Творцы точных наук. Русские химики. М.Г.Павлов, Б.Н.Чичерин, Н.А.Морозов

«Рассказы о русском первенстве» — читайте интересные статьи из этой книги, с продолжениями! Вы узнаете о реальном вкладе русских ученых и изобретателей в развитие мировой  науки и техники.

Химическая наука позволила создать много удивительных материалов с совершенно новыми, отсутствующими у природных, свойствами.

Мы можем гордиться тем, что многие из важнейших глав этой науки созданы нашими соотечественниками — русскими химиками.

Безмерны заслуги русской науки в создании и развитии атомистической теории, в раскрытии законов, господствующих в мире атомов.

Очень ценные мысли о природе атомов были высказаны Михаилом Григорьевичем Павловым — профессором Московского университета.

Павлов был одним из образованнейших людей своего времени. Преподавая в университете, он читал попеременно физику, технологию, лесоводство и сельское хозяйство. Все же до самого последнего времени известность Павлова была неизмеримо ниже той, которую он заслужил своими трудами.

В 1934 году при исследовании архивов была найдена тоненькая тетрадка с надписью: «Записки профессора М Г. Павлова». В ней излагалась созданная Павловым в 1819 году теория строения атомов. О том, что такая теория существовала, было известно из сохранившейся программы курса физики, который читал ученый.

Перекликаясь с Ломоносовым, ученый пишет: «Движение доминирует в природе», «Ежели к сим произведениям подойти, если будем проникать глубже сию совокупность видимого, то не можем не заметить, что сие нечто содержимое, издали кажущееся покойным, все же находится в движении».

Во втором постулате содержится гениальное прозрение о том, что «природа света электрическая».

И, наконец, совершенно изумительны постулаты 5, 6 и 7. В них Павлов, предвосхищая современные представления о строении материи, утверждает, что строение атомов связано с электрическим зарядом. Павлов пишет: «Элементы имеют планетарное строение», и «Первый элемент построен из плюс и минус заряда». Зная теперь, что атомы действительно состоят из заряженных частиц и что первый элемент — водород — состоит из одного протона, заряженного положительно, и одного электрона, несущего отрицательный заряд, с изумлением читаем мы эти слова Павлова, написанные свыше века тому назад.

Размышляя над тем, почему атомы соединяются в молекулы, Павлов в своей работе «О полярно-атомистической теории химии» писал: «Тела состоят из частиц в весе постоянных, при химических соединениях не проницающих одна другую, но одна к другой присоединяющихся. Частицы сии означаются именем атомов». Когда атомы присоединяются друг к другу, продолжает Павлов, то «при сем возбуждаются противоположные электричества. А поелику химическое соединение совершается между атомами, то между ними же должно быть и возбуждение противоположных электричеств, и в сем состоит взаимное атомов одного на другое действие».

Гипотеза Павлова указывала на способность атомов «возбуждаться» при химическом взаимодействии в противовес гипотезе Берцелиуса, считавшего, что атомы обладают постоянными электрическими зарядами. Замечательное прозрение сути химического сродства, принадлежащее Павлову, позднее полностью подтвердилось. Имя Павлова, сделавшего первые шаги к познанию строения атома и сущности химического сродства, предвосхитившего идеи и Бора, и Резерфорда, и Томсона, достойно быть вписанным самыми крупными буквами в летопись физики.

Стремясь объяснить способность атомов соединяться  друг с другом, ученые создавали новые теории. Здесь учитывалась уже «емкость» атомов, то есть способность их присоединять к себе определенное количество атомов других химических элементов. Эту «емкость» назвали валентностью. За единицу валентности приняли валентность атома водорода. В молекуле воды атом кислорода удерживает два атома водорода; кислород, значит, двухвалентен. В молекуле соляной кислоты и водород, и хлор соединяются атом на атом, следовательно, они одновалентны. В молекуле аммиака атом азота трехвалентен и т. д.

Но оказалось, что не у всех атомов валентность постоянна. Некоторые элементы, например цинк, ведут себя в одном соединении как двухвалентные, а в другом как четырехвалентные. Этой изменчивости не могла объяснить ни одна из существовавших тогда теорий. И вот другой русский ученый — А.М. Бутлеров — гениально предвосхищает природу химической связи атомов.

«Быть может, не ошибется тот, — писал он, — кто назовет движением все явления химизма. Если наступит время, которое уяснит причинную связь между всеми видами этого движения, то явления химизма получат свою механическую теорию». И действительно, химическая связь с точки зрения современного учения о валентности объясняется в основном силами магнетизма, являющимися в свою очередь, результатом движения частиц атомов электронов.

Замечательные труды, раскрывающие тайны строения атома, создал русский ученый конца XIX века Борис Николаевич Чичерин.

Статьи Чичерина, в которых он изложил свои взгляды на строение атома, появились в 80-х годах XIX века в трудах Русского физико-химического общества. В те годы еще не был открыт электрон, еще не была известна радиоактивность. Атомы представлялись ученым какими-то неделимыми частицами.

Знаменитый английский физик Максвелл писал, например, что атом есть то, что нельзя рассечь пополам, «он близок к математической точке и, следовательно, не имеет никакой структуры».

