— А я наоборот. Начал почти с чисто физических исследований, а теперь все больше перехожу к химии. Исследование фосфатов привело меня к проблеме кристаллизационной воды. Кристаллы почти всех солей фосфорных кислот содержат некоторое количество воды. В разных солях количество кристаллизационной воды различно. Я уже получил некоторые результаты в этой области и опубликовал их еще в Глазго[443].
Фарадей оживился:
— Да, я знаю их. Ваши взгляды на кристаллизационную воду весьма оригинальны. Вода действительно обладает исключительным свойством связываться с другими веществами?
— Я убежден в этом. При растворении в воде атомы[444] солей гидратируются. Как следует из опытов, они связываются так прочно, что входят в состав соли даже в кристаллическом состоянии. Анализы десятков веществ подтверждают это.
— Вы будете продолжать работу в данной области?
— Надеюсь. Но обязанности, возложенные на меня в университете, в известной степени мешают осуществлению моих планов. Я должен написать учебник химии.
— У вас незаурядные ораторские способности, и это сильно поможет вам.
Работа над учебником увлекла Грэма, и он на некоторое время прекратил экспериментальные исследования. Дружба с Фарадеем отразилась на его научных интересах. В результате появилась новая статья Грэма «Теория цикла Вольта», которую он доложил в 1839 году на заседании Британской ассоциации.
Авторитет Грэма рос с каждым днем. Глубокие познания и оригинальные исследования выдвинули его в число первых среди выдающихся английский ученых. Когда в 1842 году было основано английское Химическое общество, Грэма избрали его президентом. Это общество и сегодня играет важную роль в развитии химической науки в Англии. После смерти Джона Дальтона в 1844 году французские ученые избрали на его место Томаса Грэма — одного из одиннадцати выдающихся иностранных ученых — почетных членов Парижской академии.
Многочисленные обязанности мешали, однако, научной работе Грэма. Ему без конца приходилось заседать в разнообразных комиссиях: в 1846 году его назначили в состав комиссии по изучению вентиляции нового здания парламента; в следующем году уже другая комиссия подробно изучала вопрос об улучшении методов литья ружей, винтовок и пушек. В 1851 году Грэм совместно с профессором Миллером и профессором Гофманом проводил работу по определению чистоты и пригодности для питья воды некоторых городов Англии. В том же году Грэм был назначен членом жюри выставки химикатов и фармацевтических препаратов в Лондоне.
И тем не менее ученый не прерывал научно-исследовательской работы. Он продолжал изучать явления, связанные с движением молекул газов, интересовался причинами, вызывающими это движение, условиями, от которых оно зависит. Методы исследования газов Грэм применил и к жидкостям. Оказалось, что жидкости, будучи отделенными друг от друга полупроницаемой перегородкой, могут переходить через нее. Таким же образом ведут себя растворы, если их отделить от растворителя пористой перегородкой. Грэм назвал это явление «осмосом» и подробно описал его в статье «Об осмотической силе» (1854 г.).
Открытие осмотических явлений было объявлено самым значительным открытием года. По традициям Королевского химического общества автор статьи должен был выступить перед научной общественностью с лекцией, в которой необходимо было подробно изложить сущность исследований и полученные результаты. Лекция состоялась в конце декабря 1854 года. Это была вторая Бейкерианская лекция, с которой Грэм имел честь выступить перед учеными Лондона (первую лекцию он прочитал в конце 1850 года в связи с исследованиями диффузии жидкостей):
«… Явление это аналогично диффузии газов, но оно таит в себе еще много неясного. Газы диффундируют в двух направлениях, а жидкости только в одном. Сущность эксперимента в следующем. Широкую часть воронки накрываем животным пузырем, пергаментом или какой-либо другой полупроницаемой перегородкой, потом воронку заполняем раствором определенного вещества и погружаем ее в воду так, что трубка воронки остается над водой. Через некоторое время можно заметить, что жидкость по ней начинает медленно подниматься. Это показывает, что вода проникает через перегородку в раствор. Что переходит из раствора в воду, установить не удалось. Продолжительные исследования показали, что высота, до которой поднимается жидкость в трубке, сильно зависит от природы растворенных веществ. Например, однопроцентные растворы хлоридов натрия, кальция, ртути и меди дают соответственно 2, 20, 121 и 351 мм высоты. Объяснение этому наблюдению еще больше усложняется тем фактом, что оно не связано с капиллярными явлениями, как склонны думать многие исследователи. Один и тот же раствор дает всегда одинаковое повышение уровня в трубке, несмотря на вид полупроницаемой мембраны и толщину трубки, в которой находится раствор…»
С исследования осмотических явлений начался один из самых плодотворных периодов научной деятельности Грэма. В 1855 году ему предложили перейти на работу в лабораторию Государственного монетного двора. Грэм с радостью принял это» предложение, так как профессорская деятельность отвлекала его от проведения научных исследований, а членство в ряде правительственных комиссий отнимало значительную часть драгоценного времени.
