию, где началось очередное извержение вулкана Гекла, и он вернулся оттуда еще и вулканологом. Следующие пять лет он попутно с другими делами вел анализ образцов вулканического газа и магмы, привезенных им из экспедиции.

В 1850 году Бунзен переехал в Университет Бреслау, где специально для него оборудовали новую химическую лабораторию. Но там он провел всего три семестра, и здесь единственным значимым для него и науки результатом было его знакомство с Густавом Кирхгофом. И наконец, в 1852 году Бунзена пригласили в Гейдельбергский университет, где завкафедрой химии Леопольд Гмелин слег с инсультом. Здесь Бунзен проработал до пенсии. На пенсию он ушел в 78 лет. Здесь же, в Гейдельберге, он умер в 1899 году в возрасте 88 лет. Здесь появилась на свет его знаменитая газовая горелка.

Гейдельбергская горелка

Лаборатория Бунзена в Гейдельберге освещалась, как и в других университетах, где он работал до этого, светильным газом. Этот газ — смесь водорода, метана и разных примесей, который получали при пиролизе каменного угля,— уже лет 30 как использовали в уличных фонарях и для освещения и заодно обогрева помещений. Иными словами, на уличных столбах и в домах горели газовые горелки. Такие же горелки были в химических лабораториях университетов. Химики использовали их помимо спиртовок, когда для опытов требовалось более сильное пламя, соответствующим образом их переделывая, причем некоторые даже патентовали.

Когда Бунзена в 1852 году пригласили в Гейдельберг, ему помимо прочего пообещали построить новое здание специально под его кафедру и лабораторию. Строительство продолжалось три года, а когда в конце 1854 года дело дошло до газопровода в новое здание, Бунзен предложил своему технику-лаборанту Петеру Десаге изготовить горелку для опытов, объяснив ему, как он, профессор Бунзен, ее видит. А видел он ее такой: вертикальная трубка высотой примерно 15 см со штуцером с игольчатым клапаном для регулировки подачи газа и внизу трубки — воздухозаборник в виде перпендикулярной короткой трубки тоже с клапаном.

В 1855 году, когда Бунзен переехал в новое здание своей кафедры, Десага уже изготовил 50 таких горелок для его студентов и сотрудников. Горелку разжигали при закрытом клапане воздухозаборника, и она горела желтым пламенем. Потом по мере открытия клапана воздухозаборника можно было регулировать температуру горения газа и, соответственно, цвет его пламени, от коптящего желтого до «ревущего» синего (практически бесцветного). Историки науки часто пишут, что очень похожая горелка уже была в лаборатории Майкла Фарадея и еще не менее дюжины «усовершенствованных горелок» подобного типа были у других химиков. Но как бы там ни было, а в истории науки все они остались «горелками Бунзена».

Спектральный анализ

Горелка Бунзена с регулировкой цвета пламени от желтого до практически бесцветного оказалась полезной для идентификации неорганических веществ по окраске пламени горелки их солями (карминово-красные, малиново-красные и кирпично-красные оттенки), а потом дело дошло до спектроскопии. Кирхгоф, которого Бунзен забрал к себе в Гейдельберг из Бреслау в 1854 году, выхлопотав ему должность профессора, собрал дифракционный спектроскоп из распиленной пополам подзорной трубы, призмы и сигарной коробки. Помещая образец соли какого-нибудь металла в бесцветное пламя горелки Бунзена, он получал характерные для разных солей последовательности линий, похожие на фраунгоферовы линии спектра Солнца. Вывод напрашивался сам собой: это были спектры каких-то химических элементов. Так и оказалось.