Но Чичерин думал иначе. Он первый понял, что периодичность свойств элементов, открытая великим Менделеевым, свидетельствует о том, что различные атомы построены из каких-то одинаковых частиц. Чичерин первым увидел в таблице Менделеева замечательный ключ к познанию строения атомов. Математически анализируя эту таблицу, русский ученый, опередив на десятилетия современную ему науку, создал модель атома.

«Атом есть микрокосм, вселенная в малом виде, — утверждал Чичерин. — Каждый атом представляет собою подобие солнечной системы с центральной массой и сгруппировавшимися около нее телами». Центральная масса (ядро) — носитель положительного заряда, а вращающаяся вокруг нее «окружность» заряжена отрицательно. «Окружность» у Чичерина — это то, что мы называем теперь электронной оболочкой. С замечательной прозорливостью Чичерин провидел, что частицы, заряженные отрицательно, — электроны — должны обладать наибольшей подвижностью. Он говорил и о том, что чем дальше расположен элемент в таблице Менделеева, тем больше у него орбит, по которым обращаются вокруг ядра внешние частицы атома.

Руководствуясь своей теорией строения атома, Б. Н Чичерин пришел к выводам, объясняющим химическое сродство элементов.

«Рассматривая совокупность химических соединений, — писал ученый, — мы находим, что все они образуются с участием периферических элементов». «Периферические элементы являются деятельным началом в соединениях». И действительно, химическое взаимодействие — это взаимодействие внешних, периферических частиц атома — электронов.

Чичерин различает у каждого элемента валентность центральную и периферическую (мы бы сказали сейчас положительную и отрицательную), но сумма валентностей во всех случаях равна восьми. Так, азот соединяется с тремя атомами водорода и пятью атомами кислорода; сера — с двумя атомами водорода и шестью кислорода; хлор — с одним атомом водорода и семью кислорода.

Введением понятия положительной и отрицательной валентности Чичерин опередил Лангмюра почти на четверть века.

Чичерин был далек от мысли, что все вопросы строения вещества разрешаются его теорией, но считал, что система химических элементов, которою он руководствовался, «выражает собою основные свойства материи в их взаимной и необходимой внутренней связи. Других свойств материя не имеет и не может иметь. В этом громадная важность периодического закона».

Русский ученый первый взглянул на химию, как на науку, которая должна заниматься не только явлениями соединения атомов в молекулы, но и изучать процессы образования самих атомов. А такое изучение очень важно, ибо, по мысли Чичерина, «закон происхождения атомов, раскрываемый нам системой химических элементов», есть «закон образования самой материи, ибо вся известная нам материя имеет атомическое строение».

На Западе первую модель атома попытался создать в 1903 году Д. Томсон. К этому времени физика уже располагала огромным опытным материалом об атомах. Было открыто, что в их состав входят электроны и что атомы радиоактивных элементов самопроизвольно распадаются. И все же Томсону не удалось создать удовлетворительной модели атома. Он предполагал, что атом представляет собой положительно заряженный шарик, в толще которого располагаются электроны

Несостоятельность модели Томсона была вскоре же установлена, и она была отброшена наукой.

Только в 1912—1913 годах в западной науке появилась планетарная модель атома, повторившая все основные черты модели, созданной Чичериным.

Почти в те же годы, когда Чичерин начал публиковать свои статьи, строением атома занялся еще один русский ученый. Оторванный от внешнего мира, томящийся в Шлиссельбургской крепости, ученый-революционер Николай Александрович Морозов независимо от Чичерина также пришел на основании теоретических выкладок к планетарной теории атома, совпадающей в основных чертах с взглядами Чичерина. Ученый построил модели атомов всех элементов периодической таблицы Менделеева.

В своей книге «Периодические системы элементов», в главе «Возможно ли превращение одних элементарных тел в другие», Н. А. Морозов предсказал синтез химических элементов. Он указывал, например, на возможность синтеза атома серы из двух атомов кислорода; на возможность превращения двух атомов азота в атом кремния и другие.

«Таким образом, — писал он, — теория указывает на возможность синтезирования обычных атомов окружающей нас природы» Теория строения атома, созданная Н. А. Морозовым, помогла ему сделать еще одно замечательное открытие в химии.

В 1870 году Менделеев указывал на то, что должны существовать те элементы, которые мы называем «благородными газами», но не предусмотрел места для них в своей таблице элементов. Если бы книга Морозова, которую он безуспешно пытался переслать из тюрьмы Менделееву, попала по назначению, то творец периодического закона увидел бы в ней нулевую группу химических элементов, которую он не изобразил в своей таблице. В шлиссельбургском каземате в 1883 году, задолго до открытия Рамзаем гелия и аргона, существование инертных газов предсказал русский ученый. Там, где теперь в таблице Менделеева поставлены гелий, неон, аргон и другие инертные газы, у Морозова были числа 4, 20, 40, 82 и т. д., показывающие теоретические атомные веса этих недостающих элементов.

Октябрьские события 1905 года раскрыли двери тюремной камеры, где в одиночестве 28 лет просидел революционер-ученый… 26 томов научных работ в области химии и астрономии, написанных в тюремном заключении, вынес он с собой на свободу.

Источник: Болховитинов В. и др. Рассказы о русском первенстве. Москва: Изд-во ЦК ВЛКСМ «Молодая гвардия», 1950. 424 с. С.65-69.