Бродянский В.М. От твердой воды до жидкого гелия (история холода)

Установка Вроблевского и Ольшевского для ожижения кислорода

Базой для экспериментов послужила установка Кайете, которая уже выпускалась в это время в Париже фирмой «Дюкрете». Она была закуплена Вроблевским, который имел некоторый опыт работы с ней.

Началась интенсивная совместная работа, и уже в начале следующего 1883 г. желаемый результат был достигнут. Впервые в истории 29 марта 1883 г. был получен жидкий кислород.

З. Вроблевский и К. Ольшевский сделали, по существу, только один шаг вперед относительно своих предшественников, но это был шаг, обеспечивший принципиальное изменение, качественный скачок.

В чем же было отличие их аппаратуры от тех установок, которыми пользовались Кайете и Пикте? Чтобы это понять, проще всего рассмотреть устройство первого из сконструированных ими аппаратов (рис. 4.3)

Рис. 4.3. Установка Вроблевского и Ольшевского для ожижения кислорода.

Кислород, предназначенный для ожижения, находится под давлением в баллоне А. При открывании вентиля с он мог быть направлен в небольшой сосуд – ампулу n, служащую для его ожижения. Давление кислорода в ней, измеряемое манометром, можно посредством вентиля с поддерживать на нужном уровне. Ампула n помещена в двухстенный цилиндр m, в который через вентиль h может подаваться жидкий хладагент (в данном случае этилен) из баллона f, погруженного в смесь льда с NаСl. Дальнейшее охлаждение этилена происходит "смесью Тилорье" СО₂ + (С₂Н₅)2_О в змеевике, находящемся в сосуде g. Если это охлаждение необходимо произвести под вакуумом, то газ откачивается насосом через трубку о. Жидкий этилен, окружающий сосуд n, кипит под вакуумом, так как его пары откачиваются через трубку i. Вакуумметр k измеряет давление пара этилена и таким образом дает возможность точно знать температуру кипящего этилена. Если это давление соответствует 3,3·10^-4 МПа (2,5 мм рт. ст.), то температура будет примерно -136°С, а при 1,3·10^-4 МПа (1 мм рт. ст.) она будет около -152°С. Очёвидно, что кислород в ампуле а легко ожижится при сравнительно невысоком давлении до 2 МПа, что и произошло.

Предание говорит, однако, что этот долгожданный момент наступил не сразу. Истомившись от ожидания, Вроблевский и Ольшевский решили пойти в кафе, оставив у аппарата свои помощников, и когда вернулись, увидели, что победа, наконец, пришла! Экспериментаторы наблюдали, как на стенках ампулы n образуются мелкие капли жидкого кислорода, стекающие вниз и собирающиеся на дне. Можно представить, что они при этом чувствовали!

Полученную жидкость через трубку, открыв вентиль d, можно слить в открытый сосуд t. Часть ее при дросселировании до атмосферного давления испаряется, но оставшееся количество вполне достаточно для исследования.

Из описания ясно видны отличия установки Вроблевского и Ольшевского от устройства их предшественников. Одно и них имеет своеобразный характер: польские исследователи отказались от обоих основных способов внутреннего охлаждения – и дросселирования газа, которое применял Пикте, и адиабатного расширения по Кайете. В определенном смысле это был шаг назад, поскольку в дальнейшем техника ожижения газов пошла по направлению использования именно этих принципов (а холодильная техника к этому времени уже полностью перешла на них). Однако это был такой шаг назад, который позволил сделать тут же более мощный рывок вперед, Он дал возможность сосредоточить силы на старых, испытанных еще Фарадеем способах – растворении и испарении и «выжать» из них намного больше, чем удавалось раньше. Если отвлечься от второстепенных деталей, то станет очевидным, что причина "полуудачи" и Кайете, и Пикте состояла в том, что температуры испарения хладагентов в ступенях предварительного охлаждения были недостаточно низкими, для того чтобы добиться цели, нужно было намного понизить давление отсасываемых паров. В конечном счете, еще существовал и действовал оставшийся от прежних времен стереотип: "сильнее сжать, а охлаждением помочь". Вроблевский и Ольшевский его преодолели, глубже поняв работы Менделеева и Эндрюса. Действуя по обратному принципу – "сильнее охладить, а давлением помочь", они достигли положительного результата.

Секретарь Парижской академии, тот же Дебре, который первым узнал о результатах Кайете и Пикте, 9 апреля 1883 г. получил телеграмму: “Жидкий кислород получен, он бесцветен, как угольная кислота, через несколько дней получите сообщение”.[В то время угольной кислотой называли диоксид углерода.]

Надо заметить, что в определении цвета жидкого кислорода его “родители” ошиблись. Он на самом деле голубоватый, а в толстом слое имеет очень красивую интенсивно голубую окраску. Но, располагая малым количеством жидкости, ее можно и не увидеть.

3. Вроблевский и К. Ольшевский сделали 16 апреля совместный доклад на собрании Парижской академии. Их достижение, таким образом, было официально признано научным сообществом.

Вернувшись в Краков, они, окрыленные успехом, “с ходу” решили ожижить еще два “неподдающихся” газа – азот и оксид углерода. Но из этого ничего не получилось. Нужна была более низкая, чем для кислорода, температура, и кипящий этилен уже не годился. Но Вроблевскому пришла мысль использовать для этой цели полученный жидкий кислород, создавая вакуум уже над ним. Аппаратуру быстро доработали, и через две недели был сконденсирован азот, а затем оксид углерода и воздух. Была даже мечта сделать с кислородом то самое, что в 1775 г. произвел В. Гюллен с водой, превратив в лед.

Однако этого сделать не удалось; до температуры затвердевания кислорода (~56 K) было еще далеко.

Совместные работы Вроблевского и Ольшевского, которые привели к серии столь крупных достижений, продолжали всего полгода; в октябре 1883 г. их содружество неожидан закончилось. Оба стали работать самостоятельно в разных лабораториях (первый – в физической, второй – в химической). Причина этого разрыва так и осталась неизвестной. Никто из них никогда не высказывал третьим лицам или в печати каких-либо претензий или тем более обвинений по адресу своего коллеги. Не было и довольно часто встречающихся в ученых кругах споров о приоритете, в высказывании той или иной идеи или в каком-либо открытии, изобретении. Оба они держались по-рыцарски.

3. Вроблевский продолжал интенсивно работать, подготавливая как экспериментальную, так и теоретическую базу для ожижения водорода и одновременно изучая свойства веществ, в частности электропроводность, при низких температурах. Он стал членом нескольких академий и деканом физико-математического факультета. Уже в одиночку он занялся определением критической температуры водорода, что должно было дать в дальнейшем точный ориентир для его ожижения. В результате экспериментов он получил данные для уравнения состояния водорода и определил его критическую температуру равной 30 K. Это значение, близкое к действительному (~33 K), показывало, что получение жидкого водорода намного труднее, чем азота и кислорода, и что для этого нужна новая аппаратура. Эти последние результаты стали известны из бумаг Вроблевского, когда его уже не было в живых.

Занимаясь поздно вечером в лаборатории, он прилег отдохнуть на диван, возле которого стояла керосиновая лампа. Неосторожным движением во сне он опрокинул лампу и себя и, когда проснулся, был уже объят пламенем. Вроблевский выбежал во двор, где огонь сбили. Были приняты все возможные меры, но спасти его не удалось. Через несколько дней 16 апреля 1888 г. Вроблевский умер от последствий ожога.

Следующая страница: Работы Ольшевского в области криогеники