СВАНТЕ АРРЕНИУС (1859–1927) 

СВАНТЕ АРРЕНИУС

(1859–1927) 

Увлеченные веселой историей, которую рассказывал Сванте, ученики не заметили, что перерыв давно кончился. Слушая друга, они хохотали от души. Стур совсем позабыл об обязанностях дежурного. Приподнявшись на цыпочки, он заглядывал через головы товарищей, возбужденно размахивая руками, и тоже смеялся.

— Дежурный! — прервал веселое оживление строгий окрик учителя.

Ученики на мгновение замерли и сразу же бросились по своим местам. Возле учительского стола остался один Стур. Он стоял, смущенно опустив голову.

— Что ж, приготовься к наказанию. — Учитель взял тонкий прут, согнул его, чтобы проверить, достаточно ли он упруг, и

ударил наотмашь.

— Господин Линдберг, это я виноват, — крикнул Сванте.

— Ах вот как? Иди сюда, теперь твоя очередь!

Сванте не пошевельнулся. Мертвенная бледность залила его лицо.

— Быстрее! — нетерпеливо приказал Линдберг.

Сванте робко приблизился к учительскому столу, но вдруг бросился к двери и исчез.

Он бежал, задыхаясь от усталости и обиды. Сначала Сванте направился к дому, где он жил со своим братом Иоганном и репетитором, студентом Валльстрёмом, но потом решил, что лучше всего вернуться к родителям. Очутившись за городом, Сванте немного успокоился и пошел медленным шагом. За ним никто не гнался. Очертания Упсалы постепенно исчезали вдали. А вот и родной Вик! Небольшая усадьба, где его отец был управляющим, казалась мальчику неприступной крепостью, здесь он надежно защищен от жестоких порядков кафедрального училища.

Дома он застал только мать и сестру Зигрид. Отец вернулся к вечеру. Вскоре появился встревоженный Валльстрём.

— Еле нашли тебя. Мы с Иоганном обыскали весь город.

— Сядь отдохни, Валльстрём, — пригласил его господин Свен Аррениус. — Давайте обсудим спокойно, что нам делать со Сванте. Положение действительно серьезное.

— Не хочу я больше ходить в эту школу! Там только мучают учеников, а знаний никаких не дают!

Отец молчал. Он понимал, что эта школа была для Сванте неподходящей. Мальчик обладал незаурядными способностями, и запереть его в кафедральном училище было настоящим преступлением. Уже в три года Сванте научился читать, хотя родители и запрещали ему это. Он внимательно следил за занятиями старшего брата Иоганна и однажды, взобравшись на колени отца, вдруг начал читать по складам книгу, лежавшую на письменном столе. Незаметно для всех маленький Сванте научился и считать.

— Потерпишь еще несколько месяцев, а потом запишу тебя и гимназию, — сказал отец.

— Я буду учиться, если вы запишете меня в реальную гимназию, — твердо сказал Сванте.

— В реальную? — воскликнул отец. — Ты что, решил стать офицером?

Окончившие кафедральное училище обычно поступали в гуманитарную гимназию, а затем продолжали свое образование в университете. Реальная гимназия мало кого привлекала, она считалась второразрядным учебным заведением.

— Сегодня учитель Линдберг до полусмерти избил Стура, — сказал Валльстрём. — Подумайте, стоит ли оставлять там Сванте! Отдайте его лучше в реальную гимназию. По окончании ее он сможет продолжить образование. Некоторые мои коллеги пришли из реальной гимназии.

Валльстрём пользовался расположением господина Аррениуса, тот считался с его мнением. Это и решило судьбу Сванте.

На следующий год он стал гимназистом. Жили опять втроем — Сванте, Иоганн и Валльстрём. Но и в реальной гимназии дела у Сванте шли неважно. Значительно опередивший всех своих сверстников в развитии, мальчик скучал на уроках, часто вступал в споры с учителями. Его интересовала только физика и химия, однако он не нашел контакта с учителями, преподававшими эти предметы. Мучительно и невыносимо долго тянулись годы, пока наконец не наступил час расставания с гимназией.

Теперь семья Аррениусов жила в Упсале. Отец Сванте был назначен квестором[342] в университете. Он купил в городе большой и удобный дом, где вместе с ними поселился и Валльстрём. Хотя Иоганн и Сванте уже выросли, Валльстрём все еще выполнял роль домашнего учителя и наставника. В сущности он был другом Сванте и исподволь готовил его к студенческой жизни.

Обычно, оказавшись на свободе, студенты-первокурсники вели беззаботную жизнь, полную развлечений. В Упсальском университете было несколько студенческих землячеств — каждое из них соответствовало области, из которой происходили его члены. Так как Сванте был упландцем, его приняли в Упландское землячество. Благодаря веселому нраву и остроумию Сванте сразу же завоевал расположение коллег, его избрали в совет объединения, а на следующий год он стал предводителем упландцев. Сванте всегда и везде был первым, но знал и меру в студенческих развлечениях, так что после третьего семестра он успешно сдал все экзамены, хотя их положено было сдавать только после четвертого. Теперь надо было ждать следующего года, когда он мог выбрать специальность и заняться любимыми науками.

— Знаю, что и здесь ты не потеряешь времени впустую, но лучше будет, если ты уедешь в Париж, — предложил отец. — Это мой подарок за твои успехи.

— Да, я сдал все экзамены и уже определил свою будущую специальность — это физика, — сказал Сванте. — Начну готовиться к предстоящим экзаменам.

— Похвально, но прежде поезжай в Париж. Займешься французским языком. Образованный человек должен свободно владеть по крайней мере французским, английским и немецким.

