Лига Химиков

Пост посвящен Вальтеру Герману Нернсту - немецкому физику, химику, изобретателю и лауреату Нобелевской премии по химии 1920 года, чья жизнь полна интересных и даже противоречивых моментов

Вальтер Нернст родился в городе Грауденц, что ныне расположен в Польше, 25 июня 1864 года в семье местного судьи. По окончанию школы обучался в Цюрихском университете, в 1885 году переехал в Берлин, и уже к 23-м годам получает докторскую степень за диссертацию «Об электродвижущих силах, которые порождаются магнетизмом, в пронизанных потоком тепла металлических дисках». Основным его местом работы была кафедра физической химии в Берлинском университете имени Гумбольдта, где Нернст проработал с 1905 по 1914 и с 1924 по 1932 годы.

После защиты диссертации, с 1889 года Нернст, основываясь на работах Сванте Аррениуса и Вант-Гоффа начал описывать процессы в гальванических элементах. Так же как давление пара над раствором, в гальванических элементах существует электрическое давление раствора, которое пропорционально концентрации электролита. Нернст описал этот процесс с помощью дифференциального уравнения. Решение данного уравнения известно как уравнение Нернста. Это уравнение справедливо не только для гальванических элементов, но и для любых окислительно-восстановительных реакций, а также связывает электрохимию и термодинамику.

В 1905 году Нернст формулирует одну из самых значимых его работ, за которую спустя 15 лет он получит Нобелевскую премию — третий закон термодинамики. Следствием этого закона является недоступность абсолютного нуля температуры. Сама теорема звучит так:

"Всякий термодинамический процесс, протекающий при фиксированной температуре  в сколь угодно близкой к нулю, не должен сопровождаться изменением энтропии , то есть изотерма T=0 совпадает с предельной адиабатой S0."

Позже, более простую формулировку предложил Макс Планк:

"Энтропия при абсолютном нуле равна нулю."

В 33 года (1897 год) Нернст запатентовал электрическую лампу, названную "лампа Нернста". Элементом накаливания был керамический стержень на основе оксидов циркония и иттрия. Внутри лампочки не требовалось отсутствие кислорода, поскольку керамика не окислялась. Однако, изготовление стержня из оксидов редких элемнентов было сложным процессом и лампы Нернста позже вытеснили вольфрамовые лампочки накаливания Эдисона.

В 1889 году, проживая в городе Гёттинген, он покупает личный автомобиль Opel Motorwagen и становится первым автомобилистом в городе. На своем автомобиле Нернст протестировал другое изобретение, позже в течении 20 века доработанное другими учеными— впрыск закиси азота для увеличения производительности двигателя внутреннего сгорания.

В 1914 году Нернстом овладевает настоящий военный энтузиазм и он сразу же вступает в Императорский добровольческий автомобильный корпус в качестве водителя, поскольку даже в Берлине автомобилистов были единицы. Таким образом, Нернст, как водитель автомобиля принимал участие в продвижении немецких войск на Париж вплоть до сентября 1914 года, когда немецкое командование опасаясь «нехватки взрывчатых веществ » при более длительной войне, начало рассматривать возможность их компенсирования за счет использования химического оружия.

Нернст одобрил предложение вооруженных сил и 19 октября 1914 года подписал секретное соглашение о сотрудничестве, в которое также входил химик Фриц Габер — первый, кто предложил способ получения аммиака из азота воздуха.

Первым военным изобретением Нернста, за которое он получил Железный крест были «Ni-пули» - снаряды, которые при детонации испускали порошкообразную смесь гидрохлорида дианизидина и хлор-сульфонат дианизидина , которая раздражала глаза и дыхательную систему, но не приводила к летальному исходу у пострадавших. Параллельно этому, Нернст  рассматривал возможность применения синильной кислоты в качестве смертельно отравляющего вещества в снарядах и проводил военные испытания, но они показали себя неудачными.

Однако Фриц Габер был несогласен с Нернстом — он предлагал не стрелять, а распылять отравляющее вещество. Впоследствии немецкое командование отдало предпочтение идеям Габера и 22 апреля 1915 года во второй битве на Ипре в качестве отравляющего вещества был применен хлор, являвшийся причиной десятков тысяч жертв французских и английских солдат. С этого дня началось военное противостояние химиков. Главным соперником Нернста и Габера оказался французский химик, лауреат нобелевской премии 1912 года Виктор Гриньяр, чьи гранаты с фосгеном оказались намного результативнее разработок немецких химиков.

