ДЖЕЙМС КАТБУШ
ДЖЕЙМС КАТБУШ
АМЕРИКАНСКИЙ ХИМИК
1788-1823
АВТОР
ЭДГАР Ф. СМИТ
ПРОРЕКТОР ПЕНСИЛЬВАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Сохраним же память о тех, кто заслужил ее; возможно, это побудит и других также заслужить ее —
ФИЛАДЕЛЬФИЯ, шт. ПЕНСИЛЬВАНИЯ
1919
ОБЩЕСТВО ПЕЧАТИ J. B. LIPPINCOTT COMPANY
МОИМ КОЛЛЕГАМ-ХИМИКАМ
ПРЕДИСЛОВИЕ
В следующих страницах нет ничего захватывающего. В них рассказывается о жизненном пути весьма скромного человека, глубоко интересовавшегося химической наукой и увлеченного ею, который также стремился вдохновлять других и знакомить широкую общественность своего времени с тесной связью химии с мануфактурами и вещами, столь широко входящими в повседневные занятия. Он был активным членом небольшой группы химиков, которые в первые годы девятнадцатого века побудили тысячи неспециалистов задуматься о возможностях химии, а кроме того, являлся пионером в области пиротехники, благодаря чему он заслуженно имеет право на всяческое признание. Прошло более века с тех пор, как были предприняты его самые серьезные усилия. Тем не менее пройдет совсем немного времени, и той ранней плеяде энтузиастов химии, членом которой он был, будет отведено почетное место в истории развития этой науки в Америке.
ДЖЕЙМС КАТБУШ
АМЕРИКАНСКИЙ ХИМИК
1788-1823
Едва ли можно представить себе, чтобы что-то, относящееся к развитию химической науки в Америке, не вызвало интереса у ее химиков. Отклик на нужды страны в последние несколько лет показал, насколько чудесно они трудились и какие удивительные вещи вынесли на свет. И все же в далеком прошлом — в те дни, о которых мы знаем лишь по слухам и благодаря беглому чтению, — жили химики, обладавшие энтузиазмом, знаниями и инициативой, целью которых было сделать так, чтобы выбранная ими наука служила благополучию человечества. В трудах таких людей, как Джеймс Вудхаус, Роберт Хейр, Адам Сейберт, Генри Сейберт, Джон Редман Кокс, Джозеф Клауд, Жерар Трост и многие другие, преобладал научный дух, хотя с ним соседствовало и более или менее четко определенное стремление сделать свои приобретения полезными. Особенно заметно это было на примере Вудхауса.
Общее мнение современных химиков сводится к тому, что химия должна быть полезна всем. Она может и должна быть научной, но ее принципы должны научно применяться во всяком полезном деле.
Читатель, желающий узнать о целях и чаяниях отцов науки в нашей стране, извлечет пользу, если обратится к подшивкам газеты «Аврора», старой ежедневной газеты Филадельфии, за 1808 год, и, начав примерно с середины июля, встретит там чрезвычайно интересную серию статей о применении химии под общим заголовком
ПРИМЕНЕНИЕ ХИМИИ К ИСКУССТВАМ И МАНУФАКТУРАМ
Имеется пятнадцать отдельных статей. Учитывая период — 1808 год, эпоху молодой Республики, — а также то, что времена были далеко не спокойными; что царили тревога и неопределенность относительно судьбы Республики, неудивительно, что мысли обращались к средствам защиты; поэтому именно порох стал первым продуктом, привлекшим внимание автора серии статей. Испытание и анализ пороха обсуждаются подробно. Методы кажутся весьма примитивными в свете современных знаний, но нельзя забывать о той эпохе. Сто лет спустя шедевры современных химиков, возможно, вызовут улыбки на лицах тех, кто случайно их прочтет. В этой пионерской работе по анализу пороха древесный уголь пороха часто называется «оксидом углерода». При упоминании разделения калия и натрия рекомендуется осаждать первый в виде тартрата. Естественно, сама селитра привлекает серьезное внимание, и взрывоопасность смеси древесного угля, селитры и серы привлекает внимание автора, поскольку он подчеркивает тот факт —
«что, независимо от образования газов или воздушных масс, действие тепла, или материи тепла, выделяющегося в процессе горения, значительно повышает прочность пороха вследствие вызова расширения этих воздушных масс».
