170 лет назад немецкий химик Роберт Бунзен изобрел газовую горелку, которая обессмертила его имя. Однако, как ни парадоксально, этот простой лабораторный инструмент затмил куда более значимые достижения ученого, включая разработку аналитической спектроскопии, создание первого антидота от мышьяка и ключевой вклад в промышленный метод производства алюминия.
Эта незамысловатая газовая горелка часто становится единственной ассоциацией с именем Бунзена, хотя его вклад в науку простирается гораздо дальше. К примеру, он открыл первый эффективный антидот против отравления мышьяком и разработал метод электролиза алюминия, который лег в основу современной многомиллиардной алюминиевой промышленности. Ученый с такими масштабными результатами достоин того, чтобы его помнили не только как изобретателя лабораторного инструмента.
Семейство Бунзенов: путь от бауэров к профессорам
История рода Бунзенов демонстрирует впечатляющий социальный лифт. Прадед Роберта, Иеремия Бунзен, начав жизнь сыном крестьянина, благодаря своему уму и помощи графини, стал придворным художником при графе фон Вальдеке. Позднее он освоил ремесло монетного мастера, а затем заинтересовался новой для того времени областью — электричеством, фактически создав прототип электрофорной машины. Он даже стал мэром своего города Арользена.
Сын Иеремии, Филип, продолжил дело отца, став директором монетного двора, а затем переехал во Франкфурт-на-Майне, где занимал высокие муниципальные посты, включая должность городского геодезиста и почтмейстера. Отец же Роберта, Кристиан Бунзен, стал профессором Гёттингенского университета, читая лекции по эстетике — дисциплине, которая тогда являлась частью широкой философии, обязательной для получения ученой степени.
Ранняя карьера и «вонючая химия»
Роберт Бунзен получил образование в Гёттингенском университете, где изучал математику и естественные науки. В 21 год он защитил диплом, посвященный описанию гигрометров, существовавших со времен Соссюра. Получив грант на стажировку, он познакомился с видными химиками-органиками того времени, такими как Либих и Митчерлих.
Вернувшись в 1834 году, Бунзен погрузился в работу с металлоорганическими соединениями мышьяка. Результатом десятилетних исследований стало выделение арсендиметила, который он назвал «какодилом» (от греч. — «вонючий, дурной»). Это было одно из первых сложных радикальных соединений, обладавшее не только отвратительным запахом, но и способностью самовоспламеняться на воздухе. Самым важным практическим открытием этого периода стало нахождение первого эффективного антидота от мышьяка — свежеосажденного гидроксида железа (III).
Перемены университетов и «элемент Бунзена»
За первые два десятилетия своей научной деятельности Бунзен часто менял места работы: после Гёттингена был Политехникум в Касселе (где он определил низкий КПД доменных печей), а затем Марбургский университет. В Марбурге он разработал цинково-угольную батарею с азотной кислотой (известную как «элемент Бунзена»), которая давала напряжение 1,9 В и была экономичной. Она оставалась в использовании до середины 1880-х годов.
В 1845 году Бунзен посетил Исландию для изучения извержения вулкана Гекла, вернувшись оттуда с ценными образцами магмы и газа, анализ которых занимал его последующие пять лет. После недолгого пребывания в Университете Бреслау, где он познакомился с Густавом Кирхгофом, в 1852 году Бунзен окончательно обосновался в Гейдельбергском университете. Именно здесь, в возрасте 78 лет, он ушел на пенсию, и здесь же была создана его знаменитая горелка.
Рождение Гейдельбергской горелки
Лаборатории в середине XIX века отапливались и освещались светильным газом (смесью метана и водорода, получаемой из каменного угля). Для экспериментов требовалось более мощное и регулируемое пламя, чем то, что давали обычные газовые лампы или спиртовки. Хотя похожие конструкции уже существовали (например, у Фарадея), Бунзену удалось создать идеальную, стандартизированную модель.
