Прибор работает следующим образом: с помощью уравнительной склянки из газовой бюретки вытесняют газ, доводя запирающую жидкость до нулевой отметки, затем отбирают порцию газовой смеси для анализа и изолируют систему от атмосферы. В первой поглотительной трубке поташом (в настоящее время в конструкции наших аппаратов — щелочью) поглощается углекислый газ, раствором пирогаллола поглощают кислород, а медноаммиачным раствором — угарный газ. После поглощения каждого газа проводятся измерения уменьшения объема, которое и равно содержанию каждого из газов в смеси. Газ, который не поглотился ни одной из поглотительных трубок — азот, то есть аппарат Орса позволял достаточно быстро по тем временам (на весь анализ уходит чуть более часа) определять состав смеси, содержащей кислород, азот, углекислый и угарный газы. Возможности своего метода Орса продемонстрировал (возможно — в первую очередь самому себе), построив несколько прототипов анализатора газов и три месяца катаясь с ними по железной дороге от Парижа до Тернье и обратно, в поездках анализируя состав отдувочных газов из паровозной топки.
После такой проверки Орса в 1874 году запатентовал конструкцию аппарата и описал ее в журналах Chemical News и Dinglers Polytechnisches Journal. Вскоре после публикации последователи Орса модифицировали его устройство, приспособив его для анализа практически каждого газа. В каталоге химического оборудования, опубликованном Артуром Томасом в 1912 году, приводятся аппараты Орса в модификациях Лунге, Мюнке и Фишера. Надежность и простота этого аппарата в использовании привела к тому, что и сейчас, спустя почти 150 лет после изобретения, он применяется и для анализа газов, и для обучения студентов.
1874. Манометр МакЛеода
В 1163 году Римский Папа Александр III издаёт буллу о запрете изучения «физики или законов природы». Спустя столетие Папа Бонифаций VIII запрещает анатомирование трупов и алхимические опыты. В XX веке отношения католицизма и науки стали проще, но всё же вялотекущие попытки влияния на науку сохраняются. Программным документом католической церкви в вопросе об отношении к науке на настоящий момент является изданная папой Пием XII в 1950 году энциклика «Humani generis». В этом документе официальная католическая церковь признает право науки заниматься своим делом, но ставит это право в зависимость от того, согласны ли ученые в каждом отдельном случае подчиниться окончательному решению церкви по рассматриваемому вопросу.
Если такой подход к научным знаниям сохраняется у клириков и сейчас, понятно, что в конце XIX века, несмотря на колоссальное повышение качества жизни людей того времени, вызванного результатами научных изысканий, он был актуальный и агрессивный. Судьба Чарльза Дарвина, опубликовавшего в 1859 году свой труд «Происхождение видов путём естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» ничуть не менее драматичное, чем судьба Галилея. Да, в XIX веке аутодафе уже считалось анахронизмом, и людей сжигать было не принято, но прогресс предоставил людям, отрицающим этот прогресс, новые способы воздействия на неугодных — средства массовой информации.
Научное и общественное обсуждение теории Дарвина быстро вышло из аудиторий и клубов по интересам «на улицу» — проводились марши «несогласных с происхождением от обезьян», все газеты Европы печатали карикатуры на Дарвина и учёных, оказавшихся на его стороне в дискуссии о происхождении видов. Хотя в основном недовольство церковных кругов в то время было направлено на биологов, физикам и химикам тоже доставалось, но при этом не нужно забывать, что и среди учёных противников Дарвина и его теории тоже было достаточно. Одним из наиболее известных химиков, активно не соглашавшихся с Дарвином, был Герберт МакЛеод.
МакЛеод родился в северном районе Лондона в семье пивовара, правда, школа, которую он окончил, вероятно, из-за дороговизны обучения, была не в Лондоне, а в маленьком городке Дил, расположенном в графстве Кент. Базовое химическое образование МакЛеод получил в Королевском Паноптиконе Наук и Искусства, институте, открывшемся в Лондоне после промышленной выставки 1851 года. В 1856 году, когда Паноптикон закрылся, МакЛеод отправился учиться в более престижный Королевский химический колледж, где его учителем стал Август Гофман. Через некоторое время МакЛеод стал лекционным ассистентом Гофмана, помогая ему организовывать те самые демонстрационные эксперименты, о которых уже рассказывалось. Когда Гофман вернулся из Лондона в Германию, МакЛеод последовал за ним, однако, когда Гофман в 1864 году очередной раз сменил место работы в Бонне на кафедру в Берлине, МакЛеод вернулся в Лондон, где стал работать с преемником Гофмана на посту главы Королевского химического колледжа Эдуардом Франклендом — автором термина «металлоорганическая химия».