Недавно, под давлением национальной необходимости, которая не скоро забудется, проблема получения селитры — нитратов и родственных им веществ — привлекла пристальное внимание химиков. Так и в период до и после 1808 года методы получения селитры подвергались серьезному рассмотрению. Например, был поставлен вопрос, кажущийся ныне забавным —
«Сколько селитры можно было бы произвести из отходов животного и растительного происхождения города Филадельфии в случае чрезвычайной ситуации? Какое количество можно было бы подготовить путем выщелачивания или промывки мусора старых зданий, земли конюшен, подвалов и т. д., а также почвы определенных участков Соединенных Штатов?»
Вполне уместно, что упоминание было сделано также о естественных месторождениях селитры, а также об искусственных плантациях, созданных на основе медленного опыта. Упоминается, что во Франции селитру добывали из извести и мусора старых, полуразрушенных зданий, а также с полов конюшен и голубятен, в то время как также зафиксировано, что во время Американской революции
«те же средства рукой бережливости и трудолюбия давали количества этого продукта в некоторых из тогдашних колоний, и»
что в южных районах его получали из земляных полов табачных амбаров.
Представление самых ранних методов получения селитры чрезвычайно интересно, пространно и детально, давая читалю полное представление о пионерских условиях и усилиях. Схема очистки селитры для использования в порохе поучительна и привлекательна. Обращается внимание на скалы и пещеры с селитрой в западной части нашей страны.
Обсуждается приготовление древесного угля. Пригодность древесного угля из различных источников подвергается тщательному осмыслению в связи с его использованием в порохе; то же самое касается и серы, используемой для этой конкретной цели, и в качестве источника этого ингредиента рекомендуется обычный колчедан, столь распространенный по всем Штатам. Среди других тем, имеющих жизненно важное значение в наши дни и обсуждаемых в продолжающихся статьях, — производство спирта из картофеля. Метод, применяемый в Германии, представлен подробно, после чего говорится —
«Картофельный спирт отличного качества изготавливался в этом городе (Филадельфия). Обнаружено, что он не только намного дешевле зерна, используемого в чистом виде, но и дает напиток с лучшим ароматом и другие качества, которые дают ему решительное преимущество».
Упоминаются ферментация, дрожжи и выпечка. Пивоварение и различные виды пива исследуются полностью. В те дни практиковалась фальсификация, поскольку в качестве заменителей обнаруживались полынь и квассия. Приготовление пива и эля для домашнего потребления, скорее всего, нашло бы мало поддержки в нынешнем «сухом» духе, тем более не встретило бы одобрения облагораживание вин и других спиртных напитков с высоким содержанием алкоголя. Однако подобные запретительные вопросы, которые обсуждаются сейчас, не волновали жизненно наших предков, так что было весьма уместно и похвально советовать публике, как посредством химии можно производить многие необходимые предметы жизни в наивысшей степени чистоты. Во многих домах существовали миниатюрные пивоваренные установки.
С другой стороны, среди полезных товаров были производство рыбного клея, обычного клея, желатина, альбумина, жженой магнезии и т. д.
Несколько статей, опубликованных таким образом в одной из самых уважаемых и влиятельных газет той ранней эпохи — 1808 года, — имели своей целью просвещение широкой общественности в вопросах применения науки для их нужд, но также существовало желание пробудить глубокий и устойчивый интерес к науке в целом, что кажется вполне очевидным из цитаты из замечательной речи доктора Джона Моргана, одно время главного врача американской армии. Этот отрывок гласил —
«О! Пусть никогда не будет сказано в этом Городе или в этой Провинции, столь счастливых своим климатом и почвой, где долго процветала Торговля и улыбалось изобилие, что наука, любезная дочь свободы и сестра богатства, клонит свою унылую голову или следует позади медленным, неровным шагом».
Несомненно, глубоко тронутый сам этим страстным призывом, автор статей в «Авроре» воскликнул —
«Я с уверенностью заявляю, что этого никогда не случится. Каждая полезная отрасль знаний найдет здесь свое излюбленное пристанище и воссияет в полуденном блеске, для достижения чего да соединятся каждое сердце и каждая рука».
И затем, вероятно, побежденный внутренней, непреодолимой силой и сознавая возможности своей науки в деле человека и неразвитые ресурсы нашей страны, тихо ждущие предстоящих изменений, которые должны быть осуществлены путем применения химии, он продолжает в том же духе —
«Если когда-либо было время довести искусства и мануфактуры до совершенства в этой Стране, то это настоящее время; ибо приближается пора, когда в силу необходимости, которая является матерью изобретения, наши внутренние ресурсы и применение их к нашим нуждам продвинут вперед блестящую и славную эпоху в летописях нашей Страны, уступающую лишь провозглашению независимости. Кому же создавать цепь мануфактур — превращать сырые произведения Природы в полезные изделия, как не вам, просвещенным гражданам, людям науки и усовершенствований, художникам и фабрикантам. Лаборатория Природы будет распахнута перед вами, и, используя библейское выражение: „И познаете, как сами познаны“».