К этому времени Сванте уже недурно говорил и писал на четырех языках — шведском, французском, немецком и английском. На уроках французского языка он многое узнал о Франции и мечтал увидеть Париж. И вот его мечта сбывается!

Но восхитительное путешествие длилось недолго, и Сванте снова возвратился в Упсалу. Он успешно сдал вступительные экзамены, и теперь ему предстояло заняться физикой. Сванте отлично понимал, что физик должен иметь представление и о родственных науках, поэтому он регулярно посещал занятия по математике у профессора Дауга и по химии у профессора Клеве[343]. В 1881 году он блестяще сдал экзамены и приступил к работе над диссертацией. Интересные и увлекательные проблемы предлагали астрономия, метеорология, но более всего его занимали вопросы, связанные с электрическом.

— Возможности электричества неисчерпаемы, поэтому я прошу вас разрешить мне выбрать тему из этой области, например гальванические явления и электропроводность, — обратился Сванте к профессору Талену[344].

— Вы знаете, господин Аррениус, что в моей лаборатории изучаются лишь вопросы спектрального анализа, — сухо прервал его профессор. — Я думаю, вам известно, что до сих пор эта область никем, кроме меня, не разрабатывалась, и здесь еще многое предстоит сделать. Выберите себе тему, связанную с проблемами спектрального анализа, и у вас будут все условия для исследовательской работы.

Но интересы Аррениуса были очень далеки от спектрального анализа и поэтому ему не оставалось ничего другого, как проститься с коллегами и уехать в Стокгольм, к профессору Эдлунду[345], работавшему в области электричества.

Профессор Эдлунд быстро оценил знания и выдающиеся способности нового стажера и сделал его первым своим помощником. Сванте ассистировал профессору во время лекций, насыщенных сложными опытами. Кроме того, он проводил некоторые измерения, связанные с научными разработками Эдлун-да. В остальное время он мог заниматься самостоятельными исследованиями.

Лаборатория физики была небольшой и казалась еще теснее из-за множества приборов. Кроме Аррениуса, здесь работали еще двое молодых физиков — Мёбиус и Хомен. Веселый юмор Сванте, его общительность и жизнелюбие пришлись им по душе, и вскоре все трое стали настоящими друзьями. Мёбиус уже несколько лет жил в Стокгольме, он регулярно посещал заседания научных обществ, где собирались ученые, деятели искусства, литературы. Они выступали с докладами, устраивали дискуссии. Аррениус заинтересовался этими собраниями и однажды отправился на одно из них вместе с Мёбиусом. Пылкое красноречие Аррениуса обратило на себя внимание, и ему предложили сделать доклад на какую-нибудь популярную тему. Аррениус подготовил сообщение о влиянии солнечных пятен на состояние атмосферы Земли. Полет его мысли был настолько смелым, а явления, о которых говорил молодой физик, настолько фантастичными, что все слушали Аррениуса с огромным интересом.

— Ты превосходно знаешь астрономию! Почему же ты завялен электричеством? — спросил его Мёбиус, когда они возвращались домой.

— Астрономия — наука интересная, но заниматься только звездами, мне кажется, мало. Хочется быть ближе к жизни, к людям… Мёбиус, ты видел когда-нибудь шаровую молнию? — неожиданно спросил Сванте.

— Да, ну и что?

— Да то, что у меня есть свои соображения относительно ее образования, и это не только гипотеза! — возбужденно заговорил Аррениус. — Я проделал сложные расчеты и могу вполне обоснованно доказать происхождение этого природного явления, поразительного по красоте и ужасающего по силе действия.

Обладая на редкость пытливым умом, Аррениус готов был в любой области высказывать интереснейшие гипотезы, создавать оригинальные теории. Вот и сейчас — вдруг заговорил о шаровых молниях, а всего час назад он развивал свою теорию солнечных пятен. Может быть, поэтому сдержанного Мёбиуса так тянуло к этому пылкому человеку.

Исследование шаровых молний не осталось минутной фантазией Аррениуса. Эта идея встретила одобрение профессора Здлунда, и вскоре появилась первая статья молодого ученого[346].

Но все же в центре его научных интересов оставались гальванические элементы, в которых энергия химических реакций превращается в энергию электрическую. Однако в гальваническом элементе протекают и вторичные процессы, которые вызывают поляризацию электродов, а это снижает напряжение в цепи электрического тока. Аррениус занялся изучением влияния добавок, уменьшающих или даже полностью предотвращающих поляризацию. После многочисленных опытов он установил, что эффект поляризации зависит от количества добавленного вещества — деполяризатора.

— Если провести исследование с сильно разбавленными растворами, по-видимому, можно будет вычислить молекулярный вес добавленного деполяризатора, — делился он своими планами с Мёбиусом и Хоменом.

— А ты пытался установить, какова зависимость между ними? — спросил Хомен.

— Очень простая, — ответил Аррениус. Он записал исходные зависимости и начал выводить формулу. Лист быстро заполнялся уравнениями.

— Вот конечный результат, — Аррениус подчеркнул полученную формулу.

— Какой элегантный и простой метод! — воскликнул Мёбиус. — Ты показывал это профессору?

— Хочу еще сделать некоторые измерения, а потом уже доложу.

К сожалению, Аррениус не зная, что его вывод не оригинален, подобный метод уже существовал. И все же его работа оказалась не бесполезной. Проводя первые опыты, он заметил, что концентрация влияет на электропроводность ряда разбавленных растворов. Этот необъяснимый на первый взгляд факт чрезвычайно заинтересовал Сванте, и он подробно обсудил его с профессором Эдлундом.

