Основной особенностью науки в XVIII и XIX веках был подъем, по сути дела утверждение химии как рациональной дисциплины—теоретической и практической. В практическом смысле наука химии была так же стара или даже еще старее любой другой науки; но, как уже было сказано, она не была и не могла стать логически стройной наукой вплоть до очень недавнего времени, поскольку в науке ранних времен отсутствовали существенные предпосылки для ее развития. Нужно было длительное время для накопления более широкого опыта в отношении знания свойств и превращений большего количества различных веществ, чем это имело место в древности или в эпоху Возрождения. Необходимой предпосылкой для создания сколько-нибудь эффективной теории химии явилось быстрое развитие широко распространенной горнорудной и химической промышленности не научного, а по сути своей технического характера.

Однако необходимо было также наличие известных обобщающих идей, которые помогли бы объединить все разнообразные эксперименты и создать на их основе логически ясную картину, разобравшись в которой можно было бы идти вперед, к новым открытиям.

Конец алхимии

Одним из предварительных условий создания рациональной точки зрения в химии было ниспровержение магических верований, сохранившихся от классических и даже еще более ранних времен, которые все еще тормозили работу химиков-практиков. Самые вредные и трудно искоренимые из этих верований представляла собой алхимия с ее астрологическим и мистическим уклонами и всепоглощающей бесплодной проблемой того времени—проблемой получения золота в реторте алхимика. Первая предпринятая в XVII веке попытка сделать химию рациональной наукой должна, как мы видели, быть признана неудачной, хотя работа Бойля, Гука и Мэйо значительно приблизила ее успешное выполнение. Корпускулярная философия, с ее исключительно жесткими механико-математическими схемами, фактически не могла быть применена к химии до тех пор, пока ее количественные черты не были предварительно хорошенько уяснены.

Поиски химических законов

На протяжении большей части XVIII века направление прогресса химии должно было идти по совершенно иным линиям. Вместо попыток применения к химии рациональных принципов, основанных на механических системах, которые не могли охватить всего огромного многообразия химических явлений, познание должно было развиваться путем прогрессивной рационализации первоначально магических и анимистических идей. Эти последние, будучи вначале неизбежно смутными, обладали, однако, гибкостью, которая позволяла химикам-практикам обобщить и систематизировать в нескольких общих словесных положениях все многообразие проводимых ими операций. Только после этого возможно было осмысленно применять физические пробы—измерение и вычисление. Великий прогресс XVIII века должен был свести круг химических проблем к одной, центральной, а именно—проблеме горения, или деятельности духа огня. Вопрос состоял в следующем: что случалось с горючими веществами, когда они сжигались в воздухе? Очевидным ответом было, что они исчезали в пламени и дыму и оставляли золу. Хотя эта картина не вызывала возражении в отношении дерева и масел, ее не легко было распространить на другие вещества, вроде металлов, которые на воздухе разрушались или ржавели. Имели ли эти явления что-нибудь общее между собой и какова была во всем этом функция воздуха?

Некоторые ответы на эти вопросы были даны уже в XVII веке. Жан Рей в 1630 году и Мэйо в 1674 году установили такие факты первостепенной важности, как то, что металлы при нагревании на воздухе увеличивались в весе и что сам воздух содержал некий «селитряный воздушный спирт», который обеспечивал поддержание как огня, так и жизненно необходимого дыхания. Однако все это были только отдельные провозвестники, неспособные сколько-нибудь серьезно воздействовать на общий ход химической мысли.

