Бородин — пятница, 16 апреля 2010-го

Борьба в науке

Просмотров: 1944

В истории науки бывают спокойные времена, когда копятся факты и каждый новый факт находит себе удобное место в уже готовых схемах, в ячейках давно построенного прочного здания теории.



Но бывают и другие времена,— когда здание теории становится тесным для новых фактов. Все очевиднее делается необходимость перестроить это старое здание, которое больше уже не помогает, а мешает росту науки.



Так начинается борьба между тем, что отжило свой век, и тем, что идет на смену. Эта борьба вновь и вновь проверяет прочность старого и силу нового.



Сторонники старого стараются приспособить свои теории к новым фактам. Но это не всегда решает вопрос.



И наступает момент, когда передовые идеи, окрепшие в борьбе, сметают наконец все преграды. На месте старой теории возникает новая,— словно более просторное и удобноезнание,
вмещающее то, чего не могло вместить прежнее.



В такие революционные времена начинал свою работу Бородин. Он сразу, еще студентом, попал в самую гущу схватки.



На лекциях Зинина, в спорах, то и дело вспыхивавших в «химическом клубе», не раз повторялись имена сторонников нового и старого направления в химии. Раздавались голоса «за» и «против». И молодому химику надо было решить, под чьи знамена встать. Под знамена Берцелиуса, который на протяжении десятилетий был чуть ли не единовластным законодателем химии? Или же примкнуть к его противникам — Лорану и Жерару, поднявшим восстание против старой теории?



Впрочем, то «новое направление», которое отстаивали Лоран и Жерар, было в действительности совсем не новым в науке.



Спор шел об основных понятиях химии — о молекулах и атомах. Но еще в середине XVIII века Ломоносов ясно представлял себе различие между «корпускулой», то есть молекулой, и «элементами», то есть атомами, ее составляющими.



В 1741 году он писал в «Элементах математической химии», что «корпускулы однородны, если состоят из одинакового числа одних и тех же элементов, соединенных одинаковым образом. Корпускулы разнородны, когда элементы их различны и соединены различным образом или в различном числе; от этого зависит бесконечное разнообразие тел».



Опережая на столетие своих современников, Ломоносов верил, что «острое исследователей око» проникнет со временем во внутреннее строение «нечувствительных частиц» — молекул.



«Ежели когда-нибудь сие таинство откроется,— писал он в «Слове о пользе химии»,— то подлинно химия тому первая предводительница будет, первая откроет завесу внутреннейшего сего святилища натуры».



А в рассуждении «О твердости и жидкости тел» он говорил: «Во тьме должны обращаться физики, а особливо химики, не зная внутреннего нечувствительных частиц строения».



Ярким светом пронизывало эту тьму учение Ломоносова, указывая исследователям путь в глубь вещества. Но прошло больше ста лет, прежде чем цель была достигнута и внутреннее строение молекул стало доступным изучению.



Путь оказался таким долгим не только потому, что для дальнейшего развития химии нужно было сначала накопить большой материал, проделать множество опытов. Движение вперед было затруднено еще и тем, что химики не скоро приняли атомно-молекулярное учение во всей его полноте.



Признав существование атомов и сделав из этого важные выводы, виднейшие химики первой половины XIX века Дальтон и Берцелиус попытались обойтись без понятия о молекуле.



Они, например, говорили не о молекуле воды, а об ее «сложном атоме», не видя глубокого различия между атомами и молекулой. Они считали, что простые тела состоят не из молекул, а из свободных атомов, и это было ошибкой, которая дорого стоила химии.



Основатель научной химии — Ломоносов, многогранный и глубокий мыслитель, умел охватывать взором всю природу как единое целое. Он понимал, что нельзя отрывать химию от физики, исследование атомов от исследования молекул.



У Дальтона и Берцелиуса не было такого широкого кругозора. Они видели перед собой только одну химическую сторону явлений. Они старались все явления объяснить с помощью одних и тех же атомов, не понимая, что «сложные атомы» — это уже не атомы, а молекулы, то есть другая ступень развития материи, подчиняющаяся своим законам.



Но и в таком половинчатом виде атомное учение много дало химии. Из него были выведены и подтверждены опытом важные следствия закона постоянства состава, закон кратных отношений. Химики обозначили особыми знаками атом каждого элемента и стали изображать химические соединения в виде формул.