В 1860 году Кирхгоф и Бунзен в июле месяце опубликовали в Annalen der Physik und Chemie статью «Chemische Analyse durch Spectralbeobachtungen» («Химический анализ с помощью спектральных наблюдений») и продублировали ее в августе на английском языке в журнале Philosophical Magazine. Из чего следует, какое большое значение они придавали своему открытию. Первый журнал был ведущим периодическим изданием в области физики и химии в континентальной Европе, второй — в Англии и Америке. В следующем, 1861 году вышла еще одна их статья под тем же названием, только с добавлением двух слов Zweite Abhandlung («Второй трактат»), где они сообщили, что обнаружили по их спектрам два новых металла (рубидий и цезий) и выделили их.

На этот раз они опубликовали это только в Annalen der Physik und Chemie. В Англии сами поспешили перевести и обсудить первые результат гейдельбергского спектрального анализа, позволявшего идентифицировать в химических соединениях металлы даже в следовых количествах. У нас в казанском, московском и петербургском университетах прочитали это по-немецки. В конце 1850-х — начале 1860-х годов у Бунзена в Гейдельбергском университете стажировались Менделеев, Бородин, Столетов, Бельштейн и еще не один десяток молодых русских химиков и физиков, не оставивших заметного следа в истории науки.

Золотой век Бунзена

В статьях и монографиях европейских историков науки с начала прошлого века и поныне часто встречается определение «золотой век Гейдельбергского университета». Так они называют период «примерно с 1858 по 1871 год», когда в Гейдельберге преподавали Бунзен, Кирхгоф и Гельмгольц. Вот образчик характеристики этого «золотого века» в монографии 2009 года австрийских историков науки, который стоит привести для примера: «Духовное потрясение исходило из юго-западного угла все еще раздробленных немецких земель. Это землетрясение было особенно заметно в Англии, а также в соседней Швейцарии, в далекой России, в Австро-Венгрии, в Норвегии, Швеции, Испании, Португалии, Греции, Турции, США, Мексике и даже в Аргентине. Произошли фундаментальные переориентации в химии, физике, астрономии, физиологии, геологии и гляциологии. Большая часть современных школьных знаний в области естественных наук появилась именно в то время.

Понимание того, что вся светящаяся материя в нашей вселенной подчиняется тем же законам, что и земная, восходит к исследованиям Кирхгофа и Бунзена. Без деятельности Бунзена и его учеников великие достижения в области геологии, вулканологии и гляциологии были бы немыслимы… Духовный климат в Гейдельбергском университете и в бунзеновской лаборатории описывался современниками, например, Дебусом, Роско, Кёнигсбергером или Курциусом. Но как произошла такая концентрация умственных способностей? Ответа на этот вопрос нет. Вряд ли кто-то задумывался над тем, что на самом деле определяло первоначальные темы исследований Бунзена (такие как гигрометрия, фотометрия или вулканология). Математик Лео Кёнигсбергер, который имел честь принадлежать к ближайшему кругу Бунзена, годы спустя говорил о “потерянном рае”».

Потерянный рай

К этому стоит, наверное, добавить, какой «рай» потеряла в Гейдельберге русская учащаяся молодежь. В 1863 году Третье отделение (политическая полиция Российской империи) отмечало, что на фоне общей тяги русской молодежи в заграничные учебные заведения «особенное скопление русских находится в Гейдельберге, Карлсруэ и Цюрихе». По данным Третьего отделения, в это время в Гейдельберге находилось 60 русских студентов, «не считая поляков». Но на самом деле студентов там было больше, в основном бросивших такое скучное занятие, как учеба ради «участия в революционных конспирациях».

Один из современников «конспираторов» писал: «В то время Гейдельберг был город, переполненный русскими, особенно учащейся и неучащейся молодежью. Она встречалась массами на каждом шагу... На улицах Гейдельберга, и в табль-д’отах гостиниц, и в университете, и в кафе, и в театре русский язык преобладал над всеми другими, даже над немецким. Скопление русской молодежи в Гейдельберге в 1862 году было настолько велико, что этот город стал как бы наполовину русским». Историки называют это скопление «гейдельбергской русской колонией» и пишут: «Выбору русскими именно этого маленького городка способствовали, во-первых, дешевизна жизни в нем по сравнению с более крупными городами, а во-вторых, то обстоятельство, что Гейдельбергский университет славился в то время блестящим составом своих преподавателей. Достаточно указать, что среди его профессоров были такие знаменитости, как физиолог Гельмгольц, химик Бунзен, физик Кирхгоф, историк Шлоссер, юристы Блунчли и Миттермайер».

