Пусть не погаснет свет науки

Вид материалаДокументы

Содержание


Б. Амеео Авогадро.
29. Д. Карл Шееле.
Б. Драгоценные камни.
Вторая группа
Третья группа
Подобный материал:
1   2   3   4

Бутлеров и пчеловодство.

Основоположник русского рационального пчеловодства академик А. М. Бутлеров в течение всей своей пчеловодной деятельности уделял исключительное внимание зимовке пчел – одному из важнейших вопросов практического пчеловодства. "Зимовка пчел – самая трудная задача пчеловодства, особенно в нашем климате, – писал он в 1870 году, – Зима приносит пчеловоду главные убытки, часто непредвидимые, а потому и неотвратимые. Поэтому все, что касается зимовки в разных местностях и результатов, которые получаются, должно в высшей степени интересовать пчеловодов". Эту программную мысль он вновь подчеркнул в докладе "О пчеловодстве и жизни пчелиной семьи в их взаимозависимости от внешних условий" (1877 год). О трудностях сохранения пчел в зимний период и сбережения их энергии он хорошо знал из писем, адресованных ему, непосредственного общения с пчеловодами, пасеки которых посещал, и из многолетней собственной практики. На своей пасеке (находилась она в Казанской губернии и доходила до 51 улья) испытал он самые разные способы зимовки в ульях самых разных русских и зарубежных конструкций, бытовавших тогда. В результате глубокого изучения зимнего содержания пчел и настойчивых экспериментов А. М. Бутлеров пришел к очень ценным выводам, вошедшим впоследствии в его классические главные правила толкового пчеловодства.

В 1871 году выходит его книга «Пчела, ее жизнь и главные правила толкового пчеловодства» – выдающееся произведение по пчеловодству. Она получила огромную известность. При жизни автора книга выдержала пять изданий общим тиражом 50 тыс. экземпляров, что тогда считалось исключительным событием. И каждое новое издание ученый совершенствовал, обогащал теоретическими и практическими сведениями, значительно дополнял отдельные положения, шлифовал язык и стиль.

Четырнадцать лет бессменно возглавлял он отдел пчеловодства в «Трудах» Вольного экономического общества. Накоплен за эти годы богатый журналистский опыт, найден оправдавший себя принцип отбора статей. Все публикуемые материалы отличались актуальностью темы, ясностью мысли, простотой изложения, практической полезностью. Много, очень много за это время выяснено истин, прежде неведомых, теперь добытых, как крупицы золота из недр земли, освещены такие вопросы пчеловодства, какие прямо указывали на его будущие успехи и процветание. Отдел пчеловодства «Трудов» способствовал единению русских пчеловодов. Вокруг редактора группировались люди, прогрессивно мыслящие, искренне преданные избранному делу. С каждым годом расширялся круг читателей, все больше становилось авторов, во много раз возрос поток корреспонденции. Наступил небывалый обмен мнениями между пчеловодами. А.М. Бутлеров вынашивал мысль о самостоятельном пчеловодном журнале. Он разработал его проект, составил программу, обосновал необходимость издания.

В январе 1886 года в Петербурге под редакцией академика А. М. Бутлерова вышел первый номер журнала «Русский пчеловодный листок». Начало пчеловодной журналистике в России было положено. Это было выдающимся событием в истории отечественного пчеловодства.


28. Б. Амеео Авогадро.

Граф Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро родился 9 августа 1776 года в Турине (Италия) в семье служащего судебного ведомства Филиппо Авогадро. Амедео был третьим из восьми детей. В юношеские годы посещал школу геометрии и экспериментальной физики. По традиции того времени профессии и должности передавались по наследству, поэтому Амедео занялся юриспруденцией. В 20 лет получил степень доктора церковного законоведения. В 25 лет начал самостоятельно изучать физико-математические науки.

В 1803 и 1804 годах он, совместно со своим братом Феличе, представил в Туринскую академию наук две работы, посвященные теории электрических и электромагнитных явлений, за что и был избран в 1804 году членом-корреспондентом этой академии. В первой работе под названием «Аналитическая заметка об электричестве» он объяснил поведение проводников и диэлектриков в электрическом поле, в частности явление поляризации диэлектриков. Высказанные им идеи получили затем более полное развитие в работах других ученых. В 1806 году Авогадро получает место репетитора в Туринском лицее. В 1809 переводится преподавателем физики и математики в лицей города Варчелли.

