— Факт этот уже известен. Такие опыты проводил лет тридцать назад французский исследователь Клод Луи Бертолле.
— В моих опытах, однако, диффузия осуществляется через пористую перегородку — стенки глиняного сосуда. Мы могли бы назвать процесс вынужденной диффузией. Оказывается, разные газы проходят через пористую перегородку с различной скоростью. Например, в опыте, который вы видели, водород через стенки сосуда проходит быстрее, поэтому количество газа в сосуде увеличивается и выталкивает ртуть. Конечно, воздух тоже выходит наружу, но медленнее.
— Понимаю. По-моему, вам надо, не откладывая, подробно описать свои опыты и опубликовать результаты.
Статья была напечатана в «Квартальном журнале науки» в 1829 году[436]. В том же году Грэму было предложено место умершего доктора Кларка в Механическом институте.
Дружба с Кларком направила интересы двадцатичетырехлетнего Грэма и к другой области химии. Последние годы своей жизни доктор Кларк посвятил солям фосфорной кислоты. Подробное исследование этих соединений давало все больше фактов, которые не удавалось объяснить с помощью теории Берцелиуса. По мнению шведского ученого, каждая кислота образуется в результате присоединения одного атома воды к одному атому кислотного окисла[437]. Согласно этой теории, каждый кислотный окисел образовывает только одну одноосновную кислоту. Доктору Кларку, однако, удалось получить новую натриевую соль фосфорной кислоты, значительно отличавшуюся по свойствам от обыкновенного фосфата натрия. Фосфат натрия образует с нитратом серебра желтый осадок, и раствор над осадком имеет кислую реакцию. Фосфат, полученный доктором Кларком, при взаимодействии с нитратом серебра давал белый осадок, раствор над которым был нейтральным. Эту соль он получил из обыкновенного фосфата натрия, нагревая его докрасна. Так как новый фосфат образовался под действием огня (огонь по-гречески — «пирос»), Кларк назвал его пирофосфатом.
Продолжительные исследования доктора Кларка не внесла ясность в вопрос о фосфорной кислоте и ее солях; более того, они значительно усложнили его. Теперь в хорошо оборудованной лаборатории доктора Кларка Грэм получил возможность расширить и углубить свои исследования. Основное внимание он уделил газам и фосфатам. Вопрос о диффузии все еще оставался открытым. Чтобы определить скорость диффузии, Грэму пришлось измерять количество перешедшего через пористую перегородку газа за единицу времени. Для получения количественной зависимости он видоизменил и сам опыт. Вместо глиняного сосуда, поверхность которого измерить трудно, он использовал широкую стеклянную трубку, конец которой закрыл специальной пористой перегородкой. Грэм производил многократные анализы газов внутри и снаружи стеклянной трубки для определения их процентного содержания в газовой смеси. Наряду с этим он решил определить и некоторые физические параметры газов. Эта продолжительная и в какой-то степени однообразная работа вовсе не надоедала ему. Грэм проводил сотый анализ с таким же удовольствием, с каким когда-то провел первый.
Упорная работа завершилась открытием закона, лежавшего в основе явления диффузии газов. Грэм установил, что чем тяжелее газ, тем медленнее он проходит через пористую перегородку. Но это только качественная взаимосвязь. Он хотел найти строгую математическую зависимость, и его попытки увенчались успехом. Вычисления показывали, что скорость диффузии газа обратно пропорциональна квадратному корню из «го ^плотности.
Параллельно с этой работой Грэм окончил исследования по окислению фосфора и установил, что в присутствии ничтожно малых количеств некоторых газов окисление фосфора значительно замедляется. Этот факт имел большое значение для науки, так как давал первый пример отрицательного катализа — явления, у которого даже не было названия, потому что не существовало самой теории каталитических процессов. Даже понятие «катализ» Йене Якоб Берцелиус ввел лишь через пять лет после этого открытия.
Вторая статья Грэма о диффузии газов[438] вышла из печати в 1831 году, когда он был уже профессором химии в Андерсеновском университете в Глазго. Здесь в большой и отлично оборудованной лаборатории он сделал очень важное открытие, в результате которого полностью изменился взгляд на природу кислот. К этому открытию Грэма привели результаты исследования фосфорной кислоты и ее солей.
Начав в лаборатории доктора Кларка с исследования соединений фосфора, Грэм перешел затем к исследованию солей мышьяковой кислоты, которые, как было известно из работ Митчерлиха, обладали свойствами, аналогичными фосфатам.
В сущности Грэм повторил опыты Митчерлиха, Берцелиуса, Кларка и получил все известные в ту пору фосфаты и арсенаты. Он не нашел ошибок в выводах ни одного из ученых: это были действительно различные по свойствам и составу соли. Варьируя условия их получения, Грэм выделил несколько новых фосфатов. Он обратил особое внимание на бесцветное кристаллическое вещество, которое содержало большое количество фосфора. Обрабатывая его концентрированней серной кислотой, Грэм получил фосфорную кислоту нового типа. Она образовывала бесцветные кристаллы и легко вызывала коагуляцию растворов альбуминов. Грэм назвал эту кислоту метафосфорной, а ее соли — метафосфатами. В конце концов он подытожил результаты продолжительных и сложных опытов, которые показывали, что при образовании солей фосфорной кислоты один «атом» окиси фосфора способен связаться с одним, двумя или тремя «атомами» окиси натрия или калия[439]. Это утверждение было справедливо лишь при условии, если кислоты содержат несколько атомов водорода, замещаемого металлами.
Грэм был убежден, что при растворении в воде окись фосфора способна связываться с одной, двумя или тремя молекулами воды (по воззрениям того времени — атомами воды). Результатом этого взаимодействия являются три различные по свойствам фосфорные кислоты — метафосфорная, пирофосфорная и ортофосфорная. Это допущение противоречило не только учению Берцелиуса об одноосновности кислот, но шло вразрез со взглядами всех ученых. Однако его подтверждали факты, которыми нельзя было пренебречь. Статья Грэма, опубликованная в 1833 году, положила начало современной теории многоосновности кислот. Несколько позже идея о многоосновности кислот вешла и в органическую химию. Впервые об этом писал Юстус Либих[440], а о многоосновных спиртах (правильнее многовалентных) — Адольф Вюрц[441].
Вклад Грэма в науку имел большое значение. Его высоко оценила научная общественность. В 1834 году в Эдинбурге состоялась торжественная церемония, на которой Грэма удостоили почетной награды.
На торжество приехали самые выдающиеся ученые Шотландии, чтобы выразить свое уважение этому скромному исследователю.
Грэм был популярен не только в Шотландии, он пользовался известностью и среди ученых Лондона. Когда в 1837 году умер профессор химии Университетского колледжа в Лондоне Эдуард Тэнер[442], академический совет единодушно избрал на его место Томаса Грэма.
В то время Лондон был центром науки. Здесь работали самые выдающиеся ученые по всем отраслям знаний. Именно в Лондоне существовала возможность непосредственного контакта с различными специалистами. Грэма радушно приняли в свой круг его лондонские коллеги. В 1837 году он стал членом Лондонского королевского общества, во время заседаний которого он встречался и беседовал со многими видными учеными. Через доктора Уильяма Уэвелла Грэм познакомился с Майклом Фарадеем.
— Конечно, у каждого человека свои, определенные интересы, — сказал как-то Грэм Фарадею.
— Так-то оно так, но часто эти интересы меняются… — Фарадей смолк, а потом продолжил: — Вот, например, я постепенно удаляюсь от химии, меня больше интересует теперь физика. Главный вопрос сейчас для меня — электричество и связанные с ним явления.