Доктрина флогистона

В самом деле, развитие этой мысли явно шло в противоположном направлении, склоняясь к той точке зрения, что все горючие вещества содержат некую субстанцию, которую утрачивают при горении. Эта субстанция, игравшая ту же роль, какую у арабов и сторонников Парацельса играла сера, была вновь воскрешена Бехером (1635—1682) и его учеником Шталем (1660—1734), окрестившим ее флогистоном, началом флокса, или пламени, хотя теория флогистона в общих чертах сложилась только к середине XVIII века. Тела, содержавшие большое количество флогистона, горели хорошо; тела, которые не загорались, являлись дефлогистированными. Тело с большим количеством флогистона, подобно углю, могло передавать его тому, которое его потеряло, как, например, железной руде, и, насытив ее флогистоном, превратить в блестящее металлическое железо. Уже с самого своего зарождения эта теория вызывала возражения. Указывалось, что флогистон не был субстанцией. Он по самой сущности своей представлял собой нечто противоположное субстанции, ибо не имел массы. Но, как мы уже видели, идея невесомой жидкости не содержала в себе ничего необычного: ведь тот же самый характер имели и электричество, магнетизм и теплота, реальность которых не ставилась под сомнение. Даже когда было установлено, что при утрате флогистона некоторые тела действительно становились тяжелее, это обстоятельство было отнесено за счет либо вторичного прироста веса из воздуха, либо за счет того, что флогистону была по самой его природе присуща легкость.

Рассматривая теорию флогистона с точки зрения ее непосредственного преемника—теории горения как процесса окисления,—мы склонны считать ее абсурдной; фактически это была исключительно ценная теория, хорошо согласовавшаяся с множеством различных явлений химии. Она оказалась хорошей рабочей основой для лучших химиков середины XVIII века, и многие из них упорно придерживались ее до самого конца; в числе таких твердых сторонников этой теории был Джозеф Пристли—человек, эксперименты которого должны были ниспровергнуть ее.

Логика флогистона

Центральным вопросом, вокруг которого вращалась эта теория, была универсальность противоположных процессов флогистации—дефлогистации. Таким образом, она объединяла сходные процессы и разделяла несходные. С точки зрения противников этой теории дефлогистация представляла собой не устранение метафизической субстанции—флогистона, а добавление материальной субстанции—кислорода, то есть окисление; а флогистация была процессом устранения его восстановлением. Для прогресса химии было необходимо, чтобы критерием служила проверка взвешиванием. Сейчас, в XX веке, мы можем позволить себе снова пересмотреть эту идею и вернуться к флогистону как к веществу, хотя и очень легкому; на современном языке о нем можно было бы говорить как об электронах. Те вещества, которые имеют избыток легко устранимых электронов, подобно водороду, металлам или углю, являются теми, которые считались богатыми флогистоном; те, в которых наблюдается точное равновесие электронов, подобно солям и кислотам, являются дефлогистированными; а вещества, которые жадно поглощают электроны, как, например, кислород, рассматривались как крайне дефлогистированные. Неудача теории флогистона объяснялась не внутренней ее нелогичностью, а тем, что в том виде, в каком она существовала, ее нельзя было примирить с материальными фактами. Нужно было перевернуть ее с головы на ноги, так чтобы флогистация стала восстановлением, а дефлогистация—окислением. Толчок к такому перевороту должен был прийти не со стороны традиционной химии, а из другого источника—из изучения газов.

Революция в химии газов. Дикие и неукротимые духи. Ван-Гельмонт

В середине XVIII века перегонные кубы не представляли уже собой какого-либо новшества, и интересоваться стали теми продуктами химических процессов, которые не могли быть осаждены в конденсаторе,—«дикими неукротимыми духами» Ван-Гельмонта. Такие духи, привидения или газы («хаосы»), как он их называл, были хорошо известны на практике, в частности шахтерам, и начали привлекать к себе внимание ученых; то были предательские рудничные газы и «горящий воздух» рудников и болот, который можно было собирать в пузыри и сжигать. Имелась также смертоносная «мофетта» пещер и остаточные газы, образовывавшиеся после взрывов в рудниках; подобные же газы можно было обнаружить на дне чанов в пивоварнях—они насмерть душили рабочих, которые случайно попадали в эти чаны.

Гейлс и трактовка газов

Именно из изучения этих газов был найден ключ к объяснению химических процессов. Достопочтенный Стивен Гейлс (1677—1761) в своем труде «Статика растений» уже в начале XVIII века показал, как собирать газы, образующиеся над водой, и измерять их объем. Позднее Пристли и Кавендиш даже с еще большим успехом собрали газы, образующиеся над ртутью. Следующей задачей было уяснение того факта, что газы эти не были просто воздухом, но качественно от него отличались. После этого необходимо было только применить к различного рода газам тот же количественный подход, который был применен Бойлем к превращениям твердых веществ.

