Создание спектрального анализа

Роберт Вильгельм Бунзен (Robert Wilhelm Bunsen) родился 31 марта 1811 года в Гёттингене, Германия. Был четвёртым сыном в семье профессора литературы Кристиана Бунзена (1770—1837). Получив блестящее школьное образование в гимназиях Гёттингена и Гольцминдена , он в 1828 году поступил в Гёттингенский университет, где изучал химию, физику, геологию, минералогию, ботанику, анатомию и математику. Химии он обучался у Штрамейера, открывшего кадмий. В возрасте 20 лет Бунзен окончил университет. Его докторская диссертация была посвящена разработке новых измерительных приборов.

После защиты диссертации Бунзен получил стипендию для стажировки в лабораториях Берлина и Вены. Изучая геологию и знакомясь с промышленным производством, он много путешествовал, нередко пешком.

В 1832 - 1833 г.г. он путешествует по Европе, знакомится со знаменитыми химиками того времени.

          В 1833 г. Бунзен стал приват-доцентом университета в Гёттингене. В 1836 г. начал работать в Высшей промышленной школе в Касселе, где ранее работал Вёлер. Здесь он начал работы по изучению органических соединений мышьяка, исследованием которых он занимался на протяжении нескольких лет (1837-43). Эта работа была крайне опасна для здоровья. При взрыве в лаборатории Бунзен потерял правый глаз, в который попал осколок стекла, несколько раз получал сильнейшие отравления, но несмотря ни на что продолжал эксперименты.

        Бунзен выделил чистую окись тетраметилдиарсина и назвал её алкаларсином. Он полагал, что им получен свободный радикал какодил (диметиларсин), и приготовил ряд его производных — фторид, бромид, иодид, цианид и др. Полученные Бунзеном результаты стали одними из самых веских доводов в пользу правоты теории радикалов.

          В 1839 г. Бунзен был приглашён в Марбургский университет на должность экстраординарного профессора и директора химического института. Через два года он стал ординарным профессором. Здесь он занимался исследованиями в области электрохимии и изучал реакции в газовых смесях. Проблемами прикладной и физической химии он занимался всю свою творческую жизнь. По поручению датского правительства в 1846 г. он проводил минералогические и геохимические исследования; в 1851г. работал в Бреслау; в 1852 г. перешёл в Гейдельбергский университет, где занял кафедру вышедшего в отставку Х.Г. Гмелина. Здесь он вместе с Г. Р. Кирхгофом занялся спектральным анализом. Последовавшее после смерти Э. Мичерлиха и Г. Розе приглашение в Берлинский университет он отклонил, так как не хотел жить "при режиме господина Бисмарка". До своей отставки по возрасту в 1889 г. он работал в Гейдельбергском университете. Здесь на своём 50-летнем докторском юбилее (17 октября 1861 г.) Бунзен получил чин тайного советника первого класса и только в 1889 г. передал кафедру Виктору Мейеру.

    В 1846 по поручению датского правительства Бунзен проводил минералогические и геохимические исследования в Исландии, изучал деятельность гейзеров.

         Роберт Бунзен был превосходным преподавателем. В его лабораторию в Гейдельберге стремились многие молодые ученые, желавшие серьезно заниматься химией. Сконструированная им газовая горелка (1855) стала необходимой принадлежностью каждой лаборатории. В разные годы его учениками были Э. Франкленд, А. В. Г. Кольбе, Г. Э. Роско, К. Шорлеммер, Э. Эрленмейер, В. Мейер, Д. И. Менделеев, А. фон Велбсбах, А. Байер, Л. Н. Шишков, Ф. Ф. Бельштейн, Х. Г. Ландтольд и др.

Бунзен создал водоструйный насос, который облегчил и даже сделал впервые возможными многие операции, например, вакуумную перегонку. Введённая в практику газовая горелка Бунзена привела к замене угля на газ, что было очень важным усовершенствованием в лабораторной практике. До этого изобретения для защиты от находящейся в воздухе угольной пыли в лаборатории Либиха, например, носили цилиндры, береты или бумажные шапочки. Кроме того, регулировать нагревание с помощью дров было несравненно тяжелее, чем регулировать пламя горелки.

     Наука обязана Бунзену весьма важными исследованиями: его имя занимает одно из самых почётных мест на страницах истории химии. Первые работы Бунзена касаются различных вопросов неорганической химии, но вскоре его внимание было привлечено арсеноорганическими соединениями; результатом этих исследований было, кроме прочего, получение какодила (арсендиметила), с таким восторгом встреченное сторонниками теории сложных радикалов. Работы с газообразными веществами привели Бунзена к открытию новых методов, совокупность которых создала нынешний анализ газов.

