ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ (1)
Кекуле выбрал очень удачный момент для публикации книги (первая часть которой была опубликована уже целиком, а не в отдельных тетрадях, в 1861-м). Идея, действительно, созрела и просто ждала, пока кто-то выскажет её вслух. Что характерно, очень похожие модели появились чуть ли не одновременно.
В 1858 году Арчибальд Купер, шотландский аспирант Вюрца, впервые предложил обозначать связи между атомами при помощи чёрточек (правда, он по-прежнему рисовал в формулах не атомы, а эквиваленты, из-за чего и не был воспринят современниками). Увы, Вюрц из политических соображений представил его статью на заседании Парижской Академии на месяц позже, чем вышла в печать первая тетрадь книги Кекуле. На этой почве Купер наговорил очень много горячих слов своему шефу, тот смертельно обиделся – и на этом научная карьера Купера закончилась. (Он уехал на родину, где с ним вскоре случился нервный срыв, после которого он провёл остаток жизни в психушке).
Фрагмент статьи Купера (1858, перепечатка в лондонском Philosophical Magazine), первое употребление пунктира для обозначения межатомных связей. Обратите внимание на двойное количество кислорода – это и есть запись в эквивалентах вместо количества атомов. Она и послужила одной из причин задержки с представлением статьи к печати и последующей личной трагедии Купера
В 1861 году венский учитель химии Йозеф Лошмидт предложил двумерные «реалистические формулы» в виде пересекающихся кружков-атомов для более 300 молекул. (В последствии он станет профессором физической химии в Венском университете и прославится определением реальных размеров молекул в газах).
Формулы Лошмидта для молочной кислоты, пропилена и бензола (да, вторая и третья – неправильные, зато потом послужила основанием для недоброжелателей обвинять Кекуле в плагиате идеи циклической структуры бензола)
В 1864-м ещё один шотландец, профессор химии Эдинбургского университета Александр Крум Браун впервые нарисовал атомы в виде кружочков с символом элемента внутри. Атомы были соединены между собой изогнутыми чёрточками – так автор пытался донести идею того, что связи между атомами в молекулах аналогичны силовым линиям, которые были видимым воплощением электрических и магнитных взаимодействий. Этот подход стал тем более плодотворным, что допускал несколько связей между двумя атомами (и чуть позже именно Крум Браун доказал, что атомы углерода в этилене соединены двойной связью).
Два варианта формулы этилового спирта и пиротартаровой (метилянтарной, как принято говорить сейчас) кислоты у Крум Брауна. Первое графическое оформление двойной связи
Магнитные силовые линии, «визуализированные» при помощи железных опилок – именно они послужили Крум Брауну источником вдохновения
И в довершение, в том же 1864-м Альфред Наке, профессор медицинского факультета в Париже, левак и экстремист, предложил механистическую модель, в которой связи представлялись в виде крючков на шариках (количество крючков соответствовало «атомности» элемента).
Легко заметить, что все эти способы визуализации атомов в молекулах живы и используются до сих пор для выражения разных аспектов строения вещества (строение скелета, Ван-дер-Ваальсовы сферы, распределение электронной плотности и простая школьная модель валентности атомов... естественно, тогда ни единого из этих слов ещё не существовало :) ).
Арчибальд Скотт Купер (1831–92), Александр Крум Браун (1838–1922), Йозеф Лошмидт (1821–95), Альфред Наке (1834–1916). Все кроме Купера – старые и облезлые, но представьте, что в те годы они были молоды и полны самоуверенности
Но Кекуле был единственным, кто не просто предложил механистическую модель, но и свёл все свойства, объясняемые ею, в единую систему (ну, или большинство, ибо прорехи нашлись сразу же). И следует понимать, что популярность его книги (и идеи структуры) вовсе не означала, что с ним все согласились. Напротив! С ним не согласились практически все: как оппоненты, так и сторонники. Причём именно со стороны последних доставалось больнее всего, поскольку его союзники были умными и зубастыми и научную ясность ставили выше дружбы. Они не давали спуску ни за единую ошибку, ни за одну недомолвку или попытку улизнуть от ответа. С выражением глубочайшего уважения они, подобно зверю индрику, вгрызались в породу, выдаваемую Кекуле, и не оставляли от неё ничего, кроме самородков настоящего научного знания. (Отдельно ему доставалось на орехи и за очевидные попытки застолбить темы, которые он сам не до конца понимал, и любовь писать многозначительные фразы, которые в будущем можно интерпретировать в нужном ключе). Естественно, не обходилось без личных обид, иногда даже с трагическими последствиями (судьба Купера тому примером).