Проверка взвешиванием. Сохранение материи

Существенным достижением являлось распространение идеи взвешивания химических веществ, подвергавшихся превращениям, на все продукты превращения, не ограничиваясь, как это делали старые пробирщики, взвешиванием только исходного материала. До тех пор, пока газы, вступавшие в реакцию или являвшиеся ее результатом, не были взвешены или измерены, было -явно невозможно приравнять все компоненты химических опытов до и после реакции. То, что они были равны, было впервые отчетливо сформулировано Ломоносовым в 1774 году как принцип сохранения материи, однако работа его не привлекла к себе внимания, и утвердить этот принцип как основной закон естествознания предстояло в 1785 году Лавуазье, который, что весьма любопытно, вывел его на основе изучения процессов брожения.

Джозеф Блэк. Связанный воздух

Первый шаг в новой, количественной химии газов был сделан шотландским врачом Джозефом Блэком, интерес которого возбудили первые лекции по химии д-ра Куллена в Глазго. Блэк написал свою докторскую диссертацию в 1754 году на тему «Эксперименты над белой магнезией, негашеной известью и некоторыми щелочными веществами» в поисках нового и не слишком сильного средства для лечения камней в печени, этой преобладавшей в XVIII веке среди алкоголиков болезни. Палата общин проголосовала за присуждение Джоанне Стефенс премии в 5000 ф. ст. за открытие такого средства, которое, как оказалось, состояло из кальцитовых (известковых) ракушек улиток, смешанных с медом.

Блэк выделил и взвесил газ, выделявшийся при нагревании такими углекислыми солями, как известь или магнезия. Он назвал его «связанным воздухом», потому что мог растворять его в известковой воде и таким образом восстанавливать первоначальный углерод без потери веса. Тем самым он показал, что газ может являться составной частью твердого тела, что он строго материален и не содержит ничего мистического.

Джозеф Пристли и открытие кислорода

Следующим серьезным шагом в своем прогрессе химия была обязана Джозефу Пристли. Составляя по совету Франклина историю электричества, Пристли проделал известные эксперименты с электрическим разрядом в воздухе, которые перенесли его из области физики в сферу химии. .Для тех ранних дней химии характерно, что подлинные успехи в ней были осуществлены не химиками. Химики знали слишком много, на все у них были готовые теории; и выдвижение глупых или разумных объяснений выпало на долю физиков, которые ничего в этой области не знали.

Пристли ухватился за мысль о существовании не одного только вида воздуха. Ои экспериментировал со всеми газами, какие только мог найти, и получил много других. Первым его успехом явилось изготовление содовой воды, содержавшей связанный воздух в растворе. За это изобретение ему была присуждена высшая награда Королевского общества—медаль Коплея. Хотя вода эта и не оправдала возлагавшихся на нее надежд как средство для излечения цынги, этого бича длительных океанских путешествий, она сохранила свои собственные ценные качества, явившись первым новым товарным продуктом химии газов.

Один из газов, полученный Пристли путем нагрева красной окиси ртути {mercurius calcinatus per se), он решил назвать «дефлогистированным воздухом», поскольку газ этот имел большее сходство с флогистоном, чем обычный воздух, ибо вещи горели в нем лучше, чем в воздухе. Это было то, что мы сейчас называем кислородом, и открытие его в 1774 году явилось кульминационным пунктом того, что по справедливости может быть названо революцией в химии газов. Примерно в то же время кислород получил также и Шееле в Швеции. Он был значительно лучшим химиком, чем Пристли, однако его больше интересовал анализ, чем теоретические проблемы химии, и поэтому открытие им кислорода не дало для решения основных проблем того, что могло дать. Пристли показал, что как при горении, так и при дыхании потреблялся дефлогистированный воздух (или кислород). Он также показал, что на солнечном свету зеленые растения фактически выделяли из поглощаемого ими связанного воздуха, или углекислого газа, кислород. Таким образом, он в принципе разрешил основную проблему углеродного цикла—из атмосферы через растения и животных и обратно в атмосферу. Однако он не понял до конца всего значения своих открытии, и восполнить этот пробел предстояло Лавуазье с его гораздо более логическим и последовательным складом ума.

