Но схема оказалась очень несовершенной. Как бы быстро Сванте ни манипулировал с переключателем, поляризации электродов не удавалось полностью избежать. Результаты измерений были невоспроизводимыми. Неудобным для работы был и сосуд, в который наливался исследуемый раствор. Тогда Аррениус сконструировал другой, более удобный прибор. Это облегчило работу, но опыты продолжались еще очень долго. Начав серию измерений осенью 1882 года, Сванте закончил их лишь в следующем году.
Результаты экспериментов предстояло обработать и обобщить. Расчеты отняли еще несколько месяцев. Одновременно Аррениус просматривал научные журналы и искал публикации, связанные с этой проблемой.
Обработка результатов заключалась не только в механических расчетах, Аррениус постоянно сравнивал полученные данные, стараясь найти объяснение неожиданному поведению того или иного вещества.
Самыми поразительными казались свойства аммиака: в газообразном состоянии это вещество не пропускает электрический ток, водный же раствор аммиака — проводник, и чем разбавленнее раствор, тем выше его электропроводность. Такую же зависимость Аррениус установил и для галогеноводородных кислот.
Только в мае 1883 г. после длительной экспериментальной проверки Аррениус пришел к выводу, что причиной увеличения электропроводности растворов при разбавлении является вода.
Аррениус отправился в Упсалу, чтобы встретиться с профессором Клеве и ознакомить его со своей новой теорией. Клеве — человек широкой эрудиции, он сможет дать ему полезный совет, трезво оценить гипотезу.
Аррениус любил Упсалу. Не потому, что здесь жили его близкие и прошли годы его учебы. Что-то особенно родное и неповторимое было в этом городе. И сейчас Аррениус верил, что лучше всего его поймут в Упсале. Семестр давно кончился, начались летние каникулы, и Сванте торопился застать профессора Клеве, пока тот не уехал в отпуск.
Весной, когда ночи над Упсалой светлы как день, Клеве приходил в университет очень рано. Профессор встретил Аррениуса приветливо.
— Мне бы хотелось познакомить вас с результатами моих исследований, — начал Сванте. — Они имеют непосредственное отношение к химии, поэтому я решил поделиться своими мыслями именно с вами.
Профессор закрыл журнал, который он читал, отодвинул его в сторону и приготовился слушать.
— Для того чтобы объяснить увеличение электропроводности водных растворов электролитов при разбавлении, необходимо принять, что электролиты существуют в растворе в двух различных формах: неактивной — в виде молекул и активной — в виде ионов. По сути дела, при разбавлении часть молекул электролита распадается на ионы — это активная форма, а другая часть остается неизменной — это неактивная форма…
Клеве слушал Аррениуса с нескрываемым раздражением. То, о чем рассказывал ему этот выскочка, возомнивший себя первооткрывателем, было, по глубокому убеждению профессора, абсолютной чепухой. Фантазия физика, который сует свой нос туда, куда не следует, — в чужую ему науку!
— При разбавлении раствора увеличивается количество активной формы, — продолжал Сванте, но Клеве решил, что с него уже довольно.
— Прекрасная теория! — с саркастической улыбкой воскликнул он, явно издеваясь над Аррениусом. Сванте понял, что дальнейшие объяснения бессмысленны, и поспешил откланяться.
«Неужели профессор Клеве не уловил логики в моих рассуждениях? Да ведь дело не только в логике! Мою теорию подтверждают факты, результаты сотен измерений». Аррениус был убежден в правильности своих идей, поэтому язвительный тон профессора Клеве отнюдь не обескуражил его. Он медленно шел по коридору, обдумывая, что предпринять, потом быстро спустился по лестнице и отправился в Медицинский институт к профессору-физиологу Гаммарстену[348], который занимался и химией.
Гаммарстен выслушал Аррениуса с большим интересом. Он нашел идею чрезвычайно оригинальной и логически объясняющей явления и посоветовал Сванте продолжать работу. Аррениус решил дать теоретическое обоснование идеи и подготовить публикацию.