— Ваши наблюдения очень интересны. Такие исследования до сих пор не проводились, — сказал профессор. — В статьях Ленца и Кольрауша приведены результаты только для концентрированных растворов[347].

— Я думаю начать с кислот.

— Основной трудностью в опытах подобного рода является устранение поляризации электродов, — предостерег его Эдлунд. — Когда электрический ток проходит через раствор, начинается электролиз, и выделенные на электродах вещества поляризуют их. Одновременно изменяется и концентрация раствора. Рекомендую вам использовать сконструированный мною коммутатор. Это ключ с ручным управлением. Переключив его, вы меняете направление тока, и электроды деполяризуются.

Но схема оказалась очень несовершенной. Как бы быстро Сванте ни манипулировал с переключателем, поляризации электродов не удавалось полностью избежать. Результаты измерений были невоспроизводимыми. Неудобным для работы был и сосуд, в который наливался исследуемый раствор. Тогда Аррениус сконструировал другой, более удобный прибор. Это облегчило работу, но опыты продолжались еще очень долго. Начав серию измерений осенью 1882 года, Сванте закончил их лишь в следующем году.

Результаты экспериментов предстояло обработать и обобщить. Расчеты отняли еще несколько месяцев. Одновременно Аррениус просматривал научные журналы и искал публикации, связанные с этой проблемой.

Обработка результатов заключалась не только в механических расчетах, Аррениус постоянно сравнивал полученные данные, стараясь найти объяснение неожиданному поведению того или иного вещества.

Самыми поразительными казались свойства аммиака: в газообразном состоянии это вещество не пропускает электрический ток, водный же раствор аммиака — проводник, и чем разбавленнее раствор, тем выше его электропроводность. Такую же зависимость Аррениус установил и для галогеноводородных кислот.

Только в мае 1883 г. после длительной экспериментальной проверки Аррениус пришел к выводу, что причиной увеличения электропроводности растворов при разбавлении является вода.

Аррениус отправился в Упсалу, чтобы встретиться с профессором Клеве и ознакомить его со своей новой теорией. Клеве — человек широкой эрудиции, он сможет дать ему полезный совет, трезво оценить гипотезу.

Аррениус любил Упсалу. Не потому, что здесь жили его близкие и прошли годы его учебы. Что-то особенно родное и неповторимое было в этом городе. И сейчас Аррениус верил, что лучше всего его поймут в Упсале. Семестр давно кончился, начались летние каникулы, и Сванте торопился застать профессора Клеве, пока тот не уехал в отпуск.

Весной, когда ночи над Упсалой светлы как день, Клеве приходил в университет очень рано. Профессор встретил Аррениуса приветливо.

— Мне бы хотелось познакомить вас с результатами моих исследований, — начал Сванте. — Они имеют непосредственное отношение к химии, поэтому я решил поделиться своими мыслями именно с вами.

Профессор закрыл журнал, который он читал, отодвинул его в сторону и приготовился слушать.

— Для того чтобы объяснить увеличение электропроводности водных растворов электролитов при разбавлении, необходимо принять, что электролиты существуют в растворе в двух различных формах: неактивной — в виде молекул и активной — в виде ионов. По сути дела, при разбавлении часть молекул электролита распадается на ионы — это активная форма, а другая часть остается неизменной — это неактивная форма…

Клеве слушал Аррениуса с нескрываемым раздражением. То, о чем рассказывал ему этот выскочка, возомнивший себя первооткрывателем, было, по глубокому убеждению профессора, абсолютной чепухой. Фантазия физика, который сует свой нос туда, куда не следует, — в чужую ему науку!

— При разбавлении раствора увеличивается количество активной формы, — продолжал Сванте, но Клеве решил, что с него уже довольно.

— Прекрасная теория! — с саркастической улыбкой воскликнул он, явно издеваясь над Аррениусом. Сванте понял, что дальнейшие объяснения бессмысленны, и поспешил откланяться.

«Неужели профессор Клеве не уловил логики в моих рассуждениях? Да ведь дело не только в логике! Мою теорию подтверждают факты, результаты сотен измерений». Аррениус был убежден в правильности своих идей, поэтому язвительный тон профессора Клеве отнюдь не обескуражил его. Он медленно шел по коридору, обдумывая, что предпринять, потом быстро спустился по лестнице и отправился в Медицинский институт к профессору-физиологу Гаммарстену[348], который занимался и химией.

Гаммарстен выслушал Аррениуса с большим интересом. Он нашел идею чрезвычайно оригинальной и логически объясняющей явления и посоветовал Сванте продолжать работу. Аррениус решил дать теоретическое обоснование идеи и подготовить публикацию.

Описание экспериментальной части, вычисления и обобщение результатов были уже готовы. Оставалось лишь продумать и написать вторую, самую важную часть — теоретические выводы относительно состояния вещества в водном растворе. Получилась довольно большая по объему рукопись, поэтому пришлось разделить ее на две отдельные статьи. Первую из них Аррениус озаглавил «Исследование электропроводности электролитов», а вторую — «Химическая теория электролитов»[349]. Обе статьи были обсуждены и рекомендованы к печати Академией наук в Стокгольме 6 июня 1883 года. Они были опубликованы в восьмом томе журнала «Труды Королевской Академии наук», который вышел из печати в начале 1884 года.

Аррениус мечтал остаться работать в Упсале. Получив оттиски обеих статей, он представил их в университет в качестве диссертационной работы. Совет принял их и назначил экзамен на май 1884 года. Аррениус получил одобрение комиссии. Устный экзамен он сдал отлично. Оставалось получить отзыв профессоров Клеве и Талена о качестве диссертационной работы.