Что характерно, большинство из этих «структурных химиков» изначально не было химиками или в детстве находились под влиянием людей совершенно иных профессий. Кекуле, как мы помним, был архитектором, а Гоффман – сыном архитектора. Дюма изначально был агрономом, Вюрц – медиком. Купер учился на философа и изучал лингвистику, а Вильямсон – социологию. Копп изначально изучал классическую латынь и греческий, потом стал историком. Лошмидт – философ, математик и физиолог. Крум Браун – медик, заодно прошедший курс обучения на факультете искусств.
А что касается оппонентов... Кекуле был очень осторожен, и книге облизал чуть ли не каждого из живущих и покойных классиков, даже тех, которые были на ножах друг с другом.
Не помогло.
Его оппоненты были совсем не глупы (как часто хочется сказать, когда становишься на чью-то сторону в рассказе). Они видели реальные угрозы сквозь мишуру оправданий и били сразу по тем идеям, которые Кекуле пытался замаскировать. Они даже не обсуждали все мелочи вроде способа написания формул – они недвусмысленно указывали на «вредность картинок со структурами для воспитания нового поколения студентов, которые, опираясь на авторитет преподавателя, могут поверить, что атомы реально существуют»!
Да, конфликт был не формальным, а идеологическим. Полагаться на обобщение реального опыта или «вернуться к фантазиям натурфилософов», к введению неких ad hoc гипотез, идеалистических оснований, под которые будут подгоняться экспериментальные данные? – так ставился вопрос с их стороны. И, естественно, сама форма вопроса означало однозначный ответ: гнать в шею таких фантазёров!
Особенно злобствовал Герман Кольбе, наследник бывшей кафедры Бунзена в Марбурге. «О, расскажите, как вам удаётся рассмотреть эти мистические „связи“ между невидимыми глазу атомами?» – писал он, обращаясь к Кекуле на страницах своего журнала. Где этот чудесный инструмент и как можно получить к нему доступ? Или эта привилегия – только для просвещённых, членов мистической секты «свидетелей структуры», которые обещают вывести все свойства химических веществ на кончике своего поэтического пера?
И ведь он был прав. Да, такого инструмента не было. Да, атомов и молекул никто не мог увидеть. И, как мы знаем уже сейчас, модель атомов, состоящих из «атомчиков», таки была неверной, как и все представления связей в виде штырьков, дуг, крючков или пересекающихся кружков (и даже силовых линий). А что такое эти символы, «колбасы» и прочие художества без экспериментального подтверждения их реальности? Самообман, таинственный шифр, призванный отделить агнцев от козлищ в рамках ложной идеологи!
Адольф Вильгельм Герман Кольбе (1818–84). Ещё один гигант химии. Сын протестантского пастора. Автор обратного холодильника, синтеза Кольбе (получение насыщенных углеводородов электролизом щелочных солей карбоновых кислот) и многих других ништяков. В 1869–84 редактор «Журнала практической химии» («Zeitschrift für Praktische Chemie")
Кстати, следует отметить, что претензии мэтров старой школы один в один совпадают с проблемами, которые возникают у современных школьников в начале изучения химии. Что означают эти странные буквы, стрелочки и уравнения? Почему из литров водорода и кислорода внезапно получаются граммы воды? Что с этим вообще делать, кроме как зазубрить, сдать и забыть?
В нынешних школах этот барьер преодолевается просто – через авторитет учителя: "Поверьте мне на слово, что это так – а позже я покажу, почему это так". (Иногда объяснение заменяется красивым фокусом или картинкой вроде "снимка с суперкрутого микроскопа, в который видно атом"). И если не принять на веру первые слова – позже понять уже не получится. Вот такой замкнутый круг, который можно разорвать только владея сложным инструментарием научного подхода (эвристический метод, принципы научности Поппера и всё такое), естественно, недоступным абсолютному большинству школьников.
