Якоб Берцелиус

Йенс Якоб Берцелиус 

 

Биография 

 

Шведский химик Йенс Якоб Берцелиус (20 августа 1779, селение Веверсунда, близ Линчепинга, Швеция - 7 августа 1848, Стокгольм), родился в семье директора школы. В девятилетнем возрасте он остался сиротой - после смерти отца его мать вторично вышла замуж, но после рождения второго ребенка заболела и умерла. Поэтому он с юных лет вынужден был зарабатывать себе на жизнь на сельскохозяйственных работах. Отчим сделал все, чтобы Якоб и его младший брат получили хорошее образование. В 1793 он поступил в гимназию г. Линчепинга, где проявил интерес к естественным наукам, начал коллекционировать чучела птиц, насекомых и растения. В аттестате об окончании были отмечены <хорошие природные задатки, но плохой нрав и сомнительные надежды>. В то время молодой Берцелиус находился в очень стесненных материальных условиях. Только непреодолимое стремление к знаниям и упорство в достижении цели помогли ему поступить в 1797 в Упсальский университет, где он изучал медицину и химию, и успешно закончить его в 1801.

После окончания университета Берцелиус  некоторое время занимался частной  врачебной практикой, затем стал адъюнктом медицины и фармации Медико-хирургического института в Стокгольме. В это  время он сблизился с богатым  владельцем рудника В. Г. Хизингером, который интересовался естественнонаучными проблемами и оказывал поддержку молодым исследователям. Вместе с Хизингером Берцелиус проводил химические исследования. Так, в 1802, использовав батарею Вольта, они обнаружили, что при пропускании электрического тока через растворы солей щелочных металлов последние разлагаются с выделением составных частей. Годом позже Берцелиус и Хизингер открыли элемент церий (одновременно с М. Г. Клапротом), названный в честь планеты Церера.

В 1806 Берцелиус стал штатным преподавателем химии в высшей школе. В 1807 он был  утвержден ординарным профессором  химии и фармации медицинского факультета Королевского Медико-хирургического института  в Стокгольме. В 1810 Берцелиус избран Президентом шведской Академии наук, а с 1818 назначен ее непременным секретарем. В 1818 Берцелиусу пожаловано дворянское звание, а в 1835 - титул барона.

Для работы в Стокгольмской лаборатории  Берцелиус отобрал нескольких талантливых  химиков. Наиболее известными из них  стали Х. Г. Гмелин, Генрих и Гюстав Розе, Э. Мичерлих, Ф. Велер, К. Мосандер.

Берцелиус поддерживал тесные научные  и личные связи с химиками многих стран. В 1820 он был избран иностранным  почетным членом Петербургской Академии наук. Берцелиус был знаком со многими  известными людьми своего времени. Во время пребывания на курорте в Карлсбаде (1821) он вместе с И. В. Гете совершал геологические экскурсии на горуКаммербюль, где познакомил Гете с основами анализа минералов при помощи паяльной трубки.

Берцелиус женился только в 55 лет  на двадцатичетырехлетней Иоганне  Элизабет, дочери своего старинного друга Поппиуса, государственного канцлера Швеции. Брак их был счастливым, но детей не было. В 1845 году состояние здоровья Берцелиуса ухудшилось. После одного особенно сильного приступа подагры у него оказались парализованы обе ноги. В августе 1848 года на семидесятом году жизни Берцелиус умер. Он похоронен на маленьком кладбище вблизи Стокгольма.  
В 1838 году в письме немецкому химику Юстусу Либиху Берцелиус писал: "При обсуждении вопросов науки не должно быть ни врагов, ни друзей. Если Вы боретесь против того, что считаете ошибочным, не обращайте внимания на личность ошибающегося". 

 

Труды Берцелиуса. 

 

Берцелиус почти все научные  исследования целиком посвятил химии, значительно продвинув вперёд развитие этой науки. Достаточно сказать, что  именно Берцелиус предложил буквенные  символы для обозначения отдельных  химических элементов и первый стал применять химические формулы для  представления реакций. Предложенный Берцелиусом способ быстро распространился  и вскоре стал международным языком химиков всего мира. Берцелиус  определил атомные веса всех известных в его время химических элементов и, кроме того, открыл цирконий, селен и торий, выделил силиций, титан и тантал; доказал, что соли возникают путем соединения кислот со щелочами и изменяются под воздействием электрического тока. Ввел в химию понятия изомерии, катализа и аллотропии; усовершенствовал методы химического анализа, применив спиртовую горелку и фильтровальную бумагу.

Научные интересы Берцелиуса охватывают практически все главные проблемы общей химии первой половины 19 века. Его работы посвящены прежде всего исследованию соотношений элементов в соединениях. Он экспериментально проверил и доказал (1810-16) достоверность законов постоянства состава и кратных отношений применительно к неорганическим оксидам и органическим соединениям. Он установил, что количества кислорода кислоты и основания в солях соотносятся как небольшие целые числа. Этот <кислородный закон> окончательно убедил его в атомном строении вещества.  