Появилось и представление об относительном весе атомов. Но эти первые атомные веса и первые формулы были еще очень произвольны.



Дальтон, например, считал, что в «сложном атоме» воды — один атом кислорода и один атом водорода. При этом атомный вес водорода принимался равным единице, а атомный вес кислорода равным восьми. Основанием для выбора формулы служил химический анализ, который показывал, что в воде на одну весовую часть водорода приходится восемь весовых частей кислорода. Но тем же результатам анализа не противоречила бы и формула Н2О, если принять атомный вес кислорода равным 16, и формула Н4О, если считать атомный вес кислорода равным 32.



Почему же из множества возможных формул Дальтон выбрал формулу НО?



Он сделал это, основываясь не на опыте, а на произвольном умозрительном допущении, что в природе все должно быть устроено просто.



К произвольным допущениям прибегал при выборе формул и Берцелиус.



В условии задачи не хватало данных, и их приходилось выдумывать.



Химический анализ давал только весовые отношения, в которых соединены элементы. Чтобы решить задачу об атомном составе вещества, об его истинной формуле, этого было недостаточно.



Тут на помощь химии могла бы прийти физика,— ведь она тоже со своей стороны искала пути в мир атомов и молекул.



Никто и никогда еще не видал молекулы и атома, и даже существование их многим казалось в те времена спорным. Но если нельзя было увидеть, выловить отдельный атом или отдельную молекулу, то об их множестве уже можно было судить, как можно судить издали о толпе, не различая отдельных людей.



Было уже известно, что «толпа» молекул водорода или «толпа» молекул любого другого газа ведет себя совершенно одинаково, хотя молекулы сами по себе различны. От сжатия или нагревания эти «толпы» одинаково сжимаются или расширяются. Это можно было объяснить только тем, что молекулы в разных газах или парах одинаково отстоят одна от другой.



Но раз от молекулы до молекулы всегда при одних и тех же условиях одно и то же расстояние, значит, в одинаковых объемах помещается одинаковое число молекул любого газа или пара.



Такой вывод и сделал итальянский физик Авогадро.



А если так, то, взвесив равные объемы двух разных газов, можно было узнать, во сколько раз молекула одного из них весит больше, чем молекула другого.



Но закон Авогадро давал не только это.



Хотя молекулы и атомы оставались по-прежнему «нечувствительными»— недоступными глазу, химик мог теперь судить о том, что происходит с этими невидимками, когда они соединяются во время химических реакций.



Вот объем водорода и такой же объем хлора. Соединяясь, они дают два объема хлористого водорода. С помощью закона Авогадро результат этого опыта можно было перевести с языка объемов на язык молекул: молекула водорода и молекула хлора образовали две молекулы хлористого водорода. Но для этого они должны были сначала раздвоиться, распасться пополам на составляющие их атомы.



Значит, в молекуле водорода и молекуле хлора по крайней мере по два атома.



Другой опыт: из двух молекул водорода и одной молекулы кислорода образовались две молекулы воды.



Значит, на каждую молекулу воды пошла молекула водорода, то есть два его атома, и полмолекулы кислорода, то есть один его атом.



Теперь уже не на основании произвольных допущений, а на основании опыта можно было утверждать, что истинная формула воды Н2О.



Закон Авогадро открывал также и путь к определению истинных атомных весов. Молекула кислорода в шестнадцать раз тяжелее молекулы водорода. Но в той и другой молекуле по два атома. Следовательно, если принять атомный вес водорода равным единице, атомный вес кислорода должен быть равен 16.



Так начало исполняться то, что предвидел Ломоносов: приоткрылся краешек завесы, скрывавшей внутреннее строение молекулы. Еще неизвестно было, как в молекуле воды расположены атомы, как они связаны между собой, но уже можно было сказать, что в ней два атома водорода и один атом кислорода.



В наше время каждому школьнику, только что принявшемуся за изучение химии, формула Н2О кажется такой же простой и очевидной, как дважды два — четыре. А с каким трудом далась ученым эта простота! За краткой формулой — десятилетия ожесточенной борьбы между людьми и научными школами. Как много тут было удач и неудач, побед и поражений!



Казалось бы, химики должны были с радостью воспользоваться помощью, которую предлагали им физики.



Но случилось другое. Дальтон и Берцелиус не приняли руку, которая была им протянута.



