Издательство «Молодая гвардия», 1974 г

Вид материала

Документы

Подобный материал:

• Леонид Гроссман. Пушкин. Москва, Издательство ЦК влксм "Молодая гвардия", 1939, 648, 165.63kb.
• Достоевский москва «молодая гвардия», 6899.86kb.
• Москва «молодая гвардия» 1988 Гумилевский, 3129.54kb.
• Конспект Список литературы. Данные о страницах, 1984.03kb.
• Анатолий Тарасов совершеннолетие хоккей и хоккеисты, 3158.36kb.
• Борис Иванович Машкин, российский патентный поверенный. Российская судебная практика, 14.83kb.
• Етирования читателей области к 65-летию создания Краснодонской подпольной молодежной, 358.85kb.
• Леонид Борисович Дядюченко автор нескольких книг стихов и документальной прозы,, 3027.99kb.
• «Молодая гвардия», 118.47kb.
• А. Н. Яковлев от Трумэна до Рейгана доктрины и реальности ядерного века издание второе,, 5531.78kb.

По предложению Жерара такие ряды соединений, со­став которых выражается одной общей формулой, стали

58

называть гомологическими рядами. Замещая отдельные атомы водорода и целые группы их атомами кислорода — О, азота — N, серы — S, гидроксильной группой — ОН, нитрогруппой — NOz и т. д., можно получить ряды со­единений, формулы которых выводятся из формулы мета­на. Все это многочисленное семейство называют рядом метана или жирным рядом, так как жиры также входят в это семейство.

Другой первичный радикал — ароматическая жид­кость бензол — открыт М. Фарадеем в 1825 году. Его молекула состоит из шести сцепленных в кольцо угле­родных атомов, каждый из которых соединен с одним атомом водорода. Замещая эти атомы, сцепляя бензоль-вые кольца во всевозможных сочетаниях, можно полу­чить второе обширное семейство веществ, получивших название ароматических. Правда, в 1860 году еще не было известно, что в бензоле атомы углерода сцеплены в кольцо, это было установлено пять лет спустя, но ха­рактерные особенности веществ ароматического ряда . были уже установлены.

Что же касается органического синтеза, то после дивного велеровского открытия наука в течение многих лет не подвигалась дальше в этом направлении. Лишь в пятидесятых годах были возобновлены опыты в этом на­правлении и началась титаническая, захватывающая своей красотой и напряженностью работа французского химика Марселепа Бертло. В 1853 году из простых орга­нических соединений — глицерина и жирных кислот — он получает искусственные жиры. В 1855-м он синтезирует спирт из этилена, пропиловын спирт, горчичное масло. В 1856 году он берется за синтез углеводородов, в 1857-м — получает искусственный древесный спирт. И к 1860 году в его голове складывается план того ослепи­тельного каскада синтезов, при помощи которых он по­лучил едва ли не большинство известных в то время ти­пов органических соединений из ацетилена — газа, ко­торый нетрудно получить из угля, извести и воды.

Тайна изомерии в 1860 году тоже была близка к раз­гадке. Уже публиковал некоторые соображения о струк­турных Аормулах Август Кекуле. Уже в голове Алек­сандра Бутлерова созревали идеи структурной теории, излогкемкые им 19 сентября 1861 года в его историче­ском докладе «О химическом строении веществ». А от них уже недалеко было до его блестящей работы «О рав-

59

личных объяснениях некоторых случаев изомерии», ко­торую он опубликовал в 1863 году и в которой доказы­валось: различие свойств органических веществ с одина­ковым химическим составом есть следствие различия

в строении их молекул.