Описание экспериментальной части, вычисления и обобщение результатов были уже готовы. Оставалось лишь продумать и написать вторую, самую важную часть — теоретические выводы относительно состояния вещества в водном растворе. Получилась довольно большая по объему рукопись, поэтому пришлось разделить ее на две отдельные статьи. Первую из них Аррениус озаглавил «Исследование электропроводности электролитов», а вторую — «Химическая теория электролитов»[349]. Обе статьи были обсуждены и рекомендованы к печати Академией наук в Стокгольме 6 июня 1883 года. Они были опубликованы в восьмом томе журнала «Труды Королевской Академии наук», который вышел из печати в начале 1884 года.
Аррениус мечтал остаться работать в Упсале. Получив оттиски обеих статей, он представил их в университет в качестве диссертационной работы. Совет принял их и назначил экзамен на май 1884 года. Аррениус получил одобрение комиссии. Устный экзамен он сдал отлично. Оставалось получить отзыв профессоров Клеве и Талена о качестве диссертационной работы.
Экспериментальная часть работы ни у кого не вызывал возражений. Профессор Тален остался доволен, но новые взгляды на диссоциацию электролитов в водном растворе показались ему сомнительными. Захватив с собой материалы, он отправился в кабинет своего коллеги.
— Что вы скажете о теории Аррениуса, Клеве? — спросил Тален, заранее уверенный, что получит отрицательный ответ. Клеве не принимал идею Аррениуса главным образом потому, что не допускал существования разницы между атомами и ионами.
— Чистая фантазия. Не могу себе представить, как, например, хлорид калия распадается в воде на ионы. Возможно ли, чтобы калий самостоятельно существовал в растворе? Любой ученик знает, что калий дает бурную реакцию с водой, причем образуется едкое кали и водород. А хлор? Водный раствор его имеет желто-зеленый цвет и сильно ядовит, а раствор хлорида калия бесцветен и совершенно безвреден.
— У меня и по экспериментальной части есть замечания. Такие невероятные разбавления! Пять десятитысячных… одна десятитысячная грамм-моля! Это же почти чистая вода! При таких концентрациях и ошибки велики.
…Защита проходила очень бурно. Особенно напряженными были споры с профессором Клеве, который в то время отвергал мысль, что между молекулами, атомами и ионами имеется существенная разница. Аррениус доказывал, что в растворах, в частности в растворе хлорида калия, находятся не атомы калия и молекулы хлора, а ионы этих элементов. Ионы калия в отличие от нейтральных атомов несут положительный электрический заряд и поэтому не похожи на них по своим свойствам. Ионы хлора несут отрицательный электрический заряд и обладают совсем иными свойствами, нежели двухатомные электронейтральные молекулы хлора.
Идея образования ионов в растворе вне зависимости от электрического тока высказывалась и раньше. Аррениус был знаком с опубликованной в 1857 году статьей Рудольфа Клаузиуса, в которой известный ученый высказывал предположение, что в водных растворах небольшая часть электролитов распадается на ионы и без пропускания тока[350]. Опытным путем Аррениусу удавалось доказать правильность этого предположения. Он даже вычислил, что в растворе хлористого водорода 92% растворенных молекул находятся в активной форме, иначе говоря, они распались на ионы. Эти результаты подтверждались исследованиями и других ученых. Так, например, Вильгельм Оствальд, не имея в виду процесс диссоциации, при изучении каталитического действия соляной кислоты установил, что лишь 98% общего ее количества ускоряет процесс. Это значение было очень близко к вычисленному Аррениусом. Подобное совпадение получилось и для серной кислоты. По мнению Оствальда, в зависимости от концентрации каталититически действуют от 50 до 90% серной кислоты, установленные же Аррениусом значения составляли 47,6–85%!