 

Определение атомных масс  

 

Работы Берцелиуса были направлены на определение атомных масс. Ему  удалось идентифицировать атомные  массы 45 химических элементов, которые  в 1818 были опубликованы в виде таблицы. Он не пользовался понятием <молекула>, а рассматривал молекулы как атомы  различной степени сложности. Для  обозначения химических элементов  Берцелиус предложил использовать начальные буквы их латинских  названий (1814). Он ввел первые формулы  химических соединений (1817-30). По его  мнению, для обозначений химических соединений следовало использовать буквы и цифры, чтобы их легко  можно было писать и печатать. Они  должны были наглядно отражать соотношения  элементов в соединениях, указывать  относительные количества составных  частей, образующих вещество, и, наконец, выражать численный результат анализа  так же просто и понятно, как алгебраические формулы.

Берцелиуса дал более точные определения атомных масс. Уже  до него Дальтон пользовался атомной  теорией для новой химической символики. Дальтон отбросил использующиеся в то время химические знаки, которые  не отражали количественного состава  соединений, и предложил для каждого  элемента символ, обозначающий его  атом. Однако, формулы, предложенные Дальтоном, не всегда давали представление об истинном числе атомов, образующих соединение; количественный элементарный анализ позволял ученому лишь судить об относительных массах элементов, входящих в состав соединения. Берцелиус  с большим успехом применил закон  Гей-Люссака для определения состава  и количественных характеристик  многих элементов и соединений. Со времени публикации своих первых работ Берцелиус поддерживал  тесные личные связи с химиками во многих странах, что помогало ему  создать четкое представление о  мировом уровне разработки научных  проблем. Берцелиусом были подвергнуты  анализу 2000 соединений, образованных 43 элементами. Результатом работ было усовершенствование старых и создание новых методов анализа, изобретение  новых приборов, развитие техники  лабораторных работ. Одним из наиболее значительных научных достижений Берцелиуса было создание им таблицы атомных  масс. Существенную помощь при этом ему оказал закон объемных отношений  газов, установленный Гей-Люссаком. Значение этого закона Берцелиус  понял сразу же после ознакомления с работой французского ученого, относящейся к 1808 году. Первую таблицу  атомных масс Берцелиус опубликовал  в 1814 году. В отличии от Дальтона Берцелиус принял за основу для расчетов атомную массу кислорода, а не водорода. Атомную массу шведский ученый принял равной 100. Ж.С. Стас впоследствии пересчитал атомные массы элементов, приняв атомную массу кислорода равной 16. С 1818 года по 1826 Берцелиус несколько раз исправлял значения атомных масс.

В результате этих исследований Берцелиус  значительно уточнил величины атомных  масс, определенные Дальтоном. Тем самым  были созданы предпосылки систематизации элементов на основе их атомных масс. Эти тщательно выполненные исследования позволили Берцелиусу сделать атомистическую модель основной химии. 

 

Развитие учения о строении вещества 

 

В основе структурной химии лежит  химическая атомистика Дж. Дальтона, согласно которой любой химический индивид стоит из совокупности молекул, обладающих строго определенным качественным и количественным составом. Более конкретные представления о структуре молекул содержатся в теории Берцелиуса, который пытался ответить на вопрос: существует ли какая-либо упорядоченность в объединении атомов в молекуле или они объединяются произвольно. И. Берцелиус выдвинул гипотезу, согласно которой все атомы химических элементов обладают различнойэлектроотрицательностью в зависимости места, которое они занимают в ряду элементов с убывающейэлектроотрицательностью. Атом каждого элемента несет два заряда: положительный и отрицательный, но в зависимости от места в ряду один из зарядов больше. Объединение атомов в молекулу приводит к частичной нейтрализации зарядов.

Полная нейтрализация невозможна из-за неравенства зарядов. Поэтому  молекулы каждого соединения обладают также избыточным зарядом и склонны  к образованию более сложных  молекул в виде комплексов.

Таким образом, по Берцелиусу, молекула представляет собой объединение  двух разноименно заряженных атомов или атомных групп-радикалов. В  этом заключается содержание понятия "структура" по Берцелиусу.

Французский химик Ш. Жерар (1816-1856) показал, что структурные представления Берцелиуса соответствуют действительности только в ряде случаев. Молекула является единой неделимой и унитарной системой, в которой все атомы всех элементов взаимодействуют - взаимно преобразуются, в этом сущность "структуры" по Жерару. 

 

Электрохимия 

 

Берцелиус развил электрохимическую  теорию сродства элементов (1812-19), на основе которой построил их классификацию - составил электрохимический ряд  напряжений, назвав электроотрицательные элементы металлоидами, а электроположительные - металлами и поставив между ними относительно электронейтральный водород. Приняв за основу электрохимические положения Дэви, Берцелиус считал причиной соединения элементов в определенном отношении электрическую полярность атомов. Йенс Якоб развил идеи дуализма, на основе которых решал вопросы о конституции химических соединений.