Экспериментальная часть работы ни у кого не вызывал возражений. Профессор Тален остался доволен, но новые взгляды на диссоциацию электролитов в водном растворе показались ему сомнительными. Захватив с собой материалы, он отправился в кабинет своего коллеги.

— Что вы скажете о теории Аррениуса, Клеве? — спросил Тален, заранее уверенный, что получит отрицательный ответ. Клеве не принимал идею Аррениуса главным образом потому, что не допускал существования разницы между атомами и ионами.

— Чистая фантазия. Не могу себе представить, как, например, хлорид калия распадается в воде на ионы. Возможно ли, чтобы калий самостоятельно существовал в растворе? Любой ученик знает, что калий дает бурную реакцию с водой, причем образуется едкое кали и водород. А хлор? Водный раствор его имеет желто-зеленый цвет и сильно ядовит, а раствор хлорида калия бесцветен и совершенно безвреден.

— У меня и по экспериментальной части есть замечания. Такие невероятные разбавления! Пять десятитысячных… одна десятитысячная грамм-моля! Это же почти чистая вода! При таких концентрациях и ошибки велики.

…Защита проходила очень бурно. Особенно напряженными были споры с профессором Клеве, который в то время отвергал мысль, что между молекулами, атомами и ионами имеется существенная разница. Аррениус доказывал, что в растворах, в частности в растворе хлорида калия, находятся не атомы калия и молекулы хлора, а ионы этих элементов. Ионы калия в отличие от нейтральных атомов несут положительный электрический заряд и поэтому не похожи на них по своим свойствам. Ионы хлора несут отрицательный электрический заряд и обладают совсем иными свойствами, нежели двухатомные электронейтральные молекулы хлора.

Идея образования ионов в растворе вне зависимости от электрического тока высказывалась и раньше. Аррениус был знаком с опубликованной в 1857 году статьей Рудольфа Клаузиуса, в которой известный ученый высказывал предположение, что в водных растворах небольшая часть электролитов распадается на ионы и без пропускания тока[350]. Опытным путем Аррениусу удавалось доказать правильность этого предположения. Он даже вычислил, что в растворе хлористого водорода 92% растворенных молекул находятся в активной форме, иначе говоря, они распались на ионы. Эти результаты подтверждались исследованиями и других ученых. Так, например, Вильгельм Оствальд, не имея в виду процесс диссоциации, при изучении каталитического действия соляной кислоты установил, что лишь 98% общего ее количества ускоряет процесс. Это значение было очень близко к вычисленному Аррениусом. Подобное совпадение получилось и для серной кислоты. По мнению Оствальда, в зависимости от концентрации каталититически действуют от 50 до 90% серной кислоты, установленные же Аррениусом значения составляли 47,6–85%!

Несмотря на обширный экспериментальный материал, собранный Аррениусом, и бесспорные доказательства, Совет поддержал мнение профессоров Клеве и Талона, но все-таки оценил защиту диссертации по третьему классу — «Кум лауде аппробатур»[351].

Аррениус и на этот раз не пал духом — он был твердо убежден в своей правоте. На следующий же день он послал по одному экземпляру двух своих статей известнейшим европейским ученым, которые занимались изучением растворов: Рудольфу Клаузиусу — в Бонн, Лотару Мейеру — в Тюбинген, Вильгельму Оствальду — в Ригу и Вант-Гоффу — в Амстердам. В своих ответах все четверо положительно отзывались о результатах исследований и выводах молодого ученого. Особенный интерес к работе Аррениуса проявил Вильгельм Оствальд. Он не только положительно оценил ее, но и поставил в своем письме ряд вопросов, связанных с исследованиями каталитического действия кислот, и предложил обсудить проблемы, представляющие взаимный интерес. Это письмо послужило началом оживленной переписки между Оствальдом и Аррениусом. В конце июля 1884 года Оствальд написал Аррениусу о своем желании приехать в Упсалу, чтобы встретиться и обсудить интересующие их вопросы.

…Первый деловой разговор между двумя учеными подходил к концу. Аррениус предложил прогуляться. Тепло пригревало послеобеденное солнце, Оствальд любовался яркими красками засеянных травой газонов и великолепных цветников. Он решил, что завтра же захватит с собой этюдник, чтобы запечатлеть на холсте этот великолепный пейзаж.

В дни летних каникул в Упсале студентов было мало, но этот высокий человек с одухотворенным лицом, который так горячо обсуждал что-то с Аррениусом, не остался незамеченным. После скандального провала диссертации Аррениус был в центре всеобщего внимания, и студенты оживленно обсуждали причины этого «высочайшего» посещения. Обсуждения были особенно бурными после того, как стало известно мнение профессора Отто Петтерсона из Стокгольма, который писал в рецензии на статьи Аррениуса: «В работе Аррениуса есть отдельные главы, научная ценность которых столь велика, что даже, если бы Совет поставил самую высокую оценку, и она была бы недостаточной».

С первых же минут встречи Оствальд и Аррениус поняли, что их взгляды совпадают, а научные интересы имеют много точек соприкосновения. Теория Аррениуса проливала свет на интересовавшие Оствальда причины каталитического действия кислот. В лаборатории Оствальда были приготовлены растворы многих кислот, теперь они могли быть исследованы по методу Аррениуса. В этой лаборатории вместо примитивной и несовершенной аппаратуры Эдлунда Аррениус мог бы пользоваться аппаратурой Кольрауша, более совершенной и точной. В частности, применение переменного тока предотвращало поляризацию электродов. Ясно было одно: Аррениусу нужно срочно ехать в Ригу.