Таким образом, интерес Менделеева к органической химии, бурно развивающейся и таящей в зародыше не­мало великих открытий, представляется вполне оправ­данным и объяснимым. Зато совершенно неоправданным и необъяснимым представляется то равнодушие, с кото­рым он оставляет работу, принесшую ему такой успех и такое одобрение коллег. Складывается впечатление, буд­то мастер, занятый работой, настолько сложной и топ­кой, что она недоступна для понимания подмастерьев, устал слушать их ворчание по поводу своего мнимого лентяйства или неумения. Отвлекшись ненадолго, подо­шел, сделал с блеском и с радостной яростью работу, над которой они корпели, поразил, продемонстрировал выс­шее мастерство и снова вернулся к своему тонкому и не­заметному для непосвященных труду. И сделанная в за­пальчивости работа среди прочих творений мастера за­няла какое-то странное и не совсем понятное для потом­ков место. Именно такое место в творчестве Менделеева

и заняла «Органическая химия».

Действительно, еще в декабре 1860 года не было ни­каких намеков, что Дмитрии Иванович собирается за­няться органической химией. Не далее как 16 декабря Он написал попечителю петербургского учебного округа:

«Главный предмет моих занятий есть физическая хи­мия... Блеск чисто химических открытий сделал совре­менную химию совершенно специальною наукой, оторвав ее от физики и механики, но несомненно должно настать время, когда химическое сродство будет рассматривать­ся как механическое явление... Я выбрал своею специ­альностью те вопросы, решение которых может прибли­зить это время». И вдруг через каких-нибудь два меся­ца мы застаем его работающим над учебником органиче­ской химии.

Ну хорошо, может быть, передумал, пересмотрел свои взгляды. Может быть, успех «Органической химии» убе­дил в том, что раньше заблуждался. Но нет! Через неко­торое время, когда Зинин начал сетовать на то, что Мен­делеев не продолжает работать над проблемами органи­ческой химии, Дмитрий Иванович пишет ему письмо,

60

свидетельствующее о том, что он и не думал менять свои взгляды: «Разработку фактов органической химии считаю в наше время не ведущей к цели столь быстро, как то было 15 лет тому назад, а потому мелочными фактами этой веточки химии заниматься не стану».

Но ежели с самого начала знал, ежели всегда пони­мал, то зачем брался? Из-за денег? Но ведь на Демидов­скую премию, как явствует из условий, можно было пред­ставить работу на любую тему, а уж в темах-то у Мен­делеева недостатка никогда не бывало. Биографы и ис­следователи творчества Менделеева всегда чувствовали, что в этой истории с «Органической химией» таится ка­кая-то неясность, какая-то странность, и почти все они как-то затруднялись в оценке этого труда. Подчер­кивая заслуги Менделеева в том, что именно он написал первый русский учебник органической химии; что имен­но он первый отказался от старого способа написания некоторых знаков и формул; что именно он ввел в рус­ский химический обиход многие термины, сохранившие­ся до наших дней; что именно он разработал теорию предельных органических соединений, они начинают мять­ся, когда дело доходит до оценки той роли, которую сыг­рала книга Менделеева в развитии органической химии. Едва ли не извиняющимся тоном начинают ояи гово­рить, что-де в то время органическая химия находилась как раз в состоянии полнейшего переворота, что теория пределов не давала объяснения проявлениям изомерии и что Менделеев почему-то не оценил по достоинству структурной теории Бутлерова, разъяснившей эту самую изомерию.

У каждого ученого есть исследование, которое лично для него означает гораздо больше, чем для науки; кото­рое в формировании его собственных взглядов сыг­рало роль гораздо более важную, чем в формировании избранной им науки. Думается, что «Органическая хи­мия» была именно таким трудом для Менделеева. Совер­шенно очевидно, что эта книга не сыграла значительной роли в развитии органической химии, зато она дала Дмитрию Ивановичу повод и возможность обдумать и решить для себя еще одну важную сторону волнующей его проблемы, сделать еще один шаг по направлению к его великому открытию.

Что же могло привлечь внимание Менделеева к ор­ганической химии? Что могло заинтересовать его в этой

61

науке, от которой он упорно отворачивался, несмотря на все попытки склонить его к ней? Пожалуй, на эти вопро­сы можно ответить уверенно: Менделеева побудили за­няться органической химией гомологические ряды.