Во всей серии этих статей проявляется тот благородный патриотический дух, который виден в последнем абзаце. Существует также интеллигентный и бескорыстный дух, так что по окончании чтения возникает вопрос об авторе, который писал так в 1808 году, — кем был этот ранний поборник прикладной химии, этот энтузиаст химии? Каждая статья содержит в конце инициалы J.C., которые в нескольких ранних статьях ошибочно указаны как I.C. Они не проливают света на наше любопытство, и, вероятно, никто никогда не узнал бы, кого представлял J.C., если бы сам этот человек в более зрелом возрасте не признался, что в двадцатилетнем возрасте написал эти статьи. Они чрезвычайно хорошо составлены. Они демонстрируют широкие общие знания, а также прекрасное знакомство с химической наукой. Их юным автором был Джеймс Катбуш.
Когда Роберту Хейру было двадцать лет, он подарил миру одно из величайших открытий, сделанных химиком. Катбуш представил известные химические факты для использования и улучшения естественных условий. Разве не могли бы молодые люди наших дней, окруженные всевозможной помощью, внести столь же серьезный и ценный вклад? Они непременно могут это сделать, если проникнуты духом предков — американским духом в химии.
Дополнительное свидетельство химической активности Катбуша в столь раннем возрасте можно увидеть в статье в «Филадельфийском медицинском музее» (1808 г.) о гремучей ртути. Это интересное вещество он объявил оксалатом ртути и сослался в качестве авторитета на «Химический и минералогический словарь» Эйкина. Он полагал, что содержание в нем щавелевой кислоты обусловлено действием азотной кислоты на спирт. Исходя из этого, он утверждал, что не видит причин, почему соль нельзя было бы приготовить способом, при котором «никакой спирт не используется». Соответственно, он тщательно смешал две части щавелевой соли и одну часть красного оксида ртути. На эту смесь он налил шестнадцать частей воды и тщательно растер твердую массу вместе. Со временем масса красного цвета приобрела пепельный цвет, после чего ее собрали на фильтре и высушили. По его собственным словам —
«При испытании части этого порошка на наковальне молотком он взорвался очень сильно, по сравнению с таковым, подготовленным по процессу Говарда, результат был почти равен».
Хотя Катбуш ошибался относительно истинного состава гремучей соли, он по крайней мере подарил научному миру характерное свойство оксалата ртути, который действительно взрывается со значительной силой, в то время как при 180° C он быстро распадается с мягким взрывным эффектом. Как ни странно, он, по-видимому, не оставил мнение о том, что взаимодействие спирта и азотной кислоты приводит к образованию щавелевой кислоты.
Занимаясь экспериментальной работой, Катбуш активно распространял научные факты с помощью своего пера. Так, именно в этом году (1808) он опубликовал «Полезный кабинет».
Окружение Катбуша было благоприятным. Вудхаус находился в зените своей карьеры. Джон Редман Кокс играл заметную роль в кругах филадельфийской науки. Восхитительный и всесторонне образованный Бенджамин Смит Бартон был всеобщим любимцем у молодых людей науки; Адам Себерт закладывал основы минералогической химии, а Жерар Трост должен был вскоре появиться и придать дополнительный азарт и импульс химическим исследованиям. Все эти люди знали Катбуша, и знали с хорошей стороны, судя по его собственным упоминаниям о них в его разрозненных трудах. К числу всех них он, судя по всему, испытывал самую сильную привязанность к знаменитому Бартону и талантливому Коксу, хотя писал о докторе Вудхаусе как о «непревзойденном экспериментаторе». Странно, однако, что его упоминания о Роберте Хейре редки и скудны. Нелегко понять, почему так обстоят дела. Верно, в последние десятилетия 18 века и первые десятилетия 19 века существовали местные предрассудки и клики. Их следует сожалеть, но человечество хрупко, и, пожалуй, мудрее пройти мимо них, однако столько всего можно было бы понять лучше, если бы все факты были обнародованы. Катбуш часто с одобрением упоминал Джона Редмана Кокса, отсюда, вероятно, и появление нескольких его статей на страницах «Филадельфийского медицинского музея», редактировавшегося в этот конкретный период Коксом. Например, в 1809 году Катбуш опубликовал в этом журнале статью об образовании эфира и предположил, что продукт взаимодействия серной кислоты и спирта лучше всего очищать перегонкой над марганцем или диоксидом свинца, а не над едким кали, как это было принято. Он также останавливался на получении этилена в этом процессе, приписывая его присутствие дегидратирующему действию серной кислоты на спирт. На мгновение он обрадовался этому наблюдению, полагая, что оно ново, но быстро утих, когда обнаружил, что Фуркруа и Воклен задолго до этого сделали те же наблюдения и дали то же объяснение. Два года спустя (в 1811 г.) в том же журнале Катбуш опубликовал результаты экспериментов по определению ценности хмеля для пивоваров. Он много говорил о его эфирном масле в приготовлении солодового напитка и повторял свои более ранние личные наблюдения о важности химии в пивоваренных процессах —
«Искусство, в которое, помимо принципов химии, было внесено много усовершенствований. Нашему достойному и искусному соотечественнику, мистеру Хейру, принадлежит большая хвала за различные усовершенствования в этом искусстве, которые, можем мы добавить, стали следствием его правильных принципов в химии и натурфилософии».