Впоследствии Нернст оставался противником смертельно действующих веществ, однако (без былого энтузиазма, но все же) разработал отравляющие снаряды "Зелёный крест" на основе дифосгена (которые применялись германскими войсками в битве при Вердене), Т-гекса-гранаты (порошкообразная смесь трифосгена и пиридина, которая медленно оседая в окоп  превращается в фосген) и смесь раздражителей под названием Maskenbrecher - она проникала в фильтры противогазов, вызывала тошноту и, тем самым, вынуждала противника снять противогаз и получить отравление другими газами.

Помимо работы с отравляющими боевыми веществами Нернст во время войны добавил в копилку своих изобретений еще одно оружие - он считается изобретателем современной конструкции огнемёта, которая применялась в последующих войнах XX века.

После капитуляции Германской Империи были составлены и распространены списки военных преступников. Нернст вместе с Габером находились в этих списках, как правило, в самом верху. Однако наиболее громко призывала к объяснениям, экстрадиции и осуждению только пресса государств-победителей, правительства же в меньшей мере были инициаторами в данной ситуации, так как они знали, что нарушения международного военного права происходили в такой же степени и с их стороны.

Многим подозреваемым помогло то, что у них были знакомые коллеги, например член британской комиссии работал до войны у Габера в Карлсруэ. С постепенной ратификацией Версальского договора он и Нернст подали протест в адрес Прусской академии наук в связи с тем, что они якобы должны привлекаться к ответственности перед военным судом будто обычные преступники. В середине февраля 1920 года государства-победители договорились с Германией, что военные преступники будут преследоваться Верховным судом за причастие к военным преступлениям, но будет возможность отложить вопрос об их выдаче, если будет вынесено соответствующее судебное решение с немецкой стороны. Впоследствии оба химика были допрошены о деятельности по разработке и производству химического оружия, но после этого их больше не беспокоили по этому вопросу. К маю 1920 года список Межсоюзнической комиссии военного контроля сократился до 45 имен; разыскиваемыми и в нём не значились ни Нернст, ни Габер.

Несмотря на угрозу военного трибунала Нернст в 1920 был удостоен Нобелевской премии по химии «В признание его работ по термодинамике». Естественно это и полученная ранее нобелевская премия по химии Габером "За вклад в осуществлении синтеза аммиака" не осталась без осуждения со стороны той же прессы союзников, однако правительства стран победителей больше не выражали никакого недовольства.

В 1920 году Нернст вернулся на кафедру физической химии Берлинского университета и был удостоен членства Академии наук в Берлине, Будапеште, Геттингене, Модене, Мюнхене, Осло, Стокгольме, Турине, Венеции и Вене и даже являлся членом — корреспондентом Российской академии наук при советском правительстве в 1923 году. Всю дальнейшую жизнь Нернст оставался демократом и поддерживал новую Веймарскую Республику.

Ситуация для него осложнилась в 1933 году с приходом к власти национал-социалистов. Нернст критиковал клевету на своего давнего друга Альберта Эйнштейна и на бывшего коллегу и конкурента Фрица Габера, который несмотря на колоссальный вклад в военную отрасль Германии подвергся гонениям за своё еврейское происхождение.

Затем уже сам Нернст стал причиной скандала, когда отказался на заседании Берлинской академии наук петь гимн Национал-социалистической немецкой рабочей партии. Он был исключен из всех академических институтов и отправлен на пенсию. В 1939 году Нернст перенес инсульт и его здоровье резко ухудшилось. В 1941 году Нернст сжег свои личные заметки, возможно потому, что он боялся, что после его смерти они могли попасть в руки нацистов и скомпрометировать других людей, посему многие детали о его жизни до сих пор остаются неизвестными.

Нернст умер 18 ноября 1941 года в возрасте 77 лет в своем поместье в Обер-Цибелле, Саксония.