Ниспровержение теории флогистона

Подобно Пристли, Лавуазье пришел к химии через физику. Однако в отличие от Пристли он не разбрасывался на пространные качественные эксперименты, а поставил себе ограниченные и определенные задачи— исследовать механизм горения в воздухе, что, как он хорошо понимал, имело решающее значение для теории химии. Его работа от начала до конца имела систематичный и количественный характер. В 1773 году, уже хорошо представляя себе важность новой химии газов и, в частности, доказательства материальности воздуха, он задался целью использовать его для «осуществления революции в области физики и химии». Позднее, услышав об открытии Джозефом Пристли кислорода, он сразу же понял его значение и сумел доказать, что только кислород обеспечивает горение, которое представляет собой не что иное, как добавление кислорода, или, как он первоначально его назвал, оксигенного начала, окислителя—слово, которое он специально для этого изобрел. Данное открытие коренным образом противоречило теории флогистона, однако он ни на минуту не поколебался обрушиться на нее, опровергнув все ее аргументы и перевернув эту теорию, подобно тому как это сделал Маркс с гегелевской философией, с головы на ноги.

Химические элементы

Лавуазье показал, что все прежде считавшиеся хаотическими явления в химии могли быть систематизированы и сведены в закон сочетания элементов, старых и новых. К уже установленному списку элементов, в том смысле, как их понимал Бойль, а не Аристотель, то есть к углероду, сере, фосфору и всем металлам, он добавил свой, новый—кислород, который вместе с водородом входил в состав давно известного элемента—воды, а также и другую компоненту воздуха—не поддерживающий жизни азот, или, как мы его называем, нитрогениум. В соответствии с этой новой системой химические соединения делились в основном на три категории: соединения кислорода с не металлами, представляющие собой кислоты, соединения кислорода с металлами, представляющие собой основания, и сочетание кислот и оснований, или соли. Лавуазье раз и навсегда покончил со всей освященной временем номенклатурой, основанной на методах изготовления или воображаемых сходствах: винное масло, растворяющее винный камень (Oil of tarfar per deliquum), свинцовый сахар н т. д. и вместо них ввел те термины, которые употребляются нами и поныне,—карбонат калия, ацетат свинца и т. д. Этот шаг уже сам по себе знаменовал распространение на химию того же самого рационализирующего процесса, который был применен в отношении физики в начале XVII века, и также неходил из упрощенной номенклатуры, введенной Линнеем в его ботанической классификации.

Сам Лавуазье, однако, продвинул этот процесс еще на один шаг вперед; используя быстро накапливавшиеся сведения о количествах, в которых сочетались различные твердые вещества, он распространил их на вновь открытые газы и с помощью своего закона сохранения материи привел химию к количественному выражению, в которое входили одни только элементы. Таким образом, он одним махом превратил химию из серии самостоятельных рецептов, подлежавших изучению один за другим, в общую теорию, основываясь на которой можно было не только объяснить все предшествовавшие явления, но также и количественно предсказывать новые. Лавуазье был скорее законодателем в химии, чем последовательным химиком; он брал основные моменты и предоставлял другим, таким как Бертолле (1748—1821) и Рихтер (1762—1807), задачу изучения характера химического сродства или точные пропорции, в каких фактически соединяются химические вещества.

Примат химии

Успех Лавуазье в осуществлении революции в химии вызвал огромный энтузиазм. Повеяло революцией, и новая химия, теперь так тесно связанная с физикой, скоро привлекла к себе некоторые из самых выдающихся умов того времени, помогла Франции занять господствующее место в мире науки, которое она продолжала занимать на протяжении почти полувека.