Человечество обязано Бунзену открытием противоядия (водной окиси железа) при отравлении мышьяком (мышьяковистой кислотой). Во время своей летней поездки в Исландию, в 1846 г., Бунзен произвел целый ряд геолого-химических исследований, весьма важных для понимания вулканических явлений, изучал деятельность гейзеров.

У Бунзена в Гейдельберге учились точным приёмам анализа и минеральной химии значительное большинство современных учителей химии не только из немцев, но из англичан и русских. Среди тех, кто учился и работал у Р. В. Бунзена, обретаясь в конце 1850-х—начале 1860-х в гейдельбергской русской колонии, были Д. И. Менделеев, К. А. Тимирязев, Д. А. Лачинов, А. Г. Столетов, Ф. Ф. Бейльштейн и многие другие выдающиеся естествоведы эпохи.

Большую известность получили работы Бунзена по фотохимии, которые он выполнил совместно с английским химиком Г.Роско (1855–1863). Учёные исследовали действие солнечного света на смесь водорода и хлора, превращавшихся в хлорид водорода, а в 1862 ими был сформулирован количественный закон фотохимии, согласно которому количество фотопродукта определяется произведением интенсивности падающего света на время его воздействия на вещество (закон Бунзена–Роско).

Наиболее важным результатом его работ явилось создание спектрального анализа (с Кирхгофом) в 1859 - 1860 г.г. Они обнаружили, что излучение жидких или твердых тел, раскаленных добела, или газов, находящихся под большим давлением, разлагается призмой на сплошной спектр и что каждый элемент излучает характерный для него спектр. В 1860 г. они создали первый спектроскоп, с помощью которого относительно простым способом можно было установить спектр любого элемента. Этот прибор оказался превосходным инструментом для определения очень малых (следовых) количеств различных веществ. Они установили, что жёлтая линия натрия и D-линия солнечного света имеют одинаковую длину волны, обнаружили совпадение 70 линий солнечного спектра и спектральных линий химических элементов. Использование спектрального анализа позволило значительно увеличить число известных элементов.

С помощью спектрального анализа он открыл цезий (1860) и рубидий (1861). Стало возможным исследовать химический состав звёзд, причём оказалось, что на небесных телах те же химические элементы, что и на Земле.

В 1838 - 1845 г.г. он исследовал доменные газы, усовершенствовал способ их разделения и внедрил эти методы в практику. В химической и физической практике в большом ходу многие приборы, изобретенные Бунзеном и носящие его имя, например : Бунзеновская горелка, Бунзеновский водяной насос и регулятор, Бунзеновская батарея, Бунзеновский абсорбциометр и др.

Успехи в рационализации выплавки чугуна и переработки медной руды начались с работ Бунзена по анализу доменных и колошниковых газов. Он установил, что с ними выносится из печи более 50% тепла. Благодаря совершенствованию конструкции печей удалось значительно уменьшить расход топлива при проведении плавки металлов.

Бунзен создал угольно - цинковый гальванический элемент («элемент Бунзена») (1841), имевший наибольшую электродвижущую силу из всех известных тогда химических источников тока (~ 1,7 В). С помощью батареи, составленной из таких элементов, он получил чистые хром и марганец электролизом растворов их хлоридов, из расплавов хлоридов выделил магний (1852), алюминий, натрий, кальций (1854–1855) .

Исследуя образование вулканических пород и гейзеров в Исландии, заложил основы современной петрологии.

В 1857 он вместе с Л. Н. Шишковым исследовал процесс сгорания пороха.

Бунзен был равнодушен к обилию выпавших на его долю почестей. Он был всегда готов помочь людям, отличался благородством поступков. Его ученик Д. Тиндаль говорил, что Бунзен ближе всего подходит к идеалу преподавателя высшей школы. Он - подлинный основатель физико-химического направления исследований.

Роберт Бунзен был избран членом многих Академий наук. В 1862 он стал иностранным членом-корреспондентом Петербургской АН.

        Бунзен был чужд всяких почестей, отличался редкой скромностью, а его феноменальная рассеянность вошла в поговорку.

Умер Р.В. Бунзен 16 августа 1899 года в Гейдельберге.

      Роберт Вильгельм Бунзен был одним из последних великих исследователей XIX века. Его ученик Тиндаль сказал на похоронах своего учителя, что он «более всего подходит к идеалу преподавателя высшей школы».

Своими исследованиями в области органической, физической, аналитической, и неорганической химии Бунзен внёс огромный вклад в развитие химических знаний, предлагая повсюду новые, оригинальные методы.