Учение об электричестве позволило  дать простое объяснение природе, например, такого распространенного в химии  явления, как образование солей. Оказалось, что суть этого явления  заключается во взаимной нейтрализации  положительных и отрицательных  зарядов мельчайших частичек вещества. На основе разработанной им теории Берцелиус сделал принципиально  важный вывод; все химические элементы состоят из отрицательных и положительных  веществ. Но электрохимическая теория Берцелиуса затруднила признание гипотезы Авогадро, имеющей большую область  применения в химии.

В результате этих исследований он создал так называемую дуалистическую систему, важнейшим в которой было предположение, что сложное вещество состоит  из двух частей - электроположительной и электроотрицательной, однако в  последующее десятилетие обнаружились значительные противоречия этой системы, и Берцелиус пережил крушение своей гипотезы. 

 

Открытие элементов. 

 

Берцелиус открыл новые химические элементы: церий (1803; вместе с В. Г. Хизингером), селен (1817) и торий (1828). Ему первому удалось получить в свободном состоянии кремний, титан, тантал, цирконий (1824-25), а также ванадий (1830). Кроме того, также были выделены: кальций, стронций и барий. 

 

Открытие тория 

 

Торий - один из немногих радиоактивных  элементов, открытых задолго до появления  самого понятия "радиоактивность". Любопытно, что название этого элемента появилось на тридцать лет раньше, чем он был в действительности открыт.

Выдающегося шведского ученого Йенса Якоба Берцелиуса справедливо называли некоронованным королем химиков первой половины XIX столетия. Человек энциклопедических знаний и превосходный аналитик, Берцелиус работал очень плодотворно и почти никогда не ошибался. Авторитет его был так высок, что большинство химиков его времени, прежде чем обнародовать результат какой-либо важной работы, посылали сообщение о ней в Стокгольм, к Берцелиусу.

Но при открытии тория непогрешимый Берцелиус совершил две ошибки. В 1815 году, анализируя редкий минерал, найденный  в округе Фалюн (Швеция), Берцелиус обнаружил в нем окись нового элемента. Этот элемент был назван торием, в честь всемогущего древнескандинавского божества Тора. (По преданию Тор был коллегой Марса и Юпитера - одновременно богом, войны, грома и молнии.)

Прошло десять лет, прежде том Берцелиус  обнаружил свою ошибку: вещество, которое  он считал окисью тория, на самом деле оказалось фосфатом уже известного иттрия.

"Похоронив" торий, Берцелиус  же его "воскресил". Через  три года из Норвегии ему  прислали еще один редкий минерал,  который теперь называют торитом  (ThSiO₄). Торит содержит до 77% окиси тория ThO₂. Обнаружить столь явный компонент Берцелиусу не составило особого труда. Исследовав выделенную землю, Берцелиус убедился, что это окись нового элемента, к которому и перешло название "торий".

Получить чистый металлический  торий Берцелиусу не удалось. Правда, он восстановил калием фтористые  соединения нового элемента и получил  серый металлический порошок, сильно загрязненный примесями. Из-за этих примесей произошла вторая ошибка, вернее, серия  ошибок при описании свойств элементарного  тория.

Чистый препарат тория был получен  лишь в 1882 году другим известным шведским химиком - первооткрывателем скандия  Ларсом Фредериком Нильсоном. 

 

История открытия Селена. 

 

Селен (англ. Selenium, франц. Selenium, нем. Selren) открыт Берцелиусом в 1817 г., который так рассказывает об этом открытии: "Я исследовал в сотружестве с Готлибом Ганом метод, который применяют для производства серной кислоты в Грипсхольме. Мы обнаружили в серной кислоте осадок, частью красный, частью светло-коричневый. Этот осадок, опробованный с помощью паяльной трубки, издавал слабый редечный запах и образовывал свинцовый королек. СогласноКлапроту, такой запах служит указанием на присутствие теллура. Ган заметил при этом, что на руднике в Фалюне, где собирается сера, необходимая для приготовления кислоты, также ощущается подобный запах, указывающий на присутствие теллура. Любопытство, вызванное надеждой обнаружить в этом коричневом осадке новый редкий металл, заставило меня исследовать осадок. Приняв намерение отделить теллур, я не смог, однако, открыть в осадке никакого теллура. Тогда я собрал все, что образовалось при получении серной кислоты, путем сжигания фалюнской серы за несколько месяцев и подверг полученный в большом количестве осадок обстоятельному исследованию. Я нашел, что масса (т.е. осадок) содержит до сих пор неизвестный металл, очень похожий по своим свойствам на теллур. В соответствии с этой аналогией я назвал новое тело селеном (Selenium) от греч. - луна, так как теллур назван по имени Tellus (Теллус)- нашей планеты".