Интерес к химии нашел свое отражение в промышленности, а промышленность в свою очередь снабжала химию новыми веществами и ставила перед ней новые проблемы. Изучение Шееле красящего стекло минерала, марганца, привело к открытию в 1774 году хлора. Бертолле в 1784 году нашел для него применение в отбелке, а Мак-Грегор, вдохновленный своим зятем Уаттом, впервые применил его в массовых масштабах в растущей льняной промышленности Глазго. Другими крупными промышленными достижениями химии было производство Ребуком серной кислоты (1746), применявшейся вместо снятого молока при побелке, а также получение соды из соли вместо дорогостоящих бурой водоросли и бариллы⁵-⁴, которые применялись в процессах Кейра (1735—1820) в 1769 году и Леблана (1742—1806) в 1790 году. Хотя сам Леблан умер в бедности, изобретенный им процесс был усовершенствован по прямому приказу Наполеона, и успехи его избавили Францию от необходимости импортировать соду из стран, подвластных Англии. Все эти процессы сыграли существенную роль в огромном росте продукции текстильной промышленности, который был основным фактором промышленной революции и опередил известное снабжение растительными продуктами. Даже там, где, как в этих случаях, процессы возникали из традиционной теории или из флогнстики, удача их и предвкушение грядущих успехов стимулировали изучение химии и привели к охотному признанию новых рациональных доктрин.

Химия пищеварения и дыхания

Другим вкладом Лавуазье в науку явилось претворение им качественных представлении Пристли о химическом характере жизненных процессов в количественное их выражение, что сделало его отцом количественной физиологии. С помощью ряда великолепно задуманных и проведенных экспериментов он смог показать, что живой организм действовал точно таким же образом, как и огонь, сжигая содержащиеся в пище вещества и высвобождая энергию в виде тепла. Впервые мог быть установлен общий химический баланс организмов и до конца раскрыто подлинное значение механизмов дыхания и кровообращения, открытых Гарвеем почти за 200 лет до того.

Дальтон. Атомистическая теория

Следующий решающий шаг в понимании химии был сделан двадцатью годами позже Джоном Дальтоном (1766—1844), ткачом-квакером и школьным учителем в Манчестере. Подобно Пристли и Лавуазье, он был не только химиком, по и физиком и метеорологом. Он обращался с газами, как с упругими жидкостями, и, исходя из ньютоновых начал, пытался объяснить их свойства взаимным отталкиванием атомов. Это заставило его задуматься над возможными соотношениями атомов в различного рода газах и таким образом найти объяснение законов соединения элементов в группы с весами, кратными определенным числам, которые постепенно вытекали из анализа таких новых газов, как закись азота, окись азота и перекись азота (которые мы вслед за Дальтоном обозначаем N_aO, NO, N0₂). Такие обозначения явились простым-следствием предположения, что все химические соединения складывались, из атомов, причем атомы различных родов распределялись попарно, по тройкам и по четверкам.

Кристаллография. Гаюи

Другие закономерности, как, например, закономерности, относящиеся к кристаллам, также подсказывали объяснение их с точки зрения атомистической гипотезы. В XVII веке Стено показал неизменность углов между гранями кристалла. Гюйгенс понял, что это предполагало построение кристалла из идентичных молекул, нагроможденных подобно дроби, или, как говорил Ньютон, «построенных в шеренгу». Однако обобщить все эти наблюдения и показать, каким образом молекулы могли соединяться в различного рода кристаллы, выпало в 1800 году на долю скромного французского аббата Гаюй. Позднее Митчерлих (1794—1863) нашел, что подобные соединения имели почти идентичные формы кристаллов, так что новая паука—кристаллография смогла стать полезным помощником химии.

Электролиз. Гемфри Дэви и Фарадей

Другого помощника ей предстояло найти себе в электричестве. Было обнаружено, что открытый электрический ток разлагал не только воду, но и соли. Дэви в 1807 году получил новые металлы—натрий, калий и кальций—из прежде неразложимых щелочей и земель, завершив, таким образом, схему Лавуазье и подразделив все элементы на металлы и не металлы. Было найдено, что атомы металлов были заряжены положительно, а не металлов— отрицательно. Фарадей фактически показал, что скорость перемещения атомов в растворах пропорциональна их эквивалентным весам, а это, конечно, логически приводит к концепции единого общего атома электричества—того_г что мы сейчас называем электроном. Однако этот последний шаг заставил себя ожидать еще 70 лет—так сильны были еще предрассудки против приписывания жидкости атомистичного строения.

