Эти исследования Ле Шателье осуществил в лаборатории Коллеж де Франс, где в 1883 году он получил место профессора. Опыты занимали много времени, поскольку реакции протекали очень медленно; образцы, на которых он изучал разрушительное действие воды на бетон, приходилось долго выдерживать в воде. Все эти проблемы имели большое практическое значение. В частности, его брат Луи, инженер-строитель, тоже интересовался этими вопросами.
— Насколько проще все стало, когда строители начали работать с бетоном. И применение несложно, и мост получается на вечные времена, — с воодушевлением говорил Луи.
— Да, но о вечных временах говорить еще рано.
Ле Шателье поднял крышку большой жестяной ванны в вынул маленький бетонный слиток.
— Посмотри! Находился в воде два года. Вся поверхность бетона покрыта белым налетом — это продукты распада.
Луи внимательно осмотрел образец.
— А вот и трещина.
— Да, это, очевидно, следствие гидролиза, протекающего» в массе. Одновременно происходит и перекристаллизация, что> в свою очередь приводит к изменению объема, и, как следствие, появляются трещины.
— Выходит, что для подводных объектов бетон использовать нельзя.
— Нет, так вопрос не стоит. Нужно просто изменить состав цемента. — Ле Шателье взял с полки большую банку со светло-серым порошком. — Вот гидравлический цемент[234]. Он отличается от обыкновенного высоким содержанием окиси алюминия. Мои исследования соотношений между количествами окисей кальция, кремния, железа и алюминия в цементе показали, что бетон на основе цемента с повышенным содержанием окиси алюминия подвержен разрушению в воде в меньшей степени.
— Будем надеяться, что в недалеком будущем ты сможешь полностью решить эту проблему.
— Не так скоро, как хотелось бы. Чтобы сократить время, я провожу опыты при повышенной температуре, но все равно приходится долго ждать. Процессы ведут к состоянию равновесия, а равновесие устанавливается очень медленно.
Изучая равновесные процессы, Ле Шателье направил свои поиски на факторы, от которых зависело равновесие. Молодой ученый задался целью найти такой способ, который давал бы возможность управлять химическим равновесием, «сдвигать» равновесие в ту или иную сторону, получать в результате реакции лишь необходимые вещества, а выход всех остальных свести к минимуму.
«Овладение законами химического равновесия имеет исключительное значение для промышленности», — ученый хорошо понимал это.
Опыты Сент-Клер Девилля показывают, что с повышением температуры термический распад хлорида алюминия ускоряется. Видимо, тепло благоприятствует распаду, но почему? Распад — эндотермический процесс! Неожиданно пришла догадка и осветила тьму словно молния: «Как же я до сих пор не понял! При повышении температуры начинается эндотермический процесс!»
На следующий день Ле Шателье попросил сотрудников лаборатории временно прекратить текущую работу и поставил перед ними новую задачу — проверить влияние температуры на ряд реакций.
Опыты подтвердили его выводы, но еще не все прояснилось. Почему так происходит? Чем обусловливаются равновесные процессы? При нагревании идет эндотермический процесс. Значит, система потребляет дополнительное тепло. При охлаждении протекает экзотермический процесс, то есть равновесная система выделяет тепло, чтобы скомпенсировать потери охлаждения. Тогда аналогичные изменения должны происходить и с переменой давления. При повышении давления в системе должен совершаться процесс, который приводит к уменьшению давления. Итак, при внешнем воздействии на равновесную систему в ней протекает процесс, способствующий уменьшению этого воздействия. Без сомнения, это общий принцип для всех равновесных систем, принцип подвижного равновесия[235].
Установленный принцип не только открывал перспективы управления равновесными процессами, но и позволял определять необходимые условия для промышленного воспроизводства равновесных реакций.
Однако, несмотря на всю важность открытия, сделан был лишь первый шаг. Предстояла огромная и чрезвычайно кропотливая работа — изучение множества равновесных реакций во всем доступном для работы температурном интервале. Следовало составить диаграммы, по которым можно будет наблюдать, как ведет себя система при изменении концентрации, давления, температуры. Но измерение высоких температур было еще несовершенным и неточным. Газовый термометр позволял измерять температуру до 500°С. Перед Ле Шателье встала задача изобретения термометра для измерения высоких температур.
С повышением температуры сопротивление металлических проводников увеличивается. Возникла мысль использовать нить тугоплавкого металла в устройстве для быстрого измерения сопротивления.
Ле Шателье возлагал большие надежды на свою новую идею. Закупили тугоплавкие металлы и сплавы, измерительную аппаратуру, приборы. Тонкие спирали помещали в печь и медленно нагревали. Часто результаты повторных опытов не совпадали. Ле Шателье нервничал.
— Непонятно! В области электричества наблюдается самая хорошая воспроизводимость результатов. Видимо, здесь действуют другие факторы, которых мы не знаем и поэтому не учитываем. Какая у вас сейчас проволочка? — спросил Ле Шателье помощника.
— Спираль платиновая, один из выводов — из платино-иридиевого сплава, — ответил Ришар.
— Включите батарею. Попробуем с дополнительным сопротивлением.
Ришар нажал кнопку. Ле Шателье следил за стрелкой амперметра. Она медленно ползла к нулю, но не останавливалась на месте, а слегка колебалась. Ле Шателье внимательно следил за нею.
— В цепи протекает слабый ток!
— Это невозможно! — возразил Ришар.
— Соедините проводники, минуя ключ. Очевидно, он в неисправности.
Ришар отключил батарею и соединил проводники. Стрелка продолжала колебаться.
— Дайте чувствительный гальванометр. В цепи все-таки есть ток!
Ле Шателье был прав. Стрелка гальванометра действительно значительно отклонилась.
— Выключите печь и откройте ее, чтобы быстрее охладилась. — Ле Шателье не сводил глаз со стрелки. Прошло несколько минут, и она начала чуть заметно отклоняться.
— Превосходно! — промолвил Ле Шателье дрожащим от возбуждения голосом. — У нас будет новый термометр.
Вместо спирали Ле Шателье поставил два проводника — один из платины, другой из платино-родиевого сплава, спаянных с одного конца и соединенных с чувствительным гальванометром с другого. При нагревании в месте спайки возникал ток, который вызывал отклонение стрелки. Два металлических проводника образуют термопару, с помощью которой и сегодня с большой точностью измеряются очень высокие температуры[236].
Конструирование пирометра дало возможность более глубокого изучения явлений. Ле Шателье обратился к проблемам, которые имели большое значение для промышленного производства, особенно в производстве стали и других металлов.
Многостороняя научная деятельность требовала от Ле Шателье строгого распределения времени. Он рано вставал и отправлялся в кабинет готовиться к лекциям или работать над рукописью. Он писал множество научных статей и приступил к работе над книгами, в которых обобщал свои многолетние исследования горения газов и опыты с гидравлическими материалами… Послеобеденное время Ле Шателье посвящал научным исследованиям в лаборатории, где теперь у него было много помощников. Некоторые из них продолжали изучать процессы затвердевания цемента, гипса, бетонных смесей, но большинство занималось новой проблемой — сплавами.
Каждую неделю сотрудники лаборатории проводили семинар, на котором обсуждали результаты своих исследований, обменивались мыслями и наблюдениями.
— Покажите, что вы получили, Раймон, — обратился Ле Шателье ж одному из сотрудников.
— Это кривые охлаждения водных растворов нитрата калия, а это — хлорида калия, здесь — нитрата натрия. Ход кривых совершенно идентичен.