Вот одно из немногих упоминаний о Роберте Хейре, сделанных Катбушем. Это было тогда, когда Хейр посвящал большую часть своего времени и умственной энергии развитию и улучшению бизнеса своего отца. Он применил к нему свои научные знания, чтобы в итоге все рухнуло из-за условий, обрушившихся на страну в период Войны 1812 года. Нельзя легко забыть сыновнюю преданность Роберта Хейра своему отцу в этом конкретном деле. С радостью он занимался бы чистой наукой, но он знал свой долг и взял его на себя, хотя и не мог уделять много времени науке до 1818 года. Но эта история уже рассказана. Другой отзыв Катбуша, появившийся годы спустя, гласит следующее:
«Дефлагратор профессора Хейра из Филадельфии — это аппарат, весьма пригодный для многих интересных экспериментов по гальванизму. Этому джентльмену мы обязаны составной паяльной трубкой, которая производит очень интенсивное тегло в результате горения водорода в контакте с кислородным газом. Несмотря на то, что профессор Кларк из Англии предъявил права на аппарат и использование газообразного водорода таким образом, заслуга открытия принадлежит нашему ученому и искусному соотечественнику».
Следующие несколько лет в жизни Катбуша были крайне интересными. Ему нравилось общаться со своими товарищами, и зафиксировано, что в 1810 году он стал членом ложи № 2 вольных каменщиков, в состав которой входили генералиссимус Питер Муленберг и многие другие выдающиеся филадельфийцы в различных сферах жизни. На них он произвел чрезвычайно благоприятное впечатление, поскольку в июне 1811 года Катбуш стал председательствующим офицером своей ложи и впоследствии часто приглашался выступать перед своими братьями по поводу некоторых актуальных тем. Совершенно очевидно, что он также воспользовался своим высоким положением для привития знаний о науке и своей любимой науке химии в частности, ибо на страницах «Журнала масонов» за 1811 год можно увидеть статью «Предметы и значение химии» — статью для неспециалистов, в которой четко изложено, как наука проникает во все сферы жизни. Во многих отношениях она напоминает вводную главу «Химического катехизиса» Парка, поскольку советует, как химия
«снимает вуаль с творения Природы и знакомит нас со всеми явлениями, происходящими вокруг нас».
Предложения Катбуша были уместными и своевременными. Они пробудили интерес его аудитории и побудили многих заняться научными изысканиями. В одном месте он подробно остановился на чудесных целебных свойствах железистой воды близ Колестауна, шт. Нью-Джерси, приведя ее анализ и то оздоравливающее действие, которое она, по-видимому, оказывала на тех, кто ею пользовался.
Опять же, в декабрьском номере «Журнала масонов» (1811 г.) он представил весьма интересный, легко читаемый и сжатый исторический очерк нашей науки, который завершается следующим образом:
«Таким образом, химия стала совершенно новой наукой. Она больше не ограничивается лабораторией искусств: она распространила свои полеты до высочайших вершин философии и следует путями, некогда считавшимися непроницаемыми тайнами. Навсегда заняв возвышенное положение, которое она теперь удерживает, богатая всеми своими новыми завоеваниями, она стала наукой, наиболее приспособленной к возвышенным философским спекуляциям, наиболее полезной в продвижении всех операций искусств и наиболее рациональной для научного времяпрепровождения. Точная в своих процессах, верная в своих результатах, разнообразная в своих действиях, не имеющая границ в своих применениях и своих взглядах, строгая и геометрическая в своих рассуждениях, едва ли найдется человеческое занятие, которое она не озаряла бы и на совершенствование которого она не могла бы оказать большого влияния. Она дарует великое наслаждение каждому классу индивидуумов: и кто не возжелал бы познакомиться с наукой, которая просвещает почти каждый вид человеческих знаний?»