В «русской читальне» Гейдельберга, бывшей своего рода штабом «конспираторов», можно было найти издания Герцена, социалистические сочинения немецких материалистов, включая Маркса и Энгельса. Здесь, по сведениям Третьего отделения, «произносились демагогические и коммунистические речи». Здесь же состоялся суд над Тургеневым, который в романе «Отцы и дети» (1862) «оклеветал молодое поколение». Тургенев, кстати, сильно испугался, послал в Гейдельберг свои объяснения и был очень рад, что, как он писал, «молодые не окончательно меня осудили». Отсюда, из Гейдельберга, уже знаменитый хирург Николай Пирогов уехал в Италию оперировать раненого Гарибальди. В Гейдельберге собрали тысячу франков на «святое дело», но деньги у «конспираторов» он не взял.

Словом, в Гейдельберге во времена Бунзена был действительно рай, причем не только для мировой химии и физики, но и для революционного течения народничества, который тоже не мог продолжаться бесконечно. В итоге кто-то из русской колонии пошел по этапу в «места отдаленные», остальные просто повзрослели. Нам же хотелось бы в заключение сказать еще об одной заслуге Бунзена, которую современные историки науки вспоминают крайне редко. Речь идет о получении алюминия в чистом виде методом электролиза.

В земной литосфере алюминий занимает третье место после кислорода и кремния и первое место среди металлов, на втором месте — железо, которого примерно вдвое меньше. Но, например, медь, которой в тысячи раз меньше, добывали наши предки еще в энеолите 9,5 тыс. лет назад (медный век). Алюминий в чистом сумел выделить Эрстед только в 1825 году, да и то в миллиграммовых количествах. В граммовых количествах его получил чисто химическим методом профессор химии парижской Ecole normale Девиль в 1845 году, и с тех пор еще лет десять его совершенствовал без особого успеха, пока не прочитал статью Бунзена об электролизе чистого магния из его хлорида и не попробовал сделать то же самое с хлоридом алюминия.

Ему это удалось. В 1854 году он продемонстрировал в Парижской академии наук слиток алюминия в несколько килограмм. Но как раз во время обсуждения своего открытия в академии он с удивлением узнал, что буквально на днях Бунзен опубликовал статью об успешном электролизе алюминия из того же двойного хлорида натрия и алюминия, что и он. Вышел конфуз. Но поскольку Девиль уже отлил из своего алюминия медаль с профилем Наполеона III и передал ее полковнику Фаве, адъютанту по особым поручениям Наполеона III, а тот — императору, это изобретение получило название «метод Бунзена—Девиля», а потом про Бунзена тихо забыли.

Килограммы «серебра из глины» впечатляли, но для промышленного использования алюминия требовались тонны, что стало достижимым только после того, как в 1880-е годы появились промышленные динамо-машины. Началась гонка изобретателей и рационализаторов электролитического способа производства алюминия из его окиси (глинозема), которая продолжается до сих пор. В прошлом году, по разным данным, производство алюминия в мире достигло 70 млн тонн (плюс-минус несколько процентов), а в денежном исчислении объем мирового рынка производства алюминия уже давно превышает $100 млрд.

Ученый с таким результатом явно заслуживает того, чтобы не числиться в истории науки всего лишь изобретателем газовой горелки. Но как показывает опыт, настоящему ученому лучше не попадать в апокрифы большого бизнеса: там быстро превратят живого человека в «лейбл». Так что лучше уж оставаться изобретателем простенькой горелки.

Ася Петухова