Разница между современной школой и учёным сообществом середины XIX века состояла в том, что у последних не было тех авторитетов, которые могли бы сказать "Поверьте нам на слово – атомы есть". Более того, авторитетами были как раз те, кто задавал скептические вопросы. И важность наглядной модели, в которую необязательно верить – достаточно её использовать, ими отвергалась как проявление метафизики (ругательное слово детектед).
К чести мэтров химии середины XIX века должен отметить, что такой подход очень популярен и мэтрам нынешним... конечно же с учётом "очевидных вещей", предоставленных в простой и удобоваримой форме этим мэтрам теорией предыдущего поколения, когда они ещё были студентами и всё воспринимали на веру.
Забавно и то, что учёные, несмотря на декларируемую беспристрастность и приверженность "чистой науке", очень часто основывали свои аргументы на аналогиях из общественной жизни. Разница в мировоззрении проявлялась как на уровне как религии, так и политики. Например, вышеупомянутый Кольбе: сын пастора, меритократ, сторонник монархии и социальной иерархичности, – прямо так и обосновывал свою точку зрения: "Всё в молекулах починено главному атому, который является корнем его свойств, а все прочие атомы и радикалы лишь следуют тем свойствам, которые он задаёт – как офицеры и солдаты подчиняются приказам вышестоящих". Сравните с базовой идеей агностика, либерала и эгалитариста Кекуле о том, что все атомы в молекуле равны, и свойства молекулы определяются лишь порядком их расположения в пространстве.
Красноречивей всего эти разногласия проявились во время Первого конгресса химиков, организованного в сентябре 1860-го по инициативе Вюрца, Кекуле и их коллеги Карла Вельцина. Последний предоставил возможности своего родного заведения, высшей технической школы Карлсруэ (первого технического института в Германии) – а любой организатор конференций знает, как много это значит.
Главной целью конгресса было установление таки наконец-то единых правил написания названий, формул и прочей химической номенклатуры, чтобы избавить учёных от головняка перевода в уме между различными символами и системами. Были приглашены все известные химики из Германии, Франции, Британии, России и даже из королевства Сардинии, которое лишь несколько месяцев назад, стараниями Наполеона III, присоединило почти все североитальянские земли, принадлежавшие прежде Австрии.
Сказать, что конгресс увенчался успехом, было бы большим преувеличением. Сторонники эквивалентов не желали переходить на систему атомных весов. Обсуждение идентичности химических и физических молекул (да-да, это была проблема – считать ли молекулы, о которых говорят физики в рамках кинетической теории, и молекулы химиков одним и тем же) закончилось многозначительным выводом о том, что проблема есть и её надо как-то решать. Диспут о разнице между разными видами изомеров так и заглох, толком не начавшись (через несколько лет вопрос об истинных и кажущихся изомерах органических соединений будет продавлен через статьи). Но главное началось, когда на дискуссию был вынесен вопрос о структурной органической химии.
Станислао Канниццаро (1826–1910), портрет 1858 года. Сицилиец. Медик. Участник неудачной революции 1848-го, политэмигрант. Вернулся на родину вместе с "тысячей Гарибальди" год спустя после конгресса в Карлсруэ. С 1871 – сенатор, вице-председатель верхней палаты парламента и куратор реформы народного образования.
Возможности выступить на конференции в Карлсруэ не получил, но буквально перед самым закрытием успел раздать всем участникам распечатанную за свой счёт таблицу атомных весов, которая получила огромную популярность и стала основой для скорого создания стандартизованной химической номенклатуры. Популяризатор учения Авогадро
Публика немедленно поляризовалась. С одной стороны были сверстники и ученики Кекуле: Вюрц, Вильямсон, Бейер, Мейер... С другой – "старая гвардия" и их немногочисленные молодые последователи: Дюма, Бунзен, Либих, Кольбе... (от этих имён химики сейчас должны исполниться глубокого трепета). Между ними в роли миротворца безуспешно метался Эрленмейер.