       В честь Роберта Вильгельма Бунзена в 1964 году назван кратер на Луне.

• От постоянной возни с кислотами, щелочами и высокими температурами руки у Бунзена стали "огнеупорными". Объясняя студентам устройство изобретённой им горелки, он сунул палец в пламя и сказал:

• Вот здесь, в этой зоне, где находится мой палец, температура составляет примерно 300 градусов.

• Одна дама пожаловалась Р. Бунзену, что у неё нет детей. "А у вашей матери были дети? - спросил учёный. - Может быть, в вашей семье наследственная бездетность".

• Одним из самых значительных открытий Бунзена был синтез какодила, обладающего в высшей степени неприятным запахом. Это его свойство Бунзену вскоре пригодилось. Предоставленная молодому химику лаборатория была тесной и без вентиляции. Однажды Бунзену стало известно, что институт должен посетить министр, и он решил наглядно доказать, что в таких условиях работать невозможно. Он плотно закрыл окна и двери в рабочей комнате, а на стол поставил открытый сосуд с какодилом. Когда министр зашёл осмотреть лабораторию, химик завёл разговор об отсутствии вентиляции и предложил гостю самому убедиться в этом - пройти в рабочую комнату. Едва просунув в дверь голову, министр отпрянул назад. На следующий день в лаборатории была установлена хорошая вентиляция.

• Ученик Бунзена Тиндаль был женат на дочери лорда Клода Гамильтона. Их семейное счастье было взаимным. Страшная драма оборвала этот союз. Тиндаля мучила бессонница, и возле его кровати всегда находилось снотворное. Однажды жена ошиблась и дала ему слишком большую дозу снотворного: «Ты отравила меня!» - закричал Тиндаль, узнав о дозе. Врачи были бессильны, и знаменитый учёный умер.

• Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф — две вершины в истории химии. Памятником Бунзену можно считать всю спектроскопию. Знаменитую горелку, которую назвали его именем, Бунзен сконструировал с целью получить бледное, практически бесцветное пламя, в котором проще различать цвета спектра.

В зрелые годы Бунзен был обожаемым всеми приветливым холостяком с привычкой к неряшеству: жена одного из его коллег по Гейдельбергскому университету как-то сказала, что хотела бы его поцеловать, но прежде его нужно отмыть.

Кирхгоф, друг и коллега Бунзена, на равных участвовал во многих работах по спектральному анализу и внёс вклад во многие другие области физической химии. Лаборатории Бунзена и Кирхгофа во Фридрихсбау, в здании физического факультета, располагались по соседству.

Начиналось всё в конце XIX века. Бунзен и Кирхгоф однажды вечером, наблюдая пожар, с помощью спектроскопического анализа пламени определили, что в горящих материалах присутствуют барий и стронций.

Бунзен говорил, что во время прогулок к нему и приходят самые умные мысли. Одна из них была такой: “Если мы смогли узнать, что за вещества горят в Мангейме, то отчего бы не проделать этот трюк с Солнцем? Только вот все скажут, что мы сошли с ума”. Что произошло потом, знает теперь весь мир, однако прекраснее всего, надо думать, была минута, когда Кирхгоф сказал: “Бунзен, а я уже сошел с ума”, и когда Бунзен, сообразив, что это значит, ответил: “И я тоже, Кирхгоф!”

Свет Солнца, пропущенный сквозь спектрограф (простой инструмент, где призма раскладывает свет в цвета радуги), как оказалось, прерывается множеством узких чёрных полос. В 1802 году английский химик Уильям Гайд Воластон с удивлением обнаружил семь таких “зазоров” в солнечном спектре, 10 лет спустя Йозеф Фраунгофер из Германии, вооруженный куда лучшей оптикой, зафиксировал не менее 300 таких линий (потом их станут называть фраунгоферовыми).

Как установили Бунзен и Кирхгоф, две самые известные фраунгоферовы линии в точности соответствуют тем линиям из желтой части спектра, которые дает натрий в пламени горелки. Затем они стали находить в спектре Солнца все новые и новые следы присутствия других элементов, и в конце концов их методика позволила открыть прежде неизвестный, но имеющийся в изобилии на Солнце элемент — благородный газ гелий.

Чтобы оценить значение этого случая и понять, что привело друзей-ученых в восторг, стоит вспомнить влиятельного философа и математика Огюста Конта, который несколькими годами раньше провозгласил, что вопрос о составе Солнца — один из тех, на которые наука ответить не сможет никогда. Открытие того, что Солнце (и, как установили позднее аналогичным способом, далекие звёзды) состоит из тех же элементов, что и Земля, стало невероятно важным событием в истории науки.