Чтобы согласиться с Авогадро, Дальтону пришлось бы отказаться от убеждения, что простые тела состоят не из молекул, а из атомов. А для Берцелиуса это означало к тому же крушение теории, которую он создавал в течение многих лет и которая, как он думал, хорошо объясняла множество фактов.



Эту теорию называли «дуалистической», потому что в каждом химическом соединении она видела две части.



Еще в конце XVIII века химики стали представлять себе кислоту, состоящей из кислорода и «радикала», то есть вещества, способного соединяться с кислородом. Соль считали соединением двух начал — кислоты и основания.



Такой взгляд, казалось, подтвердился на опыте, когда и соли, и кислоты, и даже простую воду удалось разложить электрическим током на две части.



Берцелиус сделал отсюда вывод, что в каждом химическом соединении две части, из которых одна заряжена положительно, а другая — отрицательно. У любого атома, говорил он, два полюса. У атомов металла более развит положительный полюс, у атомов неметалла — отрицательный. Оттого они друг к другу и притягиваются. Кислород и водород соединяются и образуют воду именно потому, что атом кислорода заряжен отрицательно, а атом водорода положительно.



Все это было яснее и научнее, чем прежние туманные рассуждения о «сродстве», «симпатии», «любви», которые будто бы сближают разнородные элементы.



Электрохимическая теория, казалось, так хорошо объясняла факты, что Берцелиус не захотел от нее отказаться, когда появилась работа Авогадро.



Авогадро говорил, что газ водород состоит не из простых атомов, а из молекул. В каждой его молекуле два атома. С точки зрения Берцелиуса, это было невозможно. Два одинаково заряженных атома не могли бы притянуться друг к другу. Они должны были бы отталкиваться.



Разрыв между учением о молекулах и учением об атомах продолжался. И это не могло не привести к полнейшему хаосу в химии.



Какие атомные веса и какие формулы считать правильными? В этом между учеными не было согласия. В книгах по химии одно и то же соединение разные авторы выражали разными формулами. Для воды, например, было в ходу четыре формулы. Редактор одного химического журнала считал, что к каждой работе надо, как в музыке, прилагать особый ключ.



Дело кончилось тем, что некоторые химики усомнились и правильности атомной теории и стали говорить, что «надо изъять из обращения слово атом».



Герцен писал по этому поводу, что естестаоиспытатели сами «предают атомы и соглашаются, что, может быть, вещество не из атомов». И он с негодованием называл это «цинизмом в науке».



Так, отвергнув молекулу, химики дошли до того, что готовы были отвергнуть и атом.



А между тем работа накопления фактов продолжалась. И все чаще оказывалось, что новые факты противоречат старым теориям.



Особенно быстро развивалась во второй четверти XIX века органическая химия. Мы сейчас считаем ее химией углерода, а в те времена ее считали химией веществ, образующихся в живых организмах. Оттого-то ее и назвали органической.



Каждый год приносил новые открытия в этой области. Все быстрее росло число органических соединений, известных ученым. И эти соединения были совсем не похожи на то, с чем ученые раньше привыкли иметь дело.



Обнаружилось, например, немало таких веществ, которые обладают разными свойствами при одинаковом составе. Бер-целиус дал этому явлению название «изомерия», но он не смог его объяснить. Химики говорили об «игре изомерии», как когда-то говорили об «игре природы».



Было еще много другого, что непонятным образом отличало органическую химию от неорганической. Электрохимическая теория, которая одержала столько побед, казалась здесь трудно приложимой хотя бы по той причине, что очень многие органические вещества вообще нельзя разложить электрическим током.



Чтобы объяснить образование и своеобразие органических веществ, Берцелиусу пришлось призвать на помощь таинственную «жизненную силу». Это она создает органические вещества в телах растений и животных. А в лаборатории таких соединений получить нельзя.



Но что такое «жизненная сила»? Этого мы не знаем, говорил Берцелиус, и никогда не узнаем.



В истории науки так бывало не раз: не найдя объяснения фактам, люди начинали считать, что факты необъяснимы. И тогда в естественной истории снова появлялись сверхъестественные силы, словно привидения в темных углах.



Так расширялась пропасть между теорией Берцелиуса, созданной при изучении минеральных веществ, и фактами, которые принесло изучение веществ органических.



Особенно сильный удар получила эта теория после одного незначительного случая, который с виду не имел никакого отношения к вопросу о том, правильна она или неправильна.



Случай произошел даже не в химической лаборатории, а на балу в королевском дворце в Париже.



