Пьер Луи Дюлонг

Пьер Луи Дюлонг

Научная деятельность Дюлонга, относящаяся к первой четверти XIX столетия, протекала в эпоху, когда пробужденная практическими запросами бурно развивавшегося капитализма наука сбрасывала с себя мистическую средневековую оболочку и на основе новых, строго систематически открываемых фактов ломала отжившие свой век воззрения и теории.

В области физики это выразилось, в частности, в коренном пересмотре всего учения о теплоте, в результате чего было отброшено старое представление о теплоте, как об особом веществе, и создано современное учение, рассматривающее теплоту как движение составных частиц тела.

В химии в этот период окончательно выкристаллизовалось учение об элементах, простых телах и соединениях, завершившееся созданием атомистической теории — главного фундамента всех современных химических представлений. Как в той, так и в другой области Дюлонг выполнил выдающиеся работы, оказавшие значительное влияние на развитие современных знаний.

Дюлонг родился 12 февраля 1785 г. в Руане. В возрасте четырех лет он остался сиротой. В юношеские годы Дюлонг предполагал посвятить себя военному делу, намереваясь служить в артиллерии. Это намерение, вполне понятное, если вспомнить, что Франция в то время вела непрерывные войны. Однако ему не удалось осуществить свои мечты вследствие слабости здоровья Поэтому шестнадцатилетним юношей Дюлонг поступил в политехническую школу, по окончании которой занялся научной деятельностью.

Начало научной работы Дюлонга ознаменовалось печальным событием. В 1811 году он, открыв неизвестное до того новое соединение — хлористый азот, обнаруживший взрывчатые свойства, потерял при работе с ним глаз и два пальца правой руки.

Впрочем, эта работа, проведенная с большим мастерством, обратила на него внимание знаменитого химика Клода Луи Бертолле, который в 1811 году принял Дюлонга в свою лабораторию. В возрасте 35 лет Дюлонгу уже присвоили звание профессора химии знаменитого Сорбоннского университета. С 1830 года он руководит парижской Политехнической школой (где ранее читал лекции по физике), а в 1832 году был избран ученым секретарем Французской академии наук.

Первоначально Дюлонг занимался, главным образом, чисто химическими проблемами. К числу его работ в этом направлении относится упомянутое уже открытие хлористого азота. В 1811 году он разработал метод разложения нерастворимых солей посредством углекислых щелочей, имеющий большое значение в аналитической химии, в 1816 году открыл фосфорноватистую кислоту и занимался изучением перекиси азота. Однако из чисто химических работ Дюлонга наибольшее значение имеет предложенная им в 1816 году гипотеза о строении кислот, как водородных соединений.

До того времени в химии господствовала кислородная теория кислот, выдвинутая еще Лавуазье и впоследствии защищавшаяся известным шведским химиком и минералогом Йёнсом Якобом Берцеллиусом. Утверждение водородной теории кислот, согласно которой кислоты являются соединениями, содержащими в своем составе водород, обладающий способностью замещаться на металл с образованием соли, было огромным успехом химической науки.

Вскоре от чисто химических работ, Дюлонг перешел к исследованиям в той области, где химия тесно сливается с физикой, — в области учения о теплоте. Здесь прежде всего следует отметить, сделанное им важное открытие, что равные объемы газов, взятые при одинаковой температуре и давлении, выделяют или поглощают равные количества тепла, если их внезапно сжимать или расширять на одну и ту же долю их первоначального объема. Это открытие, впоследствии подтвержденное Джоулем, дало последнему основание утверждать, что образующаяся при сжатии и поглощающаяся при расширении газа теплота — есть иная форма проявления энергии, в которую перешла затраченная при сжатии механическая энергия. Отсюда был сделан совершенно правильный вывод, что теплота — один из видов энергии, (именно энергия движения составных частиц тела), а не особое вещество, как это принималось раньше.

В 1816 году Дюлонг опубликовал свои вычисления относительно количества теплоты, получающейся в теле животных и человека от усвоения принимаемой пищи Работа имела целью показать, что животная теплота и работоспособность животных и человека имеют своим источником перерабатываемую организмом пищу, а не какую-то «животную силу».

Алексис Терез Пти
Алексис Терез Пти

В 1819 году Дюлонг совместно с Алексисом Пти выполнил колоссальную работу по определению удельной теплоемкости различных простых веществ, увенчавшуюся открытием «закона Дюлонга и Пти», который устанавливает количественную связь между удельной теплоемкостью (т. е. количеством тепла, потребным для повышения температуры 1 г. вещества на 1°) простых тел в твердом состоянии и атомным весом элемента. Этот закон гласит, что для простых тел, находящихся в твердом состоянии, их удельная теплоемкость умноженная на атомный вес (это произведение называется иначе атомной теплоемкостью) — величина постоянная, близкая к 6 (в среднем она равна 6,4). Так например, для железа она равна 0,112 х 55,84 = 6,26, для лития — 0,94 х 6,9 = 6,5, для калия — 0,166 х 39,1 = 6,5 и т. д.

Закон Дюлонга и Пти оказал колоссальное влияние на химическую науку. Дело в том, что очень долгое время не было путей для определения и проверки истинных атомных весов элементов, главным образом металлов. Поэтому химические формулы и реакции выражались неправильно, что тормозило внедрение точных количественных методов в химию. Открытая Дюлонгом и Пти закономерность, впервые предоставила в распоряжение исследователей отличное средство вычисления правильных атомных весов. Уже вскоре с его помощью были определены атомные веса висмута, калия, натрия, меди, серебра и очень большого числа других металлов. Найденные по данному методу величины атомных весов были впоследствии подтверждены и оказались в соответствии с периодическим законом Д. И Менделеева. (Несколько позднее ряд других ученых (Нейман, Копп и др.) показал, что указанная закономерность распространяется и на сложные тела (соединения).

Закон Дюлонга и Пти, сыгравший огромную роль в развитии химии, теоретически был объяснен сравнительно недавно. Оказалось, что атомная теплоемкость твердого тела зависит от энергии колебательного движения частиц, составляющих пространственную кристаллическую решетку твердого тела. Теоретически вычисленная величина атомной теплоемкости дает для идеального твердого тела значение 5,96, что близко к значению, практически найденному Дюлонгом и Пти.

Кроме этого фундаментального открытия, и до сих пор являющегося одной из опор атомистической теории, Дюлонгу принадлежит ряд других работ в области физики. К их числу относятся метод определения расширения твердых тел (совместно с Пти, 1816), определение плотности газов (1820), определение коэффициента преломления газов (1825), определение теплоты сгорания ряда веществ с помощью специально сконструированного им водяного калориметра (1830) и др.

«Самый скромный ученый, наиболее беспристрастный критик, верный друг и снисходительный учитель» (так писал о нем известный физик Ферми) Дюлонг пользовался любовью и популярностью у всех, когда-либо имевших с ним дело.

Дюлонг умер 19 июля 1838 года. Как сказал знаменитый французский ученый Араго: «рожденный в бедности, он умер бедным, оставив жене и детям лишь память о своих работах, давших ему бессмертную славу».