Некролог Нернсту написан самим Эйнштейном:

"У него было великолепное и безошибочное понимание сути вещей, и каждый разговор с ним выявлял новые интересные аспекты. То, что в особенности отличало его от большинства своих соотечественников, это его удивительная свобода от предрассудков. Нернст судил обстоятельства и дела людей, как и их самих, по их воздействию и влиянию, а не в соответствии с социальными или нравственными идеалами своего времени. Те, кто был лично знаком с Нернстом, говорили, что никого похожего никогда не встречали"

Думаю, что многие из нас в детстве очень любили энциклопедии. Во времена, когда интернет был роскошью (не говоря уже о временах, когда о его существовании не знали вообще), красочные книги, в которых простым языком рассказывалось об устройстве окружающего нас мира, о достижениях медицины и техники, о далёких звёздах и галактиках, приводили в неописуемый восторг неокрепшие, но в то же время пытливые детские умы. Развитие человечества, доступность высокоскоростного интернета и кабельного телевидения, казалось, должно было свести индустрию книжной познавательной литературы на нет. Но, как мы можем видеть, этого не случилось. Издательства до сих пор массово выпускают детские энциклопедии и познавательные книги, и, судя по ценам на них, довольно успешно.

Однако, массовость и разнообразие не пошло на пользу качеству. Книги выпускаются либо откровенно слабые и с большой кучей ошибок, либо это просто переиздание (иногда даже с грубым нарушением авторских прав) старых книг. Для полного понимания масштаба трагедии хочу привести некоторый пример. Не так давно, прогуливаясь по Арбату, решил заглянуть в Московский Дом книги. Изучая ассортимент на первом этаже магазина, случайно наткнулся на серию книг издательства «Аванта» под эгидой «простая наука для детей». Вот, к примеру, обложка одной из таких книг:

Выглядит вполне интересно. Давайте посмотрим, что же нас ждёт внутри? Открываем книгу на случайной странице и тут же видим гору опечаток:

У серной кислоты забыли двойку подстрочной сделать, синильная кислота (циановодородная, для тех, кто не в курсе) почему-то без водорода, но с двумя азотами. Ладно, возможно, просто у редактора был плохой день и он просто спал во время проверки, но что мы видим на странице рядом:

Помимо очередных коэффициентов, которые забыли сделать подстрочными, наблюдаем крайне забавную реакцию, где утверждается, что при взаимодействии фосфата кальция с серной кислотой может образоваться фосфорная кислота, и даже аргументируется тем, что этот процесс протекает из-за нерастворимости образующегося сульфата кальция. А фосфат кальция, так это очень растворимое вещество! Его хлебом не корми, дай в воде раствориться! Нет, разумеется, если мы польём твёрдый фосфат кальция концентрированной серной кислотой, то протекание реакции возможно. Только вот образуется не фосфорная кислота, а дигидрофосфат кальция, который совместно с сульфатом кальция даёт твёрдую смесь. Но в растворе такая реакция протекать попросту не будет.

Отдельный вопрос вызывает введение термина «вытеснительный ряд кислот». То есть, по мнению авторов, получается, что при действии серной кислоты на нитрат натрия мы можем получить азотную кислоту и сульфат натрия? Если мы будем иметь дело с твёрдыми солями и концентрированной серной кислотой — это один разговор. Но в растворе такого не будет.

Более того, в следующем абзаце они пишут, что взаимодействие соли с кислотой — это реакция обмена, а значит подчиняется правилам реакции обмена. Как с этим утверждением вяжется вышенаписанное — загадка.

Ладно, мы же можем простить автору одну маленькую неразбериху? Тем более, что неразбериха-то маленькая, а книжища большая (нет). Листаем дальше.

Ба! Да у нас тут определение термина кислота подъехало! Вообще, на самом деле, когда я работал с детьми в группах, то очень любил задавать вопрос — а что же такое кислота? И очень часто мне говорили, что кислота — это то, что разъедает. Приходилось рассказывать детям о том, что существует теория кислот и оснований, что, по одной из теорий, кислота — это донор протонов, а основание — акцептор. Что есть другие теории. Что вода в одних рекциях может быть основанием, а в других — кислотой. И ведь дети понимали. И понимали не только большие, но и дети 5-7 классов. Ведь это действительно просто. Но автор сего шедевра, по-видимому, считает, что кислота — это то, что разъедает. Вот мне интересно, как же угольная кислота разъедает растительные ткани? Или кремниевая кислота меняет цвет лакмуса? А вот, например, серная кислота, если её заморозить или наоборот, перевести в газообразное состояние — она перестанет быть кислотой? Подобных вопросов, на самом деле, может быть масса. Думаю, стоит предоставить читателям в комментариях подробно их расписать, дополнив мой скромный список.