Как всегда, в залах дворца Тюильри собрались придворные кавалеры и дамы. Как всегда, были зажжены сотни восковых свечей. Свечи эти с виду ничем не отличались от обычных. Но странное дело: они горели сильно коптящим пламенем и распространяли удушливые пары, которые разогнали танцующих.



Было произведено расследование. Известному химику Дюма поручили сделать анализ свечей. Дюма сразу же понял, в чем дело: ведь это по его совету воск для свечей на этот раз белили хлором. Анализ показал, что при белении воск поглотил какое-то количество хлора. Когда свечи горели, выделялись пары хлористого водорода.



Казалось бы, самый незначительный эпизод. Он был бы забыт, если бы из него не были сделаны выводы, которые касались не одного только свечного производства, а всей химии в целом. Выводы эти сделал Дюма. Он объяснил дело тем, что в воске хлор заместил часть водорода.



Один из учеников Дюма — Лоран — попробовал заместить хлором водород в нафталине. Оказалось, что и здесь хлор становится на место водорода.



Надо сказать, что еще в конце XVIII века русский академик Товий Егорович Ловиц получил таким способом из уксусной кислоты трихлоруксусную. Но тогда это открытие прошло незамеченным. И только через полвека Дюма снова произвел эту реакцию и объяснил ее характер.



Хлор способен вытеснять и заменять водород. Берцелиус никак не мог и не хотел с этим согласиться. Факты были против него, и он отказывался верить фактам. Ведь тут получалось, что электроотрицательный хлор становится на место электроположительного водорода. С точки зрения электрохимической теории это было невозможно. Берцелиус и его сторонники яростно напали на Дюма и Лорана.



А тут еще Дюма, как назло, допустил возможность замещения там, где его и быть не могло. Один из учеников Дюма сделал в работе ошибку, которая давала повод думать, что хлором можно замещать не только водород, но и углерод. Дюма, не проверив, опубликовал эту работу.



Оплошностью Дюма поспешили воспользоваться сторонники Берцелиуса. Они только и ждали случая найти брешь в укреплениях противника. В одном из химических журналов появилось письмо из Лондона, в котором говорилось, что английским химикам удалось заместить хлором все атомы уксуснокислого марганца и что при белении тканей тоже происходит замещение всех атомов хлором. Письмо было подписано — S. Ch. Windier. Догадливые люди сразу сообразили, что S. Ch. Windier — это Schwindler — обманщик.



Недруги Дюма и Лорана покатывались со смеху, читая эту заметку.



Но оскорбления и насмешки не могли остановить движение науки вперед. Напрасно Берцелиус предлагал все новые гипотезы, чтобы спасти свою теорию от полного крушения. Число фактов замещения все увеличивалось.



Опираясь на эти факты, Дюма предложил считать все соединения получившимися из немногих типов путем замещения.



Другой французский химик, Жерар, развил эту теорию и приложил ее к органической химии.



Как только не честили противники теорию замещения: «несчастная теория замещения», «туманная химия», «ложное воззрение, появившееся на свет, словно те уроды и калеки, которые погибают, едва успев родиться».



Сторонников теории замещения обвиняли в «научном обмане», в «дерзком произволе», в «бесчинстве».



Лоран писал потом, что он готов простить «дуалистам» все оскорбления, но никогда не простит им неверия.



Был момент, когда сам Дюма поколебался и готов был предать и свое собственное учение, и своих учеников. Ему, члену Академии, «бессмертному», не хотелось выступать в роли «ниспровергателя основ». Но эти колебания продолжались недолго.



Для нас все это — далекое прошлое. А в те годы борьба между «дуалистами» и их противниками была в полном разгаре. Каждый номер научного журнала прочитывался с волнением, точно сводка с поля боя. Иногда думают, что наука — это ледяное царство рассудка, что в ней нет места человеческим чувствам. Но могут ли оставаться спокойными и невозмутимыми те, кто наносит удары или их получает!



Оружием в этом бою были факты. Они не только убеждали сомневающихся и побеждали противников — они помогали науке наступать, пробиваться вперед.



Овладев законами замещения, химики нашли новый способ строить сложные органические вещества из простых. Ведь достаточно было заместить в простом соединении атом или группу атомов другим атомом или другой группой, чтобы получить новое, более сложное соединение.