Действительно, нет в органической химии ни одного ' вещества, которое стояло бы одно, само по себе. Здесь каждое вещество — член гомологического ряда, член бесконечной цепи веществ, каждое из которых несет на себе неизгладимое клеймо рода. Зная, к примеру, что метиловый спирт определенным образом реагирует о натрием, мы можем уверенно утверждать, что любой спирт из уходящего в бесконечность гомологического ря­да взаимодействует с натрием точно таким же образом. Пристраиваясь один к другому, гомологические ряды об­разуют классы органических веществ — углеводороды, спирты, альдегиды, кислоты, эфиры.

По всей вероятности, Менделеев испытывал эстети­ческое наслаждение, созерцая таблицы гомологических веществ. Вот выстроился вдоль горизонтали ряд углево­дородов: метан, этан, пропан, бутан, пентан... Вот их формулы: СН4, С2Нб, СзНв, С4Ню, CsHiz. Закон прост! каждый последующий член ряда отличается от предыду­щего только тем, что содержит лишний радикал СНз. Взгляд Менделеева с удовлетворением останавливается на закономерно увеличивающихся значениях удельного веса и температуры кипения.

Ниже — второй ряд: этилен, пропилен, бутилен, ами­лен... С2Н4, СзНб, С4Н8, CsHlO...

Еще ниже — третий ряд: ацетилен, аллилен, крото-нилен, валерилен... С2Нз, СзН4, С4Нв, СаНв...

А вот и последний, завершающий ряд углеводоро­дов — ароматические: бензол, толуол, ксилол, кумол... СеНб, CyHs, CaHio, CgHia...

Ясно, что перемещение вправо вдоль горизонтальной оси такой сетки сопровождается непрерывным возраста­нием молекулярного веса. А что означает перемещение вниз по вертикали, по соединениям, содержащим одина­ковое количество атомов углерода? Прежде всего это означает уменьшение молекулярного веса, но уменьше­ние, идущее за счет одного только водорода. Другими сло­вами, двигаясь вниз по вертикали, мы постепенно пере­ходим к соединениям, все менее и менее насыщенным во­дородными атомами. А что означает такое уменьшение?

Спустя много лет, вспоминая о поисках ответа па

62

этот вопрос, Дмитрий Иванович писал: «Возвратившись из заграницы и начав чтение органической химии, я стал ее писать и тогда формулировал понятие о пределе, следуя за идеями Франкланда». Кто же такой был Франкланд и какими его идеями воспользовался Мен­делеев?

В 1853 году, изучая соединения азота, фосфора, мышьяка и сурьмы, английский химик Эдвард Франк­ланд обратил внимание на то, что один атом любого из этих элементов может присоединять иногда 3, а иногда 5 атомов других элементов. Исследовав вопрос, Франк­ланд предложил характеризовать способность элементов к насыщению термином «атомность» или «валентность», Если, к примеру, азот присоединил 3 атома водорода, то его валентность равна 3. Кислород образует воду, присо­единяя 2 атома водорода, следовательно, кислород двух­валентен. В пятиокиси азота, состоящей из 2 атомов азота и пяти атомов кислорода, азот пятивалентен и так далее.

Это понятие, без которого немыслима современная химия, в 1860 году еще далеко не установилось в науке, и Менделеев не решился ввести его в учебник: «Не долж­но забывать, что понятие об атомности заключает в себе много условного и служит, как мне кажется, глав­ным образом только для облегчения системы, не заклю­чая в себе ничего абсолютного». Поэтому Дмитрий Ива­нович пошел по более наглядному пути. Он обратил вни­мание, что максимальное количество водорода на каждый атом углерода содержится в соединениях первого гомоло­гического ряда. Он стал называть эти углеводороды пре­дельными. Все нижележащие ряды — ряды непредель­ных углеводородов, причем чем ниже лежит ряд, тем меньше его соединения насыщены водородом и тем легче они вступают во всевозможные реакции.