На следующий день Оствальд и Аррениус разработали подробный план будущей совместной работы. Оствальд ознакомил с ним и своих коллег по университету. Его мнение о теории Аррениуса удивило профессора Клеве, который по-прежнему считал ее абсурдной.

Приезд Оствальда, поддержка, которую Аррениус получил у профессора Петтерсона, и мнение широкой общественности заставили университет повторить процедуру защиты диссертации. Она состоялась в конце 1884 года и прошла успешно. Сразу же после защиты Аррениус был назначен приват-доцентом физической химии. Однако профессор Клеве продолжал упорствовать и по-прежнему оставался яростным противником Аррениуса. Многие преподаватели, находившиеся под влиянием Клеве, также отрицательно относились к работе Аррениуса. Все это задевало чувствительного Сванте, и он решил покинуть Упсалу и вернуться к профессору Эдлунду в Стокгольм.

Там Аррениус продолжил исследования электропроводности электролитов. Но его работу прервала внезапная смерть отца. Он немедленно уехал в Упсалу и оставался там до осени — надо было уладить все дела, касающиеся наследства. А оно оказалось значительно больше, чем он предполагал. Теперь Аррениус располагал такими средствами, что мог полностью посвятить себя науке. Осенью 1885 года он снова возвратился в лабораторию профессора Эдлунда, чтобы продолжать работу.

Эдлунд относился к Аррениусу очень тепло и оказывал ему всяческую поддержку. И не только потому, что Аррениус был человеком веселым и приятны я, а прежде всего потому, что Эдлунд ценил его знания и острый, пытливый ум. Он использовал все свое влияние, чтобы помочь молодому и талантливому ученику, и достиг немалого — к концу года Аррениусу была назначена стипендия Летерстеда. Теперь у него появилась возможность совершать заграничные поездки для знакомства с лучшими лабораториями европейских стран.

После новогодних праздников Аррениус уехал в Ригу. Наконец-то он сможет выполнить план, который наметил вместе с Оствальдом два года назад. В Риге его встретили как дорогого гостя. Госпожа Оствальд предоставила Аррениусу одну из комнат в своем доме, чтобы он мог встречаться с Оствальдом не только в институте, но и дома, по вечерам. Веселый, остроумный Аррениус с первых дней завоевал любовь детей. Они ждали его с нетерпением и, как только открывалась дверь, бросались к нему с радостным криком. Огромного роста мужчина бережно брал маленькую Элизабет на руки и начинал рассказывать забавные истории. Дети заливались смехом.

Дни, заполненные напряженным трудом, чередовались с уютными вечерами в семье Оствальда. Отличная аппаратура, которой была оснащена лаборатория, значительно облегчала работу. Аррениус и Оствальд производили измерения электропроводности растворов кислот и их смесей в присутствии неэлектролитов, кроме того, они исследовали влияние кислот на скорость омыления этилацетата. Результаты оказались очень интересными и послужили основой нескольких публикаций. К середине года намеченный план был выполнен, и Аррениус решил уехать в Вюрцбург, чтобы провести некоторые исследования в лаборатории крупнейшего специалиста по электричеству, профессора Кольрауша.

У Кольрауша он закончил начатые в Риге исследования внутреннего трения электролитов, затем перешел к изучению электропроводности газов, чтобы выяснить, происходит ли образование ионов в газовой среде и какова роль растворителя — воды в процессе электролитической диссоциации. Идеи Аррениуса увлекли сотрудников Кольрауша. Особенно заинтересовался его работой Вальтер Нернст[352]. В это время Нернст занимался чисто физическими проблемами, но идея существования ионов в растворах показалась ему чрезвычайно любопытной.

Он сблизился с Аррениусом, и эта дружба ученых оказалась необычайно плодотворной: спустя несколько лет, в 1889 году, Нернст создал свою знаменитую теорию электродвижущей силы в водных растворах электролитов.

^{В. Нернст}

Аррениус постоянно следил за научными публикациями и с нетерпением ждал выхода очередного тома «Докладов Шведской Академии наук» — в этом журнале должна быть напечатана статья Вант-Гоффа, о которой тот писал своему шведскому коллеге еще в прошлом году. Очередной том пришел в конце 1886 года. До позднего

вечера Аррениус просидел в библиотеке. В своей статье Вант-Гофф рассматривал отклонения свойств водных растворов электролитов от законов осмотического давления и законов Рауля и вводил изотонический коэффициент L Данные Вант-Гоффа полностью подтверждали теорию диссоциации электролитов. Понижение температуры замерзания растворов электролитов должно быть больше ожидаемого, потому что частиц в растворе больше — часть молекул распалась на ионы. Теперь, используя коэффициент i, можно было легко вычислить степень диссоциации данного электролита, то есть узнать, какой процент молекул в растворе распался на ионы. Пользуясь приведенными данными, Аррениус вывел формулу, которая связывала степень диссоциации электролитов с коэффициентом Вант-Гоффа. В статье Вант-Гоффа приводились значения коэффициентов для многих растворов электролитов, и Аррениус принялся за вычисление степени их диссоциации.

До сих пор он определял степень диссоциации электролита только на основании опытных данных по электропроводности растворов. Совпадут ли полученные этим путем результаты с вычисленными по выведенной формуле?

Дрожащими от волнения руками Аррениус достал старые лабораторные журналы. Данные совпадали! Полученные совершенно различными способами они абсолютно однозначно показывали, что в растворах электролитов происходит диссоциация, которую можно охарактеризовать лишь одним числом.