Хорошо, с кислотами у автора книжки не задалось. Так может, со щелочами у него получится лучше?

Конечно, можно придраться к утверждению, что щёлочи разъедают большинство материалов (по-видимому пластик, большинство металлов, стекло, лакокрасочные покрытия, гранит и мрамор относятся к меньшинству окружающих нас материалов). Но ведь по существу-то сказано верно. Щёлочи — это гидроксиды активных металлов, которые хорошо растворимы в воде. К сожалению, уже на следующем развороте нас ждёт большое разочарование:

Нашатырный спирт — щёлочь! Но… А как же…

Ясно, понятно.

Даём автору последний шанс и откроем ещё один случайный разворот.

Так, так, так… Что тут у нас? Кажется, что автор решил, что все металлы — это восстановители, а неметаллы — окислители? Как гласит, например, Википедия:

«Металлы — группа элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами, такими, как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность, ковкость и металлический блеск.»

Ни слова про отдачу и приём электронов не сказано. Конечно, в большинстве своём, металлы отдают электроны, а неметаллы принимают, но как автор объяснит, в таком случае, реакцию между соляной кислотой и перманганатом калия? Кто там металл, а кто неметалл?

Определение валентности тоже порадовало. Свойство атомов образовывать химические связи с другими элементами — это скорее очень кривое определение химической активности. И вообще, исходя из данного определения следует, что у серы валентность шесть, у хлора — семь, а у водорода — два. Ну ведь способны же? Способны! А как тогда таким определением определять валелентности серы в тиосульфате?

Самым, на мой взгляд, точным определением является следующее:

Валентность — есть число связей, образованное данным атомом в данном конкретном соединении

Легко, просто, понятно, а главное — сразу видно, как оно численно измеряется. Почему его не использует автор книги — непонятно.

На этом решил больше не травмировать себя и окружающих, закрыл книгу, положил обратно на полку и пошёл в туалет. Мыть руки. С мылом.

Что имеем в сухом остатке? Энциклопедии — это здорово! Это очень хороший подарок для тех, кто действительно интересуется наукой. Но к выбору такой книги стоит подходить серьёзно и стараться покупать качественный товар. Только вот как понять стоит того купленная книга или нет — большой вопрос. Может, выступить с инициативой и наказывать нерадивых авторов и издательства за публикацию такой ереси? Пусть тогда энциклопедий будет меньше, зато хоть такой откровенного мусора на прилавках не будет.

День добрый, уважаемые Пикабушники. А пикабушникам студентам химико-технологических ВУЗов - вдвойне добрый.
Прошу у Вас помощи. Нет, мне не надо написать курсовую или проверить диплом) Все гораздо прозаичнее.

Дело в том, что у меня заметные пробелы в образовании, в области технологий промышленной водоподготовки, и хочется заполнить их качественным контентом. Как многие видели, сейчас достаточно много в сети добротных лекций в видеоформате - начиная от переведенных MIT-овских, до лекций самарских или хабаровских профессоров. Вдруг в ваших ВУЗах тоже есть практика записи лекций и размещение их в свободном доступе. Поделитесь ссылками, пожалуйста. Насколько я могу судить - питерская Техноложка, казанский ИХТИ, другие университеты - держат марку в области подготовки специалистов, и очень хочется послушать ваших лекторов.

P.S. Честно говоря, "простым" гуглом искать тяжеловато. Все информпространство ссылок о водоподготовке забито маленькими установками уровня частных домов. Очень тяжело найти что-то грамотное о применении установок в промышленности. Доходит до смешного - при поиске инфы по электрокоагуляции (один из этапов в промводоочистке) две ! страницы гугла заняты ссылками на удаление родинок (видимо, термин также актуален для медицины).

Подруга скинула фотку, пришли к выводу, что это соль со вкусом хлора)