Эта ясная, чрезвычайно наглядная картина перехода весового количества в химическое качество была так близка и дорога душе Менделеева, вносила столько ясно­сти и понимания в систему его взглядов, что он весьма настороженно отнесся к структурным теориям и объяс­нениям изомерии, появившимся вскоре после выхода его книги. Структурные формулы и изомерия настолько усложняли построенную им модель, порождали столько новых вопросов, что Дмитрию Ивановичу пришлось про­явить редкое умение — умение самоограничиваться,

63

Он интуитивно ощутил: иногда пытаться ответить на все вопросы — значит отказаться от намерения понять хоть что-нибудь. И он не стал претендовать на то, чтобы объ­яснить все...

О причинах, побудивших его с осторожностью отно­ситься к структурной теории Бутлерова, Менделеев пи­сал: «...при изложении в 1860-х годах «Органической хи­мии» ...я старался выставлять на вид постепенность и не­прерывность перехода от жирных соединений к аромати­ческим, выставляя на первый план то обстоятельство, что первые отвечают пределу Сп Нзп+, а вторые — далеко­му от него классу соединений соответствующих углево-дородям состава СпНп-е... Апетилены, терпены и тому подобные ряды должны поэтому составлять ступени пе­рехода. Подобные, вполне естественные, соображения бы- •^\-ли совершенно забыты, особенно по поводу господства той части структурного... учения... по которой для пре­дельных соединений признается цепеобразное строение... а для ароматических — замкнутое или кольцеобразное...»

Эти слова, в которых сквозит неприязненность к структурной теории, написаны в 1894 году, когда идеи Бутлерова в органической химии восторжествовали, и время показало, что здесь прав был именно Бутлеров. Но зато Менделеев открыл периодическую систему эле­ментов. И быть может, и в том, что он сделал это ве­ликое открытие, и в том, что он оказался не прав в споре с Бутлеровым, проявилась одна и та же особенность его мышления — умение пренебречь усложняющими дело тонкостями и обнаружить мощный принцип, позволяю­щий увидеть порядок в груде материала, поначалу пред­ставляющейся хаотичной. Понятие о пределах — вот тот принцип, который дал возможность Менделееву охватить единым взглядом пеструю картину органических ве­ществ. И позднее мы увидим, какую роль сыграет этот принцип в открытии периодического закона...

Иногда бывает очень интересно проследить первые шаги великого человека на ниве избранного им дела, особенно такие его шаги, в которых он волен сам при­нимать решения, волен выбирать то, что ему почему-либо представляется заслуживающим внимания. В этом смысле бесценным материалом для биографа, изучаю­щего творчество Менделеева, следует считать «Журнал

64

Министерства народного просвещения» за 1857 год, когда

23-летний магистр вел в нем раздел «Новости естествен­ных наук».

Распределив опубликованные Менделеевым заметки по тематике, мы получим удивительную картину, пока­зывающую,, как рано и как точно сложились у Дмитрия Ивановича его научные интересы. Судя по заметкам, опу-.бликованным в «Журнале Министерства народного про­свещения» за 1857 год, 23-летнего магистра Менделеева больше всего интересовали неорганическая химия и свой­ства химических элементов... Второе, третье и четвертое места делили одинаково интересующие его области: ор­ганическая химия, минералогия и природные богатства России, физиология животных. Затем следуют физиче­ская химия, сельское хозяйство, зоология и ботаника, стекло и стеклянное производство, метеорология и пиро­ксилин.

Конечно, жизнь должна была внести свои поправки в пасьянс ранних менделеевских интересов, и она дей­ствительно внесла их. В 1861 году Менделеев написал курс «Органическая химия» и, подчиняясь своенравным, но неумолимым требованиям жизни, взялся за «техноло­гию по Вагнеру». Ив результате в раскладе его интере­сов стекло и стеклянное производство переместились с одного из последних мест на первое...