Что делал МакЛеод под началом Франкленда непонятно — в публикациях и патентах, опубликованных в этот период, его имя не значится, хотя есть отрывочные воспоминания современников о том, что он работал над синтезом красителей. Видимо, в органическом синтезе МакЛеоду реализоваться не удалось, а может он просто решил, что это не его. И вскоре учёный начал интересоваться свежими разработками в хранении и изучении газов. К тому времени благодаря изобретению целого ряда насосов, способных создавать высокое разряжение, изучение газов, находящихся при пониженном давлении, стало, фактически, мейнстримом. Тем не менее, в этих исследованиях оставалась одна проблема — вакуумные насосы были, а вот устройств, которые позволяли бы измерить разряжение, создаваемое этими насосами, не было — точность существовавших в то время манометров не была достаточной для измерений степени разрежения.
В 1874 году МакЛеод предложил своё решение проблемы задачи измерения сверхнизкого давления. С помощью столбика ртути он изолировал от вакуумной системы фиксированный объём газа, эта аликвота газа подавалась в откалиброванный капилляр, в котором отобранный объём газа измерялся при атмосферном давлении. Затем по объёму, который газ занимал в вакуумированной системе, объёму, который он занимал при давлении окружающей среды, и значению давления окружающей среды вычислялось давление, создаваемое насосом. Предложенная МакЛеодом схема позволяла измерять давление вплоть до 10–6 мм рт. ст. и вскоре стала стандартным оснащением вакуумных линий. Тем не менее, у этого способа измерения были и свои недостатки. Резервуар с ртутью нужно было возвращать в холостое положение после каждого измерения, да и ртуть должна была отличаться исключительной чистотой. Кроме этого, метод МакЛеода нельзя было использовать для измерения давления газов, поведение которых значительно отклонялось от закона Бойля-Мариотта — в первую очередь легко сжижаемых газов. Тем не менее, несмотря на все недостатки, даже в наш век электронных измерительных приборов старый и добрый манометр МакЛеода не покидает лаборатории — часто он применяется как эталонный прибор при градуировке электронных и иных манометров и вакуумметров.
Тем не менее, изобрести измерительный прибор, который будет использоваться в течение полутора столетия после изобретения, ещё не означает «быть на светлой стороне Силы». В науке (как, впрочем, и в жизни), в отличие от известной Вселенной Джорджа Лукаса, вообще очень сложно определить — к джедаям ли относится учёный или же он стоит на тёмной стороне рядом с ситхами. В реальности в любом человеке и учёном тёмная и светлая стороны Силы присутствуют одновременно. Было такое и у МакЛеода. Будучи истово верующим прихожанином англиканской церкви, он совместно с группой коллег написал и подписал декларацию, выражающую несогласие и возмущение по поводу того, как «…так называемые учёные искажают научную истину, вызывая сомнение в величии Божественного замысла и верности Святого писания…». В 1864 году в Британии эту декларацию поддержало немало химиков, что, наверняка, воспринималось Чарлзом Дарвином и его последователями как кинжал в спину от учёных-коллег. Однако сейчас, когда мы уже не помним, какие баталии разгорались, в том числе и среди учёных-естественников, по поводу дарвиновского «Происхождения видов…», МакЛеод вспоминается не как автор ретроградной декларации, а как изобретатель вакуумметра.
В наши дни спор между религией и наукой продолжается, совершенно не теряя своей актуальности. Иронично то, что некоторые особо ретивые публицисты, абсолютно не вникая в суть научного метода, утверждают, что науку тоже можно считать разновидностью религии, тем самым поддерживая «славные» традиции иезуитско-схоластической риторики. Интересно, на чьей стороне в наши дни был бы МакЛеод и его коллеги, поставившие подписи в осуждающей Дарвина декларации?
1878. Аппарат Виктора Мейера
Разработка концепции атомных масс в химии начинается с работ Джона Дальтона. В конце XVIII века большинство химиков, если не считать Клода Бертолле и его последователей, приняло идею того, что «элементы» (это понятие предложил Антуан Лоран Лавуазье) входят в состав химических соединений в строго определенных соотношениях.
Сами соотношения исследователи выводили, опираясь на результаты двух классических для химии измерений — взвешивания и определения объёма. Джон Дальтон первым высказал предположение о том, что фундаментальными единицами химии являются атомы, которые отличаются друг от друга и весом, и химическими свойствами. Дальтон предложил первую таблицу атомных весов, в которой вес водорода был определён как единица. Однако, все остальные значения атомных весов в этой первой таблице в большинстве своем были ошибочны, что в скором времени и раскритиковал специалист по химическому анализу и автор известного газового закона Жозеф Гей-Люссак. Тем не менее, следует отметить, что определение соотношения вес/объём не было простым занятием. Для определения этого соотношения Гей-Люссак помещал взвешенный образец