Неорганическая химия и минералы. Берцелиус

Теория электричества обеспечила простое объяснение того, каким образом соли образовались посредством взаимной нейтрализации положительных и отрицательных зарядов, а это привело, в частности в руках выдающегося шведского химика Берцелиуса (1779—1848), к определению в первой половине XIX века состава большинства видов неорганических соединений и минералов.

Новая нетрадиционная химическая промышленность, возникшая в XVIII веке, теперь быстро росла под воздействием двойного стимула—со стороны нового знания и со стороны колоссально возросших потребностей других отраслей промышленности, особенно господствующей текстильной промышленности. Однако она все еще практиковалась в таких учреждениях, небольшие размеры которых позволяли осуществлять тесный контакт между учеными и промышленниками даже в тех случаях, когда обе эти категории не объединялись в одном лице. Новая промышленность явилась связующим звеном между химиком-минералогом, заинтересованным в первую очередь в исследовании руд, и аптекарем, которого интересовали растительные и животные продукты.

Органическая химия. Дюма и фон Либих

Таким образом, химии была впервые обеспечена прочная и постоянная экономическая база, значительно шире и лучше снабженная, чем лавка фармацевта прошлого, и на основе этой базы стало возможным проникать в более труднодоступные области органической химии. Тем не менее, несмотря на изобретательность и способности работающих в этой сфере люден, прогресс оказался очень медленным. Фактически извлечение и очищение самых простых органических веществ, таких, как масла, углеводы и растительные кислоты, осуществлялись довольно легко; так же обстояло дело и с их анализом в выражениях вновь познанных элементов—углерода, азота, кислорода и водорода. Однако сами по себе полученные цифры говорили весьма немного—необходим был новый вид их интерпретации.

Это стало работой новых химиков, сначала во Франции, где в этой области работали Гей-Люссак (1778—1850), Лоран (1808—1853), Герхардт (1816—1856) и Дюма (1800—1884); затем в Германии—фон Либих и Вёлер (1800—1882). Либих больше кого-либо другого способствовал воскрешению главенствующей роли Германии в химии после почти 70 лет французского господства. Его лаборатория в Гисепе должна была стать образцом для современной химической учебной и научно-исследовательской лаборатории. Постепенно из изучения более простых веществ—жиров, жировых кислот и спиртов—начали возникать идеи о структуре вещества. После скандала на балу, где новые патентованные свечи, отбеленные хлором, издавали ужасное зловоние, Дюма, которому было поручено расследовать этот случай, нашел, что хлор может замещать водород, и пришел к общей теории замещения. Отсюда вытекала теория типов молекул, подобных спиртам, имевших какую-то общую для всех них часть, а затем радикалов, отделившихся частей, подобных метилу или бензолу, которые могли играть роль атомов.

Такая структура, конечно, могла быть просто аддитивной, хотя уже в 1823 году фон Либих нашел случай изомерии—двух веществ с одним и тем же составом, но различными химическими свойствами. Это явно указывало на какое-то различие во внутреннем устройстве молекулы, однако подобные идеи наталкивались на решительный отпор, главным образом по причинам метафизического и философского порядка. Гипотеза наличия атомов была неприемлемой для большого числа ученых. Некоторым казалось, что она выходила далеко за пределы того, что показывал опыт; другим казалось, что она имела душок радикального деизма. Многие противились тогда убеждению, что вещества, образуемые живыми организмами, можно получить лабораторным способом.

Закон Авогадро

Органическая химия могла бы остаться ограниченной коллекцией распознанных веществ с формулами, определяющими их массу, а также реакций, направленных на превращение одних видов в другие, если бы не получила двух толчков со стороны физики. Первым из них послужило признание закона, первоначально высказанного Авогадро (1776—1856) еще в 1811 году, но не получившего признания вплоть до того времени, когда он вновь был сформулирован Каниццаро (1826—1910) в 1860 году. Этот закон, устанавливающий, что при одинаковых условиях одинаковые объемы всех газов содержат одно и то же число молекул, дал возможность правильно определить число каждого рода атомов, содержащихся в молекуле.