Работа в лаборатории Монетного двора была сравнительно спокойной, и ученый получил возможность посвятить свое время науке. В лаборатории он находил радость и смысл всей своей жизни. Даже дома после трудового дня он мысленно возвращался в лабораторию, к опытам, к неизвестному, которое ждал» своего открытия.
Изучение осмотических явлений встречало большие трудности. Ученому никак не удавалось установить взаимосвязь между высотой поднимавшегося столбика жидкости и концентрацией растворенного вещества. Грэм провел десятки, сотни,тысячи опытов, но все оказалось напрасным. Законы осмотического давления суждено было открыть Вильгельму Пфефферу[445] лишь через 20 лет.
Прошло пять лет с тех пор, как Грэм начал работать в лаборатории Монетного двора. Он следил за достижениями ученых не только Англии, но и всего мира. Растворы изучали многие. Интересные открытия в этой области сделал Майкл Фарадей. Распыляя порошок металла в воде, он получил очень тонкие взвеси, сохранявшиеся длительное время. Эти «растворы» были очень похожи по свойствам на растворы кремневой кислоты, которые Грэм изучал вместе с молодым ассистентом Уильямом Остином. Томас Грэм не обзавелся в свое время семьей, и потому ничто не мешало ему задерживаться в лаборатории вместе с Остином до поздней ночи.
Грэм и Остин провели ряд исследований, на основе которых Грэм создал совершенно новую теорию веществ. В результате своих опытов они установили, что некоторые вещества образуют исключительно стойкие растворы. Если такой раствор подвергнуть испарению и потом охладить, растворенное вещество выделится в виде кристаллов. Словом, такие вещества очень легко кристаллизуются. Другая группа веществ, как установили ученые, образует нестойкие растворы, которые легко коагулируют, и растворенное вещество осаждается в виде студенистого осадка или тонкого порошка. Несмотря на все усилия, им не удалось получить кристаллы веществ второй группы. Приняв, что свойство кристаллизоваться заключено в самой сущности веществ, Грэм разделил их на две группы: первые (легко образующие кристаллы) он назвал кристаллоидами, вторые (не образующие кристаллов) — коллоидами.
Растворы коллоидных веществ обладали и другим важным свойством: при охлаждении они постепенно сгущались и превращались в студнеобразную массу — гель. При нагревании гель снова превращался в жидкость — золь. Изучая диффузию растворов, Грэм установил, что коллоидные растворы не могут переходить через перегородку, а кристаллоидные — переходят. Он сразу же использовал это свойство для получения совершенно чистых коллоидных веществ. С этой целью Грэм наливал коллоидный раствор в широкое блюдо, дно которого было выполнено в виде полупроницаемой мембраны. Опущенное в ванну с чистой водой, блюдо плавало по ее поверхности наподобие лодки. Все соли, растворенные в коллоидном растворе, проникали через перегородку в чистую воду, а в блюде оставались лишь коллоидные частицы. После того как воду меняли несколько раз, в блюде оставался совершенно чистый коллоидный раствор, из которого можно было выделить и само вещество. Таким образом Грэму удалось получить очень чистые окись кремния, гидроокиси железа, алюминия и хрома, прусскую синь, оловянную, титановую, вольфрамовую и молибденовую кислоты. Некоторые из этих веществ (например, окись кремния) встречаются в природе в кристаллическом состоянии. Эти исследования Грэма способствовали формированию воззрений, развитых впоследствии другими авторами[446]. Согласно этим воззрениям, коллоидное состояние является свойством всех веществ, но в определенных условиях.
