Вытеснение элементов
Для российской науки имя Бекетова Николая Николаевича (1827–1911) связано с физической химией. Эту отрасль знаний провозгласил и основал М.В. Ломоносов. Он писал: «Химик без знания физики подобен человеку, который всего искать должен ощупом. И эти две науки соединены между собой, что одна без другой в совершенстве быть не могут».
Н.Н. Бекетова можно считать первым русским физикохимиком. К этой науке он пришёл не сразу. Окончив Казанский университет, работал в Медико-хирургической академии (Петербург) у Н.И. Зинина, занимаясь органической химией. Перешёл в Харьковский университет, став адъюнктом, а затем профессором химии.
Продолжать научные исследования было трудно из-за отсутствия современной лаборатории. И в 1858 году Николай Бекетов уехал за границу. Цель поездки он пояснил так: «Я имел в виду войти в личные сношения с известными учёными, рассмотреть и изучить средства и методы их научных исследований и присутствовать на их лекциях, чтобы познакомиться с формою изложения. Но главной моею целью было – воспользоваться средствами, которые представляются в Западной Европе науке, чтобы самому поработать и тем приобрести большую практическую опытность».
Вернувшись через два года в Харьковский университет, стал читать курс физической химии. В результате посещения лабораторий в Гейдельберге и Париже, сделал вывод: «Из знакомства своего с положением и движением науки и с многочисленными её деятелями я могу заключить, что быстрое развитие химии и практических её применений в Западной Европе происходит преимущественно от того, что преподавание и изучение её идут рука об руку с самостоятельными исследованиями… Учёные на Западе отличаются не столько своими сведениями и начитанностью, в чём наши русские нисколько им не уступают, сколько постоянной и самостоятельной деятельностью».
Работая над докторской диссертацией, он производил многочисленные опыты, порой опасные, изобретая для этого специальные приспособления. В одном случае из-за высокого давления произошёл взрыв. К счастью, экспериментатор не пострадал.
Его докторская диссертация называлась: «Исследования над явлениями вытеснения одних элементов другими» (1865). По бытовой аналогии, суть проста: более активный тип всегда вытеснит своего более пассивного конкурента. По-научному говоря, он выстроил электрохимический ряд напряжений металлов. Он исходил из предположения, что химические явления связаны с физическими показателями: относительными массами частиц и расстояниями между их центрами.
Этот ряд Бекетова показывает сравнительную активность металлов в окислительно-восстановительных реакциях в водных растворах. Каждый металл из этого ряда вытесняет последующие из их растворов. Например, в этом ряду железо стоит впереди меди. Поэтому если опустить в раствор медного купороса (сульфат меди) железный предмет, то он снаружи станет медным. Железо вытеснило медь из раствора, и металлическая медь покрыла поверхность предмета.
(В период перестройки один рабочий электронного предприятия рассказал мне, что клал в раствор, содержащий драгоценный металл, железный гаечный ключ и вынимал его в конце смены, покрытым золотом; правда ли это, не знаю, но железо действительно вытесняет золото из раствора.)
Н.Н. Бекетов
Н.Н. Бекетов читал в Московском университете курс «Основные начала термохимии»; открыл возможность восстановления металлов из их окислов алюминием, положив начало алюмотермии, имеющей важное научное и практическое значение. С 1886 работал в Петербурге в академической лаборатории; был принят в Петербургскую академию наук.