Асимметричные молекулы. Пастер

Вторым открытием явилось разложение виноградной кислоты на две компоненты, одной из которых была обычная винная кислота, другой—вещество, химически идентичное ей, но отличающееся от нее по своим физическим свойствам. Это открытие, которое должно было иметь первостепенное значение для науки XIX века, было сделано в 1848 году Пастером, в то время молодым человеком 25 лет. Он показал, что молекулы, полученные в результате обычного лабораторного опыта, в отличие от молекул, полученных естественным путем, не обладают свойством вращения плоскости поляризации света. Первые состоят из двух родов молекул противоположных конфигураций, левовращающих и правовращающих, находящихся в одинаковом числе; вторые содержат только один род молекул.

Из этого важнейшего наблюдения вытекали два различных вывода. Первым из них было, что молекулы обладают формой, имеющей три измерения, иными словами, что их можно представить себе как твердые системы. Вторым, что природа, очевидно, созидала молекулы способом, отличным от способов, применявшихся химиками того времени, и, наконец, что в организмах должны существовать определенные химические структуры, являющиеся, скажем, правовращающими, а не левовращающими. Сам Пастер следовал в направлении, указанном второй гипотезой, что поставило его в ряды основателей современной биохимии, а позднее и бактериологии.

Кекуле и бензоловое кольцо. Валентность

Будущее органической химии лежало в направлении второй гипотезы, хотя процесс ее развития протекал по прежнему очень медленно. Идея о том, что молекулы могли быть изображены как системы атомов в пространстве, была логически разработана блестящим немецким химиком Кекуле (1829— 1896), которому в 1865 году, в то время как он сидел на крыше лондонского омнибуса, пришла в голову идея, что молекула бензола С₆Н₆ содержала кольцо из шести атомов углерода.

С этого момента недостаточно уже было давать числу атомов в молекуле вещества просто бухгалтерское определение, но необходимо было указывать с помощью какого-то чертежа—что представляло собой понятие архитектора,— как они были расположены, для чего необходимо составить их структурную формулу. Таким образом, Кекуле обеспечил еще одно решающее доказательство справедливости постепенно пробуждавшейся идеи о том, что различные виды атомов характеризовались числом связей, в которые они могли вступать с другими атомами. Водород имел одну, кислород две, азот три, углерод четыре таких связи, или валентности.

Вант-Гофф и Ле-Бель. Стереохимия

Только 12 годами позже Вапт-Гофф (1852—1911) и Ле-Бель (1847—1930) одновременно поняли, что четыре валентности углерода не могут находиться в одной плоскости, а должны выступать в пространстве, н таким образом дали возможность объяснить две различные, правую и левую, конфигурации, открытые Пастером за 25 лет до того. С этого момента трехмерная структурная органическая химия становится отраслью прикладной геометрии, и появляется возможность как анализировать, так и синтезировать весьма сложные соединения.

Синтетические краски и немецкая химическая промышленность

Однако даже еще несколько раньше органическая химия прочно утвердилась на практике. Почти случайно Перкин (1838—1907), пытаясь найти заменитель для хинина, открыл в 1856 году первый искусственный анилиновый краситель, фуксин, причем одновременно нашел и применение для продуктов газовой промышленности—каменноугольной смолы, или дегтя. Но в Англии химией попрежнему занималось только небольшое число любителей и даже еще меньшее число академических факультетов в университетах, в то время как химическая промышленность гордилась своим «практическим» характером. Открытие Перкина, оставшееся в Англии без внимания, было немедленно подхвачено более благожелательными к науке директорами новой немецкой промышленности, и быстро накапливавшиеся прибыли от продажи синтетических красителей послужили основой для создания новой колоссальной,

господствующей немецкой химической промышленности. Эта последняя, хотя первоначально она и являлась вспомогательной отраслью текстильной промышленности, должна была благодаря способности производить азотную кислоту, использовавшуюся для производства новых взрывчатых веществ, дать материальные ресурсы для первой и второй мировых войн.

Химик, в частности химик конца XIX века, действительно представлял собой новый тип ученого, гораздо теснее связанного с промышленностью, чем ученый-физик более раннего периода. Вытекавшее отсюда стремление отождествить науку с интересами промышленности было одним из главных факторов в общем сглаживании научной полемики, и в первую очередь радикальных научных взглядов конца XIX века.