В сентябре 1819 года Авогадро избирается членом Туринской академии наук. В 1820 году королевским указом Авогадро назначается первым профессором новой кафедры высшей физики в Туринский университет. В 1822 году Туринский университет был закрыт властями после студенческих волнений. В 1823 году Авогадро получает почетный титул заслуженного профессора высшей физики и назначается старшим инспектором в палату контроля государственных расходов. Несмотря на новые обязанности, Авогадро продолжал заниматься научными исследованиями.

В 1832 году Туринский университет вновь получил кафедру высшей физики, но ее предложили не Авогадро, а известному французскому математику Огюстену Луи Коши, покинувшему родину в 1830 году. Только спустя два года, после отъезда Коши, Авогадро смог занять эту кафедру, где и проработал до 1850 года. В этом году он ушел из университета, передав кафедру своему ученику Феличе Кью. После ухода из университета Авогадро некоторое время занимал должность старшего инспектора Контрольной палаты, а также состоял членом Высшей статистической комиссии, Высшего совета народного образования и председателем Комиссии мер и весов. Несмотря на почтенный возраст, он продолжал публиковать свои исследования в трудах Туринской академии наук. Последняя его работа вышла из печати за три года до смерти, когда Авогадро исполнилось 77 лет. Он умер в Турине 9 июля 1866 года и похоронен в семейном склепе в Верчелли.

Свою научную деятельность Авогадро начал с изучения электрических явлений. Работы Авогадро, посвященные этой теме, появлялись вплоть до 1846 года. Большое внимание уделял он также исследованиям в области электрохимии, пытаясь найти связь между электрическими и химическими явлениями, что привело его к созданию своеобразной электрохимической теории. В этом отношении его исследования соприкасались с работами знаменитых химиков Г. Дэви и Й.Я. Берцелиуса. Но в историю физики Авогадро вошел как открыватель одного из важнейших законов молекулярной физики.

В 1811 году появилась статья А. Авогадро «Очерк метода определения относительных масс элементарных молекул тел и пропорций, согласно которым они входят в соединения». Излагая основные представления молекулярной теории, Авогадро показал, что она не только не противоречит данным, полученным Ж.Л. Гей-Люссаком, но напротив, прекрасно согласуется с ними и открывает возможность точного определения атомных масс, состава молекул и характера происходящих химических реакций.

Во времена А. Авогадро его гипотезу невозможно было доказать теоретически. Но эта гипотеза давала простую возможность экспериментально устанавливать состав молекул газообразных соединений и определять их относительную массу. Эксперимент показывает, что объемы водорода, кислорода и образующихся из этих газов паров воды относятся как 2:1:2. Выводы из этого факта можно сделать разные.

Первый: молекулы водорода и кислорода состоят из двух атомов (Н2 и О2), а молекула воды – из трех, и тогда верно уравнение:2Н2 + О2 → 2Н2О.

Но возможен и такой вывод: молекулы водорода одноатомны, а молекулы кислорода и воды двухатомны, и тогда верно уравнение 2Н + О2 = 2НО с тем же соотношением объемов 2:1:2.

В первом случае из соотношения масс водорода и кислорода в воде (1:8) следовало, что относительная атомная масса кислорода равна 16, а во втором — что она равна 8.

Кстати, даже через 50 лет после работ Ж.Л. Гей-Люссака некоторые ученые продолжали настаивать на том, что формула воды именно НО, а не Н2О. Другие же считали, что правильна формула Н2О2. Соответственно в ряде таблиц атомную массу кислорода принимали равной 8.

Однако был простой способ выбрать из двух предположений одно верное. Для этого надо было лишь проанализировать результаты и других аналогичных экспериментов. Так, из них следовало, что равные объемы водорода и хлора дают удвоенный объем хлороводорода. Этот факт сразу отвергал возможность одноатомности водорода: реакции типа H + Cl → HCl, H + Cl2 → HCl2 и им подобные не дают удвоенного объема HCl.