«Если раньше моя идея о диссоциации молекул электролита в водном растворе могла считаться только гипотезой, то теперь, после статьи Вант-Гоффа, сомнений нет — это теория».

Наступили дни лихорадочного, напряженного труда. Сначала Аррениус написал две статьи: «Опыт расчета диссоциации растворенных в воде веществ» и «Об аддитивных свойствах разбавленных растворов солей», которые хотел отослать на родину. Но поскольку европейские ученые практически не знали шведского языка, он обобщил обе статьи в одну — «О диссоциации растворенных в воде веществ» и опубликовал на немецком языке в 1887 году[353]. В этой статье излагались основные положения теории Сванте Аррениуса об электролитической диссоциации.

Вскоре после этого Аррениус и Нернст уехали в Грац, чтобы продолжить работу у Больцмана[354].

Аррениус вел оживленную переписку с Вант-Гоффом; оба ученых чувствовали необходимость встретиться, чтобы обменяться мнениями и провести совместные исследования. Теория электролитической диссоциации нуждалась в поддержке — немногие пока еще поняли и по-настоящему оценили ее. Требовались новые факты, новые теоретические исследования.

Аррениус отправился в Амстердам в начале 1888 года. Перед этим он заехал в Киль, чтобы встретиться с Максом Планком[355], который одним из первых принял его теорию. Их разговор касался главным образом применения закона действующих масс Гульдберга и Вааге к равновесию диссоциации. Планк уже провел некоторые исследования и с удивлением констатировал, что закон Гульдберга и Вааге неприменим к сильным электролитам.

Когда Аррениус приехал в Амстердам, Вант-Гофф встретил его вопросом:

— Вам известно, что закон действующих масс неприменим к сильным электролитам?

— Мы с Планком уже обсуждали это явление, — ответил Аррениус.

— Но тогда возникает еще один вопрос: есть ли в таком случае смысл говорить о диссоциации и об установлении равновесия?

— Вы не правы, — разгорячился Аррениус. — В сильных электролитах разбавление ведет к небольшому увеличению концентрации ионов, в то время как в растворе слабого электролита концентрация ионов при разбавлении увеличивается в пятнадцать-двадцать раз. Благоприятные объекты — слабые электролиты, и именно на них надо проверить закон действующих масс.

Помолчав немного, Вант-Гофф обратился к своему ассистенту-

— Что ж, Райхер, оставьте пока растворы солей. Проверим на органических кислотах, все они слабые электролиты.

Первые же изменения, которые провел Райхер с растворами уксусной кислоты, показали, что закон действующих масс остается в силе и независимо от разбавления константа равновесия не изменяет своего значения. Это придало уверенность исследователям, и они с увлечением продолжали работу. Аррениус провел ряд определений, связанных с понижением температуры замерзания растворов электролитов, чтобы вычислить коэффициент Вант-Гоффа, а потом рассчитать и степень электролитической диссоциации. По этим данным можно было найти и константу диссоциации, которую Райхер определял экспериментально.

Вскоре Вильгельм Оствальд выступил с краткой публикацией, в которой сообщалось, что применяя закон действующих масс к слабым электролитам, ему удалось вывести простую зависимость, названную им законом разведения. К этой же зависимости пришли Вант-Гофф и Райхер после обработки результатов своих измерений.

— Это неоспоримое доказательство правильности вашей теории, — поздравил шведского ученого Вант-Гофф.

Через некоторое время Аррениус закончил намеченные им опыты и уехал в Лейпциг. Он хотел снова встретиться со своим старым другом Оствальдом, который руководил теперь Лейпцигским институтом физической химии, и провести некоторые измерения в его лаборатории.

Институт физической химии находился в старом здании, где прежде размещался Сельскохозяйственный институт. Помещения были тесными и неудобными, но в институте кипела напряженная научная работа. Под руководством Оствальда здесь занимались молодые энтузиасты, которые внесли свой вклад в развитие появившейся новой науки — физической химии — и впоследствии приобрели всемирную известность. Вальтер Нернст создавал основы осмотической теории гальванических элементов. Эрнст Бекманн конструировал приборы для определения молекулярных весов различных веществ [созданный им специальный термометр (термометр Бекмана) и в наши дни широко применяется в физико-химических лабораториях]; Георг Бредиг[356] определял константы диссоциации органических кислот.

В Лейпциге Аррениус провел новые исследования, которые расширили теорию электролитической диссоциации. Самыми существенными из них были определения теплового эффекта диссоциации. Установив влияние температуры на изменение электропроводности растворов различных электролитов, Аррениус вычислил тепловой эффект их диссоциации. С другой стороны, теория предусматривала, что теплота нейтрализации концентрированных кислоты и щелочи должна быть постоянной, независимо от природы реагирующих кислоты и щелочи, так как процесс протекает только между водородными и гидроксильными ионами и практически не зависит от остальных ионов раствора. Опыты подтвердили это предположение. Во всех случаях теплота нейтрализации оказалась равной 13 800 калорий.

При изучении влияния температуры на инверсию сахара Аррениус впервые заговорил об энергии активации химических реакций. В процессе теоретической обработки результатов он вывел уравнение, связывающее константу равновесия с энергией активации данной реакции и температурой. Сегодня это уравнение называется уравнением Аррениуса и является одним из основополагающих в физической химии.

К концу летнего семестра 1888 года сотрудники Оствальда разъехались на каникулы. Аррениус тоже уехал на родину. Он любил Швецию и мечтал о том дне, когда сможет остаться там навсегда, но шведские ученые все еще не признавали заслуг своего соотечественника. Только старый профессор Эдлунд радовался возвращению любимого ученика. Он поделился с Аррениусом проблемами, которые волновали его в последнее время.

