Творцы точных наук. Русские химики. Н.Н. Зинин, А.М. Бутлеров, В.В. Марковников

«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. С именем русского ученого Николая Николаевича Зинина связано открытие, положившее начало новой эпохе в химии.

В 1842 году в своей лаборатории в Казанском университете Зинин впервые осуществил синтез анилина — искусственно получил это органическое вещество, которое раньше добывали лишь из естественного красителя — индиго Анилин был создан Зиминым из каменноугольного дегтя — отхода газовой промышленности.

Первым шагом Зинина к получению анилина было извлечение из каменноугольного дегтя легкой пахучей жидкости— бензола. Затем следовала та классическая реакция, которая вошла в историю науки под названием реакции Зинина. Она состояла из двух этапов. Бензол сначала подвергался действию азотной кислоты. Происходило так называемое нитрование. Получалось промежуточное вещество — нитробензол. Затем на нитробензол действовали сероводородом. Происходила реакция восстановления. Молекулы нитробензола отдавали свои кислородные атомы сероводороду, получая от него взамен атомы водорода, и в колбе рождалось новое вещество—анилин, которое раньше создавалось только в лаборатории природы.

До Зинина химиками было получено искусственно всего лишь одно органическое вещество — мочевина. Большинство ученых не верило в возможность синтеза таких веществ. Видный шведский химик Берцелиус считал, что органические вещества — это продукты деятельности особой «жизненной силы» и возникают они лишь в живом организме.

Зинин развеял эти идеалистические взгляды. Универсальная реакция Зинина стала средством для создания сотен новых синтетических продуктов.

Реакция, которая сто с лишним лет назад была проведена русским химиком в небольшой колбе, ныне непрерывно идет в гигантских аппаратах на многочисленных заводах всех стран мира. Анилин, добываемый в огромном количестве, используется многими отраслями промышленности.

Ведь анилин — это сырье для получения всевозможных красок, фотографических препаратов, лекарственных веществ и других материалов. Открытие русского химика живет в яркоокрашенных тканях, в прекрасных пластмассовых изделиях, в душистых веществах.

Язык химических формул имеет огромное значение в науке. Он позволяет кратко и наглядно, одной строчкой, изобразить то, что потребовало бы многих страниц для объяснения словами. Этот язык одинаково понятен химикам всех стран.

В неорганической химии, имеющей дело с веществами, построенными сравнительно просто, достаточно отметить количественное соотношение элементов, входящих в соединение, и будет ясно, о чем идет речь.

Однако формулы, которыми пользуется неорганическая химия, для органической химии недостаточны. Здесь под одинаковой формулой могут скрываться несколько различных веществ с различными свойствами. Метиловый эфир и этиловый спирт, имея одинаковый состав молекул — по два атома углерода, по шести атомов водорода и по одному кислорода, — резко отличаются друг от друга своими свойствами.

Такие вещества, одинаковые по составу, но разные по свойствам, называются изомерами. Возможность существования их, как мы уже знаем, Ломоносов предсказал еще в XVIII веке.

Первая пара изомеров была открыта в 1828 году. В дальнейшем обнаруживались всё новые вещества, одинаковые по составу, но разные по свойствам. Непонятно было, в чем же секрет различия их свойств. Как из атомных «кирпичиков» строятся различные молекулы? В чем причина удивительного явления изомерии?

Все эти вопросы разрешила структурная теория знаменитого русского ученого Александра Михайловича Бутлерова.

Бутлеров утверждал, что свойства вещества определяются характером взаимосвязей между атомами, образующими молекулы. Он показал, как, испытывая вещества физическими методами и изучая химические их превращения, можно установить строение их молекул. Русский химик опроверг взгляды многих западноевропейских химиков, среди которых были такие известные ученые, как Вертело, Жерар, Кольбе, полагавших, что наука никогда не даст ответа на вопрос, каким образом сгруппированы атомы в молекулах.

Два года излагал Бутлеров свою теорию на лекциях в Казанском университете, одновременно проверяя ее опытами в лаборатории. Гениальному ученому его открытие казалось чем-то очевидным, простым и ясным. Он полагал, что мысль о зависимости свойств вещества от расположения атомов в молекулах давно известна всем, поэтому об этом нигде и не пишут.

В феврале 1858 года молодой ученый был приглашен на заседание в Парижское химическое общество. Слушая доклады и обмениваясь мнениями с иностранными учеными, он выяснил, что химикам совершенно неизвестны те понятия о химическом строении вещества, к которым пришел он, и Бутлеров решил выступить с докладом о своей структурной теории.