«Здоровье мое плохо, кашель и кровохарканье исто­щили мои силы очень значительно, — писал Менделееву в августе 1861 года профессор М. Скобликов. — С декабря месяца я решительно не в силах заниматься. Читаю раз­ные книжки — вот и все мои занятия. Вы очень кстати, стало быть, предложили ваше намерение взять на себя редакцию Технологии Вагнера... Я хочу срать, что я решился окончательно передать кому-нибудь ответствен­ность по редакции этой книги. Если вы пожелаете, Дмит­рий Иванович, принять на ваше имя редакцию Техноло­гии Вагнера, напишите мне об этом». Прекрасный специа­лист по технической химии, профессор Петербургского университета Скобликов, готовивший переводное изда­ние «Технологии по Вагнеру», в 1859 году тяжело забо­лел и вынужден был уехать для леченЯза границу. Тогда они и познакомились с Менделеевым, сдружились, и между ними завязалась переписка. И эта встреча спу­стя 2—3 года обернулась для Дмитрия Ивановича рабо­той, в которой проявилась новая грань его удивительной •

5 Г. Смирнов 65

одаренности и которая связала его имя с Петербургским технологическим институтом.

По всей видимости, он с радостью взялся за техноло­гию, и из мира скудных и бледных символических выра­жений отвлеченной науки его мысль перенеслась в хло-* потливый, живой, веселый мир техники и промышленно­сти. Бестелесные формулы вдруг обрели плоть и кровь, абстрактные термины — энергия, сила, масса — вдруг наполнились глубоким значением и начали волновать, как воспоминания детства. Дмитрий Иванович не смог избежать очарования научной истины, представшей пе-„ ред ним в столь полнокровном конкретном выражении.

В течение 1862 года Дмитрий Иванович подготовил три выпуска: «Производство муки, хлеба и крахмала», «Сахарное производство», «Производство спирта и алко-олометрия». Но когда дело дошло до четвертого выпу­ска — «Стекло и стеклянное производство», сердце его дрогнуло. Вспомнились детские впечатления, Аремзянка, завод... И захотелось разобраться, понять суть и смысл запомнившихся с детства, но недоступных детскому по­ниманию инструментов и операций. А когда полистал да почитал Вагнера, понял, как много неясного и вздорного почитается за истину в теории стеклянного ремесла.

Четвертый выпуск «Технической энциклопедии» дал Дмитрию Ивановичу возможность довести до полной яс­ности те идеи, которые были развиты в его доцентской диссертации «О составе кремнеземных соединений», ко­торую он защитил в 1856 году. Соединения эти давно вы­зывали у Менделеева как у химика ощущение беспокой­ства. В самом деле, изучение чистого кремния показы­вало, чтодмот элемент очень сходен с углеродом (в на­ше времяжазали бы, что углерод и кремний входят в одну группу периодической системы элементов). Не из-за этого ли сходства именно углерод и кремний подели­ли между собою живое и минеральное царства? Не из-за этого ли сходства вся органическая химия зиждется на соединении углерода с водородом, а вся минеральная — па соединении кремния с кислородом — кремнеземе? Но вот что удивительно: трудно сыскать в природе ве­щества, котое различались бы сильнее, чем соедине­ния органические и минеральные. Какое поразительное различие, какая противоположность в свойствах соедине­ний вдруг оказывается у сходственных элементов — уг­лерода и кремния. Если первый олицетворяет собой тон-

66

кую, переменчивую, уязвимую живую материю, то вто­рой — символ материи минерального мира, материи хо­лодной, косной, малоподвластной времени и разрушитель­ным силам.