— Нужно дать правильное объяснение атмосферному электричеству, процессу образования молнии. Земля — магнит, и она вращается. А когда магнит вращается, в окружающей его обмотке возникает ток. Вам понятна моя мысль?

— Вполне. Но земную атмосферу нельзя считать проводником.

Этот разговор оставил свой след. Постепенно новая проблема овладела мыслями Аррениуса. Идея профессора Эдлунда неверна, причину надо искать в другом! Аррениус вспомнил об опытах с газами, которые он проводил у Кольрауша и Больцмана.

«Несомненно, причина заключается в Солнце! Ультрафиолетовые лучи, которые оно посылает на Землю, ионизируют атмосферу, и образуются электрические заряды…». Аррениус изложил свои взгляды в статье и передал ее профессору, чтобы тот рекомендовал ее к печати. Эдлунд, однако, отказался это сделать, восприняв высказывания Аррениуса как выпад против него, заслуженного профессора. Тогда Сванте послал статью в Германию. Почти одновременно с ним подобную теорию выдвинул берлинский метеоролог Бецольд. Это объяснение природы атмосферного электричества и сегодня известно под названием теории Бецольда — Аррениуса.

Незадолго до выхода в свет статьи профессор Эдлунд умер. Его место в Стокгольмском университете оказалось вакантным, и Аррениус надеялся получить его.

И снова разочарование! Родина все еще не хотела принять и признать его. Тогда Аррениус решил уехать в Лейпциг. Германия стала его второй родиной. Там он получил признание, добился одного из самых больших своих успехов. В Германии Аррениус продолжал работать над теорией электролитической диссоциации у Оствальда, которому удалось добиться для друга места ассистента.

И все же его по-прежнему тянуло на север, на родину. Поэтому, дождавшись окончания учебного года, он поспешил вернуться в Упсалу. Профессор Клеве не согласился принять его в качестве ассистента, но физиолог Гаммарстен оказался более благосклонным. Хотя место это и не подходило молодому ученому, он его принял. Аррениус был согласен на все, лишь бы работать в родной Упсале!

Оствальд не одобрил поступка коллеги, считая, что Аррениус — ученый, заслуживающий много большего, и как старый друг постарался помочь ему. В 1891 году по рекомендации Оствальда Аррениус получил приглашение занять место профессора физической химии в Гисенском университете. И только теперь Сванте оценили на его родине и попытались удержать его — ректор Стокгольмского университета в свою очередь предложил Аррениусу место доцента по физике, которое в ближайшем будущем могло стать и местом профессора. Это предложение настолько обрадовало Аррениуса, что он тут же написал письмо Оствальду:

«13 марта 1893 г.

Со вчерашнего дня я опьянен неизмеримой радостью. Думаю, что у меня никогда не было более счастливого дня. За все, что было удачного в моей судьбе, я должен благодарить тебя. Благодаря тебе я стал приват-доцентом в Упсале, благодаря тебе меня пригласили в Гисен, что дало мне возможность получить настоящее, хотя и скромное место… Чувствую себя бедным — я не смогу за все отблагодарить тебя».

Теперь у него была возможность развернуть более широкую исследовательскую деятельность. Под его руководством работали студенты, дипломники, ассистенты, сотрудники. Уже на следующий год на стажировку приехали и первые ученые из-за рубежа. И здесь явно не обошлось без рекомендаций Оствальда, это он советовал молодым ученым ехать в Стокгольм, учиться у Аррениуса. Одним из первых был Брединг, с которым Сванте познакомился в Лейпциге. Потом приехали поляк Рошковской, немец Вит…

Многочислен и разнообразен был круг вопросов, над которыми они работали: электрокапиллярные явления, катодная поляризация, коррозия металлов в кислотах… Материал этих исследований Аррениус обобщил в «Учебнике электрохимии».

Среди его ассистентов особенно выделялась Софья фон Рудбек. Она была не только великолепным помощником, но и интересным собеседником. Аррениус часто и подолгу беседовал с ней. Иногда к Сванте заходил отец Софьи, старинный друг отца Сванте. Он питал тайную надежду, что дружба Сванте с его дочерью закончится браком, и мечты старого фон Рудбека сбылись. В 1894 году молодые люди обвенчались, а на следующий год у них родился сын Олаф… Однако брак оказался неудачным. С различиями во взглядах как-то еще можно было смириться, но изменить свои характеры, привычки… это оказалось не под силу обоим. Сванте был свободолюбив, общителен, беззаботен, а Софья — строга и бескомпромиссна. Семейная жизнь не сложилась, и поэтому вскоре после рождения сына они решили расстаться.

1895 год принес Аррениусу много разочарований, но и много радостей. Его мучила разлука с сыном. Еще больше терзала связанные с разводом сплетни, которые раздували его противники, желая помешать ему получить место профессора физики. Однако все усилия недругов оказались тщетными. Аррениуо получил первое международное признание — Немецкое электрохимическое общество избрало его своим почетным членом.

Постепенно таяла и холодность коллег. В 1896 году Аррениус стал ректором Стокгольмского университета!

Тесная дружба завязалась между Аррениусом и метеорологом Нильсом Экголльмом, который в свое время обратил внимание Сванте на некоторые геофизические проблемы. По-прежнему не удавалось объяснить изменения температуры земной поверхности, и по этой причине не находилось удовлетворительного объяснения периодической смене ледниковых периодов периодами потепления.