Ничего нового они друг другу, конечно же, сказать не могли. Всё так или иначе уже было написано на страницах журналов (или будет написано в ближайшие годы по результатам этого противостояния).
– Наша теория работает! – неслось с одной стороны.
– Ваша теория – это натурфилософские умствования! – отвечали с другой.
– Химикам нужна рациональная модель для обобщения данных и предсказания свойств! И наши структуры, изложенные на бумаге, способны это сделать!
– Ваши шарики и скобочки – это детский сад и годятся только для украшения стен в детской!
– Но господа, позвольте! – раздался с задних рядов голос с ужасным казанским акцентом, – Ведь молекулы на самом деле не плоские!
Но его тут же сдёрнули за фалды соседи, шикнув при этом: мол, думай, что делаешь. Тут академики с трудом могут осознать структурную формулу на бумажке, а ты им напоминаешь, что измерений на самом деле не два, а три. Сломаешь им мозг – где новых академиков достанем?
(NB Художественное преувеличение детектед. Бутлеров, в отличие от Менделеева, до конгресса не добрался. Но эту идею (о тетраэдрическом атоме углерода) Бутлеров высказал через год с небольшим после конгресса. Правда, не первым, и не в той форме, как это часто считается: заместители у него располагались на по вершинам тетраэдра углерода, а по граням).
В общем, все разошлись злыми и взаимно неудовлетворёнными. Дискуссия, местами переходящая в откровенную ругань, продолжалась ещё больше десяти лет, пока противники структурной теории один за другим не выходили из боя: кто по причинам здоровья (или попросту в силу смертности), кто сдавшись под напором успехов "структуралистов". В конце концов даже Франкленд вынужден был сказать: "Теория типов была очень полезной, но пора от неё отказаться... Как спутники переходили бы от одной планете к другой, так и атомы способны меняться местами между разными молекулами, не теряя своей целостности". (Заметьте, что аналогия с планетарной системой по-прежнему жива).
Последний удар был нанесён со стороны... бизнеса. В 1867 году в продаже появились первые коммерческие модели атомов в виде конструктора (первыми отличились британцы). Открытие такого предприятия означало, что потребность в них уже настолько велика, что подчиняоась не только научным, но и экономическим законам, и с этим спорить было уже невозможно.
Не сдавался лишь Кольбе, продолжавший до самой смерти обливать ядом всех сторонников структурной теории со страниц своего журнала. Когда Франкленд, его последний друг и единомышленник, совершил камингаут и признал, что их дело проиграно, Кольбе порвал с ним напрочь. Похороны его сопровождались печальными комментариями коллег в стиле "Какое завидное упрямство... Как жаль, а ведь хороший был химик..."
Итак, чего добился Кекуле? Он добился самого главного. В считанные 10 лет (практически мгновенно по научным меркам, тем более в эпоху бумажных журналов и плохих дорог) структурные подход стал нормой. Кекуле заложил ту логику, что определяет метод работы химиков и поныне: "узнай структуру вещества – и ты узнаешь его свойства".
Фактически, на идеях структурных формул, полученных путём сравнения одинаковых продуктов разных синтезов (доказательство через направленный синтез, искусством которого почти никто не владеет в наши дни), базировалась органическая химия ещё целый век. Без каких-либо физических методов! Без рентгеноструктурного анализа! Без спектроскопии – ни колебательной, ни ЯМР, ни электронной!
И ведь работали! Доказывали! Причём верно. Достаточно посмотреть на работы Ганча, выполненные в 1880-90-е, и вообще на доказательства структур гетероциклических красителей, которые и сейчас повергают студентов-химиков в ужас одними только своими размерами.
И даже это не всё. Именно на основе этого не столько даже научного, сколько идейного прорыва химия выработала свою собственную, отличную от физической философию и методологию. И когда химик и физик берутся за одну и ту же проблему, они и сейчас чаще всего смотрят на неё с разных сторон: первые – со стороны структуры, вторые – энергии.
Но на этом история Кекуле, конечно же, не заканчивается. Впереди было ещё одно открытие, которое сделало его даже более знаменитым (хотя, казалось бы, куда уж дальше).
продолжение следует ЗДЕСЬ