Следовательно, молекулы водорода (а также хлора) состоят из двух атомов. Но если молекулы водорода двухатомны, то двухатомны и молекулы кислорода, а в молекулах воды три атома, и ее формула — Н2О.

Удивительно, что такие простые доводы в течение десятилетий не могли убедить некоторых химиков в справедливости теории Авогадро, которая в течение нескольких десятилетий оставалась практически незамеченной. Отчасти это объясняется отсутствием в те времена простой и ясной записи формул и уравнений химических реакций. Но главное — противником теории А. Авогадро был знаменитый шведский химик Йенс Якоб Берцелиус, имевший непререкаемый авторитет среди химиков всего мира. Согласно его теории, все атомы имеют электрические заряды, а молекулы образованы атомами с противоположными зарядами, которые притягиваются друг к другу. Считалось, что атомы кислорода имеют сильный отрицательный заряд, а атомы водорода — положительный. С точки зрения этой теории невозможно было представить молекулу кислорода, состоящую из двух одинаково заряженных атомов! Но если молекулы кислорода одноатомны, то в реакции кислорода с азотом: N + O = NO соотношение объемов должно быть 1:1:1. А это противоречило эксперименту: 1 л азота и 1 л кислорода давали 2 л NO. На этом основании Й.Я. Берцелиус и большинство других химиков отвергли гипотезу А. Авогадро как не соответствующую экспериментальным данным!

В 1821 году в статье «Новые соображения о теории определенных пропорций в соединениях и об определении масс молекул тел» А.Авогадро подвел итог своей почти десятилетней работы в области молекулярной теории и распространил свой метод определения состава молекул на целый ряд органических веществ. В этой же статье он показал, что другие химики, прежде всего Дж. Дальтон, Г. Дэви и Й.Я. Берцелиус, не знакомые с его работами, продолжают придерживаться неверных взглядов на природу многих химических соединений и характер происходящих между ними реакций.

Эта работа интересна еще в одном отношении: в ней впервые встречается имя Андре Ампера, по выражению А. Авогадро, «одного из самых искусных физиков наших дней», в связи с его исследованиями в области молекулярной теории. Эту сторону деятельности А.Ампера обычно не упоминают, поскольку его заслуги в области электродинамики затмевают все остальные работы. Тем не менее, Ампер работал и в области молекулярной физики и независимо от А. Авогадро (но несколько позже) пришел к некоторым из идей, высказанных А. Авогадро. В 1814 году А. Ампер опубликовал письмо к химику К. Бертолле, в котором сформулировал положение, по существу совпадающее с законом Авогадро. Здесь же он указывал, что соответствующая работа А.Авогадро стала ему известна уже после написания письма к К. Бертолле.

Амедео Авогадро пришел к следующему важному заключению: «число молекул всегда одно и то же в одинаковых объемах любых газов». Далее он писал, что теперь «имеется средство очень легкого определения относительных масс молекул тел, которые можно получить в газообразном состоянии, и относительного числа молекул в соединениях».

В 1814 году появляется вторая статья А. Авогадро «Очерк об относительных массах молекул простых тел, или предполагаемых плотностях их газа, и о конституции некоторых из их соединений». Здесь четко формулируется закон А. Авогадро: «…равные объемы газообразных веществ при одинаковых давлениях и температурах отвечают равному числу молекул, так что плотности различных газов представляют собою меру масс молекул соответствующих газов». Далее в статье рассматриваются приложения этого закона для определения состава молекул многочисленных неорганических веществ.

Так как молярная масса пропорциональна массе отдельной молекулы, то закон Авогадро можно сформулировать как утверждение, что моль любого вещества в газообразном состоянии при одинаковых температурах и давлениях занимает один и тот же объем. Как показали эксперименты, при нормальных условиях (р = 1 атм, t = С) он равен 22,414 л. Число молекул в грамм-молекуле любого вещества одинаково и равно 6,02×1023 частиц/моль. Оно получило название числа Авогадро.