Когда в 1854 году в Гейдельберге шло строительство новой лаборатории, Бунзен поручил своему технику Петеру Десаге сконструировать горелку по его чертежам. Горелка представляла собой вертикальную трубку с регулируемым клапаном для газа и, главное, воздухозаборником — перпендикулярной трубкой с клапаном. За счет регулировки подачи воздуха можно было изменять пламя от желтого, коптящего, до практически бесцветного, «ревущего» синего, что обеспечивало гораздо более высокую температуру и чистоту горения. К моменту открытия новой кафедры в 1855 году было изготовлено уже 50 таких инструментов. Так появился прибор, который вошел в историю науки как «горелка Бунзена».
Триумф спектрального анализа
Регулируемое, практически бесцветное пламя горелки Бунзена стало идеальным инструментом для спектрального анализа. Оно позволяло химикам идентифицировать элементы по цвету, который их соли придавали пламени. Густав Кирхгоф, которого Бунзен пригласил в Гейдельберг, используя горелку, призму и самодельный спектроскоп (собранный из подзорной трубы и сигарной коробки), смог получить четкие спектральные линии элементов.
В 1860 году Бунзен и Кирхгоф опубликовали статью «Химический анализ с помощью спектральных наблюдений», где описали свой новый метод. Это открытие произвело революцию, позволяя идентифицировать металлы даже в следовых количествах. Уже в следующем году они применили свой метод для обнаружения и выделения двух совершенно новых элементов — рубидия и цезия. В 1860-х годах Гейдельберг стал местом паломничества русских ученых: здесь стажировались Менделеев, Бородин и Столетов, привнося новейшие научные достижения в российские университеты.
«Потерянный рай» Гейдельберга
Период с 1858 по 1871 год часто называют «золотым веком Гейдельбергского университета» благодаря плеяде великих умов, преподававших здесь: Бунзен, Кирхгоф, Гельмгольц. Их работы положили начало фундаментальным переориентациям в физике, химии и геологии. Современники, включая математика Лео Кёнигсбергера, вспоминали о царившей там атмосфере как о «потерянном рае».
Для русской молодежи Гейдельберг также стал центром притяжения. В 1860-х годах город наводнили студенты, многие из которых, по свидетельствам Третьего отделения, больше интересовались «революционными конспирациями», чем учебой. В Гейдельберге, ставшем «наполовину русским», действовала «русская читальня», где обсуждались работы Герцена, Маркса и Энгельса. Хотя многие из этих активистов позже столкнулись с репрессиями, этот период отражает высокий уровень научного и интеллектуального обмена, который проходил под сенью Гейдельбергского университета.
Забытый вклад в алюминиевую промышленность
Намного реже вспоминается роль Бунзена в становлении алюминиевой промышленности. Алюминий — самый распространенный металл в земной коре, однако из-за высокой химической активности его долго не могли выделить в чистом виде. К 1845 году его получали лишь в граммовых количествах химическим путем.
В 1854 году Бунзен успешно провел электролиз чистого магния из его хлорида. Вскоре он применил тот же подход к двойному хлориду натрия и алюминия. Практически одновременно с ним французский химик Девиль добился аналогичных результатов. Несмотря на то что Девиль успел продемонстрировать слиток алюминия и получил поддержку Наполеона III, заслуга в изобретении электролитического метода принадлежит обоим ученым. Метод получил название «Бунзена—Девиля».
Хотя сам метод электролиза был впоследствии усовершенствован, ранние работы Бунзена проложили путь к промышленному производству алюминия. С появлением мощных динамо-машин в 1880-х годах производство алюминия вышло на тоннажный уровень. Сегодня мировой рынок алюминия превышает $100 миллиардов, что делает раннее открытие Бунзена одним из самых значимых в истории химии и промышленности. Тем не менее, как показывает история, иногда ученому лучше оставаться в апокрифах как изобретателю простенького, но незаменимого инструмента, чем быть поглощенным и забытым в хрониках большого бизнеса.