— Искать причину в различной силе солнечного излучения неправильно, Экголльм. Объяснение кроется где-то здесь, на Земле, — твердил Аррениус.

— Если причина температурных изменений на Земле, то она, вероятно, в атмосфере. Луиджи де Марчи объясняет температурные изменения различным количеством влаги в атмосфере, но это более чем сомнительно.

— Количество облаков действительно может влиять на температуру, но не в такой степени, — согласился Аррениус.

Некоторое время они молчали, потом вдруг Аррениус оживился.

— Кроме воды, в атмосфере есть и другие составные части. Почему бы не допустить, что углекислый газ является причиной температурных изменений? Ведь изменение температуры связано не только с увеличением или уменьшением количества тепла, которое получает земная поверхность, но и с изменением количества излучаемого тепла. Углекислый газ интенсивно поглощает тепловые лучи в инфракрасной области. Это означает, что когда его количество в атмосфере увеличивается, тепловое излучение Земли уменьшается и температура повышается. При большом содержании углекислого газа растения развиваются быстрее. Следовательно, через определенный промежуток времени вследствие увеличения растительности количество углекислого газа в атмосфере уменьшится, излучение тепла с поверхности Земли станет интенсивнее и температура начнет понижаться.

В одной из статей Аррениус изложил свои взгляды и провел ряд опытов по количественному определению способности углекислого газа поглощать тепло. Его гипотеза имела как сторонников, так и немало противников, во всяком случае она стала предметом горячих споров.

Некоторые из сотрудников Аррениуса тоже занимались геофизическими и метеорологическими проблемами. Один из них, Стриндберг, настолько увлекся метеорологией, что когда узнал о намерении Андре[357] совершить перелет на аэростате через Северный полюс, тут же добился, чтобы его взяли в эту экспедицию. Лететь от Шпицбергена через Северный полюс в Сибирь! Такая экспедиция могла дать богатый фактический материал, с помощью которого можно будет решить ряд метеорологических проблем.

— Я тоже полечу, — решил Аррениус.

Начались длительные приготовления. Необходима была специальная одежда, аппаратура, ничего нельзя было упустить.

На Шпицберген приехали, согласно договоренности, немного раньше. Вместо предсказанной благоприятной погоды там бушевала буря. Прошло две недели, а направление ветра не менялось.

— Надо отложить полет, — советовал Аррениус. — Даже если направление ветра изменится, этот полет сейчас просто самоубийство, приближается период штормов.

— Как мне кажется, он уже наступил, — добавил Стриндберг. — В этом году он начался раньше обычного.

— И что же теперь? Неужели возвращаться?

— Другого выхода нет.

— А я нашел его, — вдруг оживился Аррениус. — Можно ли допустить, чтобы столько трудов и приготовлений пропали даром! Мое предложение — отправимся на север на корабле. Вместо аэростата у нас будет корабль.

…Корабль «Вирго», снаряженный к плаванию в северных широтах, шел к Шпицбергену. Но ему не суждено было достичь щели на этот раз. Непрерывные штормы, движение льдов делали продвижение на север невозможным, наконец, «Вирго» развернулся и взял курс на юг — к родным берегам.

Геофизические и метеорологические исследования не мешали продолжению работ по электролитам. Напротив, круг вопросов в этой области расширялся. Нерешенным оставался вопрос о сильных электролитах, растворы которых не подчинялись закону, установленному для слабых электролитов, даже в сильно разбавленном состоянии. Аррениус не смог использовать это важное наблюдение, чтобы расширить рамки теории электролитической диссоциации и применить ее к сильным электролитам. Теорию сильных электролитов создали намного позже Де-бай[358] и Хюккель[359].

Горячо любивший свою родину, Сванте Аррениус внес немалый вклад в развитие ее экономики. В качестве выдающегося ученого-физика он был включен в комиссию по изучению водных ресурсов страны и созданию сети электростанций, в которых использовалась бы энергия водопадов. Успех использования энергии Ниагарского водопада показал, что и Швеция могла бы перенять этот опыт. Комиссия посетила крупные электростанции в Швейцарии и Италии. В отчетном докладе Аррениус наметил ряд важных мероприятий, которые были постепенно осуществлены — Швеция покрылась сетью электростанций.

Вклад Аррениуса в развитие экономики Швеции окончательно утвердил его признание соотечественниками. В 1898 году на юбилее по случаю 50-летия со дня смерти великого Берцелиуса профессор Клеве выступил с большой речью, в которой, в частности, сказал: «Знамя, которое выпало из рук Берцелиуса после его смерти, сегодня снова поднято другим выдающимся шведским ученым — Аррениусом». Этим заявлением Клеве подчеркнул, что он отныне становится сторонником Аррениуса и целиком признает его теорию электролитической диссоциации. Вскоре было выдвинуто предложение избрать Аррениуса членом Шведской Академии наук, но ученый отказался, так как предлагалось место по отделению химии, а Аррениус хотел сохранить свое место профессора физики. В следующем, 1901 году он был избран членом Академии по отделению физики.

И все-таки самые значительные научные достижения Аррениуса были больше связаны с химией, чем с физикой. Это мнение мировой научной общественности нашло отражение в высокой награде, которой ученый удостоился в 1903 году — Нобелевской премии по химии[360]. До сих пор она была присуждена лишь двум химикам — Вант-Гоффу и Эмилю Фишеру. Аррениус — первый шведский ученый, удостоенный такого высокого отличия! Это был триумф не только самого ученого, но и всей страны. Во всех университетах и научных обществах читались лекции о научных достижениях Аррениуса, его портреты висели на самых видных местах. Швеция гордилась своим великим сыном[361].