Наиболее точное измерение числа Авогадро было проведено в 2010 году. Для этого использовались две сферы, сделанные из кремния-28. Сферы были получены в Институте кристаллографии имени Лейбница и отполированы в австралийском Центре высокоточной оптики настолько гладко, что высота выступов на их поверхности не превышали 98 нм. Для их производства был использован высокочистый кремний-28, выделенный в нижегородском Институте химии высокочистых веществ РАН из высокообогащённого по кремнию-28 тетрафторида кремния, полученного в Центральном конструкторском бюро машиностроения в Санкт-Петербурге.

Располагая такими практически идеальными объектами, можно с высокой точностью подсчитать число атомов кремния в шаре и тем самым определить число Авогадро. Согласно полученным результатам оно равно NA = 6,02214084(18)×1023 моль−1.

Однако в январе 2011 года были опубликованы результаты новых измерений, считающиеся более точными NA = 6,022 140 78(18)×1023 моль−1.




29. Д. Карл Шееле.

Карл Вильгельм Шееле (швед. Carl Wilhelm Scheele; 9 декабря 1742(17421209), Штральзунд – 21 мая 1786, Чёпинг) – шведский химик, c 1775 года – член Королевской шведской академии наук. Будучи фармацевтом по образованию и работая в аптеках различных городов Швеции, с 1757 года проводил химические исследования.

После переезда сначала в Упсалу, где Шееле тоже ждала большая аптека, а потом - в маленький и тихий городок Чёпинг, научные исследования пытливого аптекаря продолжались и дали поразительные результаты. Шведский химик оказался автором стольких открытий неорганические и органические веществ, что их хватило бы на добрый десяток ученых.

Самые первые (1769 год) его научные достижения были связаны с выделением и характеристикой винной кислоты C2H2(OH)2(COOH)2, которую он получил из ее соли – винного камня (гидротартрата калия)..

В 1769 году Шееле разработал способ производства фосфора из золы, образующейся при обжиге костей.

В труде «Химический трактат о воздухе и огне» Шееле описал получение и свойства «огненного воздуха» и указал, что атмосферный воздух состоит из двух «видов воздуха»: «огненного» – кислорода и «флогистированного» – азота. И хотя работы Шееле по открытию тот кислорода были сделаны в 1769-1771 годах, труд Шееле был опубликован только в 1777 году. О приоритете открытия кислорода см. ответ на вопрос № 27 для 7-8 классов.

В 1774 году он показал, что пиролюзит, считавшийся ранее разновидностью магнитного железняка, представляет собой соединение неизвестного металла.Так был открыт марганец. Тогда же при взаимодействии соляной кислоты и пиролюзита при нагревании был впервые получен хлор и описаны его свойства. Позже им были получены оксиды молибдена (1778 год) и вольфрама (1781 год) из природных минералов молибденита и тунгстена (шеелита). В 1779 году действием свинцового глёта на растительные и животные жиры Шееле впервые получил глицерин C3H5(OH)3.

Он открыл плавиковую (фтороводородную) кислоту HF, тетрафторид кремния SiF4, кремнефтористоводородную кислоту H2[SiF6] (1771 год), оксид бария (1774 год), мышьяковистый водород AsH3, мышьяковую кислоту H3AsO4 (1775 год), щавелевую кислоту H2C2O4, мочевую кислоту C5(NH)4O3 (1776 год), молочную кислоту C2H4(OH)COOH (1780 год), синильную кислоту HCN (1782 год), лимонную кислоту C3H4(OH)(COOH)3 (1784 год), яблочную кислоту С2H3(OH)(СOOH)2 (1785 год) и другие.

В 1777 году, одновременно с Феличе Фонтана, он обнаружил способность свежепрокалённого древесного угля поглощать газы. В этом же году получил и исследовал сероводород и другие сернистые соединения.

Курьезная страсть Шееле пробовать на вкус все, с чем он имел дело (по другим сведениям, в те годы при описании вещества необходимо было в обязательном порядке указывать его вкус), стоила ему жизни. В 1786 году его нашли мертвым на своем рабочем месте в окружении массы ядовитых реактивов; некоторые источники приписывают его смерть синильной кислоте и её солям – цианидам.