В 1864 году Дмитрий Иванович мог уже говорить о ясных результатах своих размышлений. Он понял, что органические и минеральные соединения являют собой два различных принципа организации, два различных ти­па упорядочения вещества. Органическая химия построе­на по первому принципу, в ней все вещества четко от­делены одно от другого, содержание составляющих дан­ное вещество элементов находится в строго постоянной пропорции, и нарушение этой пропорции равносильно уничтожению данного соединения. Химия минеральная совсем другое дело. Основа ее — кремнезем — твердое «огнепостоянное» вещество, способное сплавляться со многими окислами и образовывать с ними однородную массу. Но в отличие от обычных химических соединений, в которых жесткие связи однозначно определяют соот­ношение всех составляющих элементов, кремнеземистые сплавы способны соединяться во всевозможных отноше­ниях и образовывать множество разнообразных соедине­ний. Именно на этом свойстве кремния зиждется второй принцип организации веществ, принцип, который дал ми­неральному царству богатство и разнообразие, немногим уступающее богатству и разнообразию живой природы.

«Техническая энциклопедия» сыграла важную роль в жизни Дмитрия Ивановича. Она принесла ему репутацию знающего химика-технолога, что послужило основанием для выдвижения его на должность исполняющего обя­занности экстраординарного профессора технической хи­мии в Петербургском университете. Однако министр про­свещения отказался утвердить ходатайство факультета под предлогом, что у Менделеева не было докторской степени. И хотя в 1863 году будто в отместку министру Технологический институт, не входивший в систему мини­стерства просвещения, избрал Менделеева профессором и дал ему казенную квартиру при институте, Дмитрий Иванович решил заняться работой над докторской дис­сертацией.

О степени популярности того или иного ученого не­редко свидетельствует обилие ходящих в народе анек-

5* 67

дотов и слухов, в которых самым неожиданным и при­хотливым образом расцвечиваются и перевираются све­дения о его научных работах. О Менделееве ходило не­мало слухов такого сорта. Одни, например, говорили, что именно Дмитрий Иванович нашел секрет приготовления • русской водки, прославившейся на весь мир своим не­обыкновенным вкусом. Другие же шли еще дальше, до­казывая, что Менделеев заработал огромные деньги, из­готовляя поддельные французские вина для известного в то время владельца магазинов Елисеева. За популяр­ность приходится расплачиваться... Все эти фантастиче- , ские измышления построены только на одном действи­тельном факте: докторская диссертация Дмитрия Ива­новича называлась «О соединении спирта с водою».

В 1863 году, когда Менделеев занялся этими исследо­ваниями, трудно было найти тему, которая вытекала бы так естественно и так закономерно из его предыдущих работ. Органическая химия, твердо поставленная пред­шественниками и успешно развиваемая современниками, дала ему повод разобраться и уяснить себе принцип по­строения многочисленных органических веществ. Доцент­ская диссертация и «Стекло и стеклянное производство» явили его взору новый, еще мало изученный принцип, ответственный за многообразие минералов и стекол. По­нять его, изучить его действие, объяснить, как обра­зуются бесчисленные неопределенные соединения, в ко­торых нет строго выдержанных соотношений между вхо­дящими в их состав компонентами, — вот что Менделеев поставил себе очередной задачей.

Но как неудобны для этой цели «огнепостояниыо», твердые, неразложимые кремнеземистые соединения Как трудно найти образцы, которые можно было бы считать однородными. Как труден их элементарный анализ по сравнению с анализом органических веществ. Как, на-кояец, труден, в сущности, даже невозможен для техни­ки тех лет, синтез минералов с зарапое заданным со­отношением входящих в них окислов...

Редактируя «Технологию по Вагнеру», Дмитрий Ива­нович должен был дополнить главу об алкоголометрии. Работая над ней, он понял, что спирт, смешивающийся с водой в любых пропорциях, — прекрасный объект для изучения неопределенных соединений. Так волею обстоя­тельств Менделеев снова возвращается к любимым фи­зико-химическим исследованиям.