С чисто научной точки зрения, однако, установление молекулярного строения с помощью органической химии представляет собой одно из величайших логических достижений человеческого ума. Решающие шаги были сделаны очень небольшим числом людей, но за ними последовало огромное число химиков, которые, используя логику химических превращений, смогли представить себе самые сложные расположения атомов в пространстве и фактически производить вещества, имеющие это расположение, доказывая тем самым с помощью синтеза то, что было ранее установлено посредством анализа. Таким путем органическая химия выросла в почти независимую от физики дисциплину со своими собственными закономерностями и собственной методологией.

Физическая химия

Это, однако, не относилось ко всей химии в целом, и в частности к ее неорганическому аспекту, где интерес ученых постепенно переходил от действительного строения веществ к их поведению при вступлении в реакцию друг с другом, к влиянию теплоты и к таким вопросам, как растворение, кристаллизация и электролиз. Из этих проблем выросла новая отрасль химии, превратившаяся в конце концов в новую науку—физическую химию. Это была первая гибридная наука, и ей предстояло стать прообразом других «мостовых» наук, которые в XX веке должны были связать всю науку в одно эффективное целое. Значение физической химии заставило себя почувствовать с того момента, когда начались попытки промышленной эксплуатации новых месторождений минеральных солей, в том числе крупных соляных месторождений Штассфурта; без этой новой методологии экономичное разложение солей на их компоненты было бы невозможно. Физическая химия явилась базой для всех новых отраслей химической промышленности, таких, как аммиачный способ получения соды (Соль-вен), заменивший способ производства соды, найденный Лебланом, и процессы катализа, на которых было основано производство серной кислоты и аммиака. Это были те процессы, которые должны были явиться главной основой величайшего химического монополистического концерна в Англии.

Ранняя биохимия

Новая органическая химия должна была сыграть и другую существенную роль в истории науки: она должна была привести к более полному пониманию биологических процессов. Фактически без знания законов соединений и типов структуры, в действительности встречающихся в биологических системах, нельзя было и думать о более глубоком понимании этих процессов, чем то, которое мог дать микроскоп. Развитие органической химии в XIX веке должно было логически предшествовать всякой попытке сформулировать фундаментальную биологию.

Основные черты животного и растительного метаболизма, в тон мере, в какой это касалось углерода, водорода и кислорода, то есть в тон мере, в какой животное может рассматриваться как тепловая машина, были установлены еще в XVIII веке; однако должна была пройти значительная часть XIX века, прежде чем была выяснена не менее важная роль азота. Показать, какой род питания—а именно азот, фосфаты или соли—получали растения из земли, было делом Либиха. Великий круговорот веществ в природе, такой, как, например, круговорот азота—из растений, через животных и обратно в почву,—был обнаружен и прослежен даже в воздухе, через посредство азот-фиксирующих бактерий. От всего этого было очень далеко до понимания функций, выполнявшихся этими неорганическими веществами в организме. Одно дело изучать свойства, главным образом полезные с точки зрения промышленности, веществ, полученных из некогда существовавших (once-living) источников; совсем другое—проследить эти свойства в их превращениях в процессе метаболизма. Вот почему органической химии потребовалось так много времени для того, чтобы стать биохимией. Тем не менее по мере приближения к концу века внимание химиков начало переключаться с приносившей непосредственную выгоду синтетической химии производства красителей на более детальное изучение структуры органических веществ естественного происхождения. Это особенно отчетливо проявилось в выдающемся труде Эмиля Фишера (1852—1919) о сахаре и жизненной материи—протеинах, которые, как он смог показать, состояли из цепей значительно более простых соединений— аминокислот. Здесь же, как побочный продукт промышленности красящих веществ, было заложено начало новой химической фармакологии путем создания таких лечебных средств, как сальварсан Эрлиха (1854—1915)—для лечения сифилиса, и препарат 206 Байера — от сонной болезни, явившихся провозвестниками торжества химиотерапии в следующем столетии.

Похожие статьи:

1. Возникновение медицины и ранней химии
2. Возникновение клетки
3. Ложная заря рациональной химии
4. Возникновение колеса
5. Возникновение атмосферных волн