Во время посещения Парижа шведским королём Густавом III к нему явилась делегация французских учёных и высказала почтение в связи с работой в Швеции выдающегося химика Карла Вильгельма Шееле, открывшего многие органические и неорганические вещества. Так как король никогда не слышал о Шееле, он отделался общими фразами, а затем немедленно издал приказ возвести химика в рыцарское достоинство. Однако премьер-министр тоже не знал учёного, и в результате титул графа достался другому Шееле – лейтенанту артиллерии, а химик так и остался неизвестным для короля и придворных.


30. Б. Драгоценные камни.

Геммология (от лат. «gemma» – самоцвет, драгоценный камень, и «логос» – наука) – наука о драгоценных камнях (самоцветах). Геммология, тесно связанная с минералогией, петрографией и кристаллографией, кроме методов указанных наук она использует методы физики, химии, петрологии, геологии и зоологии. Тесная связь с минералогией определяется тем, что подавляющее большинство драгоценных и поделочных камней представляют собой минералы. Из трёх тысяч известных минералов треть непосредственно используется в ювелирном деле, а остальные могут служить ювелирно-поделочным, облицовочным либо экспозиционно-музейным материалом. Однако не все драгоценные и поделочные камни – минералы. По определению, минера – это природное химическое соединение кристаллической структуры, образовавшееся в ходе различных геологических процессов. Минералами не являются некоторые аморфные образования – янтарь или вулканические стёкла, но они объекты изучения геммологии. Не относятся к минералам и благородные органогенные продукты: жемчуг, коралл, гагат и т.п. Наконец, минералами не являются самоцветы, полученные синтетическим путём в лабораториях и на заводах (в последнее время их появилось множество), – это фианиты, гадолиниевые гранаты, синтетические алмазы, корунды, кварцы и множество других синтетических аналогов природных ювелирных камней.

Геммология зародилась тогда, когда древний человек впервые попытался использовать камень не только для практических целей, но и для украшения. Первые упоминания о цветных камнях содержатся уже в египетских папирусах и клинописных текстах государств Двуречья. Начало интереса человека к драгоценным камням теряется во мгле времён, но драгоценные камни играли значительную роль в культуре уже в IV тысячелетии до нашей эры, около 6000 лет назад. Многие ученые древности в своих трактатах всерьёз обсуждали проблемы минералогии драгоценных камней. Ношение драгоценных камней в прошлом имело часто двойственную цель – личного украшения и, по крайней мере, в сознании того, кто их носил, личного охранения, как следствие широко распространенной веры в сверхъестественное могущество драгоценных камней. Такая сила приписывалась драгоценным камням на заре человечества, и человек так полностью и не потерял своей веры в предохраняющую силу талисмана, в том числе и от болезней, даже в столь искушенной стране, как Соединенные Штаты. Многие американцы до сих пор смотрят на опалы со страхом и благоговением. С древнейших времен драгоценные камни ассоциируются с властью. В этой связи находятся применение некоторых видов еще в Китайской империи и особенно широко распространенная древняя практика использования резных камней (интальи и печати) для опечатывания документов и писем. Истоки искусства резьбы на цветных камнях теряются в глубине веков. Достаточно высоко глиптика была развита на Востоке и в Эгейском регионе уже в IV-III тысячелетиях до н.э. Вероятно, это – одно из древнейших ремесел, известных человеку. Сначала на поверхности камней вырезали определенные знаки и фигуры, по-видимому, символы, усиливающие магические свойства камня-талисмана. Видимо, они и были первыми геммами. Гемма в переводе с латыни означает “драгоценный камень”. В древнем Риме геммами одно время называли только прозрачные резные камни. Геммы это также и непросвечивающие с выпуклыми (камея) или углубленным (инталья) художественным изображением. Позднее геммы стали использоваться как личные печати владельцев. Вырезали геммы на самых различных камнях: горном хрустале, аметисте, аквамарине, изумруде, гиацинте, гранате, лазурите, стеатите, гематите. Однако наиболее широко использовались разные разновидности халцедона (оникс, сардоникс, агат, сердолик) и яшмы (зелёная и красная).

История культуры камня, как и культуры, вообще, не раз испытывала взлеты и падения, подъем и упадок, при этом какая-то её часть безвозвратно утрачивалась, что - то возрождалось, появлялось новое.