«Этот ключ,— писал потом Менделеев,— открыл двери того таинственного здания строения сложных органических соединений, к которому до тех пор боялись приступиться, полагая, что только под влиянием таинственной силы, действующей в организмах, сочетаются углеводородные элементы, иначе не сочетаемые».



В лабораториях химиков, в стеклянных колбах, а не в живых организмах, одно за другим рождались органические вещества без всякого участия жизненной силы. Химик сам стал этой жизненной силой.



Учебники еще были полны латинскими названиями растений и животных, из которых будто бы только и могут добываться многие лекарства и краски, а ученые уже могли перечислить немало таких же лекарств и красок, полученных искусственно из элементов неживой природы.



На химиков всего мира огромное впечатление произвела реакция получения анилина, открытая Зининым.



Известный химик Гофман писал: «Все мы уже тогда чувствовали, что речь здесь идет о реакции необычайной важности». И действительно, от открытия Зинина лежал путь к синтезу многих веществ, которые раньше находили только в природе или совсем не знали.



На долю жизненной силы оставалось все меньше и меньше работы. И все больше было людей, осмеливавшихся утверждать, что настанет время, когда не будет такого органического вещества, которое нельзя было бы получить искусственно.



Отступая, сторонники «жизненной силы» и других отживших теорий уже готовы были признать, что следует насильственно применять законы неорганической химии к органической: пусть каждая живет по своим законам.



Но положение было серьезнее, чем они думали.



Колония уже не довольствовалась дарованной ей автономией. Она хотела навести свои порядки и в метрополии.



Лоран подверг жестокой критике взгляды Берцелиуса. А Жерар выдвинул взамен старой дуалистической теории новую — «унитарную».



Жерар утверждал, что неправильно представлять себе вещество как сумму из двух слагаемых, как соединение двух противоположных частей. Каждая частица вещества есть единое целое, атомы которого подчинены законам замещения. И свойства этого целого определяются тем, из каких элементов, из каких атомов частица построена.



«Мы рассматриваем всякое тело,— писал Жерар,— простое и сложное, как одно здание, как единую систему, образовавшуюся путем соединения в определенном, но не известном нам, порядке бесконечно малых частиц, называемых атомами. Эта система называется молекулой тела».



Но именно это впервые сказано было, и притом с большей точностью, Ломоносовым, который называл частицы, составляющие тела, не «бесконечно малыми», а «нечувствительными», то есть недоступными нашему зрению.



Унитарная теория снова возвращала химию на тот путь, который был ей гениально предуказан Ломоносовым.



Приняв существование молекул и опираясь на закон Аво-гадро, химики могли наконец воспользоваться помощью физики для определения атомных весов и правильных формул не на основе произвольных допущений, а на основе опыта.



Так учение о молекулах и учение об атомах, которые долго были искусственно разобщены, снова образовали гармоническое единство.



Унитарная теория не сразу завоевала себе признание. Жерар на каждом шагу убеждался в том, как труден путь революционера в науке. Ему приходилось голодать, отказывать себе в самом необходимом, чтобы покупать приборы и реактивы для опытов. Лоран тоже жил в бедности. Но оба они Мужественно переносили лишения, отдавая все силы любимому делу, которое было им дороже, чем карьера и деньги. Они верили в торжество этого дела, и оно с каждым годом приобретало все больше сторонников.

twitter.com facebook.com vkontakte.ru odnoklassniki.ru mail.ru ya.ru rutvit.ru myspace.com technorati.com digg.com friendfeed.com pikabu.ru blogger.com liveinternet.ru livejournal.ru memori.ru google.com bobrdobr.ru mister-wong.ru yahoo.com yandex.ru del.icio.us

Оставьте комментарий!

Не регистрировать/аноним

Используйте нормальные имена. Ваш комментарий будет опубликован после проверки.

Если вы уже зарегистрированы как комментатор или хотите зарегистрироваться, укажите пароль и свой действующий email.

(При регистрации на указанный адрес придет письмо с кодом активации и ссылкой на ваш персональный аккаунт, где вы сможете изменить свои данные, включая адрес сайта, ник, описание, контакты и т.д.)



grin LOL cheese smile wink smirk rolleyes confused surprised big surprise tongue laugh tongue rolleye tongue wink raspberry blank stare long face ohh grrr gulp oh oh downer red face sick shut eye hmmm mad angry zipper kiss shock cool smile cool smirk cool grin cool hmm cool mad cool cheese vampire snake excaim question

(обязательно)