В России первое геммологическое исследование было произведено М. В. Ломоносовым, который правильно объяснил природу янтаря. В начале XIX в. В. Севергин начал систематические геммологические исследования, Н. Щеглов их предложил, а в конце столетия М. И. Пыляев поместил в своей книге первый русский геммологический словарь.

Геммология призвана на ранних этапах своего развития обеспечивать ювелирный промысел, выделилась в самостоятельную научную дисциплину вначале века ХХ из другой геологической науки – минералогии. Условно началом развития геммологии можно считать 1902 год, когда французский химик М.А. Вернейль впервые получил и начал поставлять на мировой рынок синтетические рубины, а чуть позже синтетические сапфиры и синтетическую шпинель. Появление большого количества синтетических камней не снизило, а, наоборот, повысило значение и стоимость натуральных, природных ювелирных камней. По литературным данным, за последние двадцать лет стоимость ювелирных алмазов увеличилась почти в 4 раза, а цены на природные изумруды и рубины зачастую превосходят цены на алмазы. В последние годы геммология как самостоятельная наука развивается особенно интенсивно, поскольку на помощь геммологам пришли новые, современные методы физические и физико-химические методы исследования: рентгенография, адсорбционная оптическая спектроскопия, электронная микроскопия. Существуют несколько крупных геммологических центров, старейший из которых – Геммологическая ассоциация Великобритании была создана ещё в 1908 году. В 1978 г. при Всесоюзном минералогическом обществе АН СССР была создана Комиссия по камнесамоцветному сырью; геммологические исследования ведутся сейчас рядом научных центров.

В процессе развития геммологии было предложено множество классификаций ювелирных, поделочных и облицовочных камней, как в России, так и в других странах. Рассмотрим одну из них – классификацию цветных камней (автор Е.Я. Киевленко), на которую ссылаются большинство российских геммологов и основой которой является критерий стоимости самоцвета.

Согласно этой классификации, цветные камни делятся на 3 группы:
  • Ювелирные (драгоценные) камни;
  • Ювелирно – поделочные камни;
  • Поделочные камни.

В свою очередь, эти группы делятся на порядки:

Первая группа:

1-ый порядок: алмаз, изумруд, рубин, сапфир синий.

2-ой порядок: александрит, оранжевый, зелёный и фиолетовый сапфир, благородный черный опал, благородный жадеит.

3-ий порядок: демантоид, шпинель, благородный белый и огненный опал, аквамарин, топаз, родолит, турмалин.

4-ый порядок: хризолит, циркон, жёлтый, зелёный и розовый берилл, кунцит, бирюза, аметист, пироп, альмандин, лунный и солнечный камень, хризопраз, цитрин.

Вторая группа:

1-ый порядок: лазурит, жадеит, нефрит, малахит, чароит, янтарь, горный хрусталь (дымчатый и бесцветный).

2-ой порядок: агат, амазонит, гематит – кровавик, родонит, непрозрачные иризирующие полевые шпаты (беломорит и т.п.), “иризирующий” обсидиан, эпидот – гранатовые и везувиановые родингиты (жады).

Третья группа: яшма, мраморный оникс, обсидиан, гагат, окаменелое дерево, лиственит, рисунчатый кремень, графический пегматит, флюорит, авантюриновый кварцит, селенит, агальматолит, цветной мрамор и т.п.

В группу ювелирно-поделочных камней объединены твердые и самые красивые непрозрачные камни, лучшие из которых используются наряду с драгоценными камнями в ювелирных изделиях, а рядовое сырьё – в массовом ювелирно – галантерейном и сувенирно-камнерезном производстве. Кроме того, к этой группе относятся довольно распространённые прозрачные камни – янтарь и горный хрусталь (дымчатый и бесцветный), стоящие значительно ниже, чем камни четвёртого порядка первой группы. Следует помнить, что данная классификация (впрочем, как и любая другая) не может считаться универсальной. Стоимость цветного камня определяется множеством изменяющихся факторов, например модой. В связи с этим возможно перемещение отдельных самоцветов как вниз, так и вверх по порядкам.