На этом докладе присутствовали видные химики Кекуле, Коупер и Кольбе. Однако никто из них не оценил тогда всей важности того нового, что вносил в науку Бутлеров своей структурной теорией.

В 1861 году Кекуле издал учебник органической химии, в котором ни словом не обмолвился о теории Бутлерова.

19 сентября 1861 года Бутлеров выступил на 36-м съезде немецких естествоиспытателей и врачей в Шпейере с докладом «О химическом строении вещества». Он подробно изложил свою теорию и указал способы выведения структурных формул изомеров. Ученый говорил: «Заключение о химическом строении веществ, по всей вероятности можно будет основать на изучении способов их синтетического образования, с другой стороны, впрочем, и аналитические реакции также могут служить для определения химического строения».

В 1864 году вышел учебник Бутлерова «Введение к полному изучению органической химии», в котором впервые в мире вся органическая химия была изложена в соответствии с теорией химического строения вещества.

В 1869 году эта книга была переведена на немецкий язык. О необходимости перевода писал из-за границы ученик Бутлерова В. В. Марковников. Он указывал, что в течение двухлетнего пребывания его в Германии многие известные химики задавали ему такие вопросы, которые Бутлеров давно освещал студентам на лекциях в своем курсе органической химии.

Месяцем раньше перевода книги Бутлерова в Германии вышла книга А. Кекуле «Об ароматических соединениях», в которой он, наконец, порвал со старым взглядом на строение вещества. Но, излагая структурную теорию, Кекуле не упоминал имени творца ее — А. М. Бутлерова. Некоторые западноевропейские историки науки воспользовались этим для того, чтобы приписать приоритет открытия структурной теории своему представителю.

Сравнительно легко сделать анализ вещества, определить, из чего оно построено. Значительно сложнее построить вещество вновь, осуществить синтез. Здесь уже надо знать не только, из каких атомов оно состоит, но и как эти атомы сложены в молекулы. Иначе ученый очутится в положении архитектора, который, имея кирпичи, балки, цемент, все-таки не может построить сложное здание из-за отсутствия его проекта.

Величайшая заслуга Бутлерова в том и заключается, что он дал такой «проект» молекулярных построек, открыл для науки возможность строить вещество по заранее разработанному плану. «Можно ручаться за возможность синтетического получения каждого органического вещества»,— писал Бутлеров еще в 1864 году.

Будущее подтвердило справедливость мысли русского ученого. Созданная им теория химического строения вещества вот уже на протяжении десятилетий является неисчерпаемым источником открытий, имеющих как научное, так и промышленное значение.

Создатель знаменитой теории строения вещества первый применил ее для решения проблем органического синтеза.

Ряд блестящих химических синтезов, проведенных Бутлеровым, вошел в историю науки.

В 1861 году ученый задался целью создать в своей лаборатории сахаристые вещества, вырабатываемые растениями. Два года продолжалась работа.

Сначала Бутлеров получил формальдегид — первый продукт, который образуется в зеленом листе растения из углекислоты воздуха и воды. Затем с помощью тонких реакций он превратил формальдегид в сахаристое вещество.

Созданный Бутлеровым метод превращения формальдегида в сахар применяется и сейчас. Он используется также при получении пластических масс — бакелита и галалита.

В 1859 году Бутлеров открыл способ искусственного получения широко известного сейчас лекарственного вещества—уротропина.

Руководствуясь своей теорией химического строения, Бутлеров синтезировал два новых вещества — изобутилен и пропилен. Сейчас изобутилен служит сырьем для выработки лучших сортов авиационного бензина, а пропилен используется для получения синтетического каучука, который не стареет и не окисляется в отличие от других видов натурального или синтетического каучука. Открытый Бутлеровым диизобутилен превращается сейчас в октан и применяется как антидетонационная добавка в бензин.

В 1884 году Бутлеров открыл реакцию, которая получила сейчас промышленное применение в производстве синтетического глицерина.

Заглядывая вперед, великий ученый предвещал новую фазу развития структурной теории — стереохимию. Он писал: «Вряд ли можно присоединиться к мнению Клауса, что положение атомов в пространстве нельзя изобразить в плоскости бумаги, ведь математическими формулами выражается положение точек в пространстве, и можно надеяться, что законы, управляющие образованием и существованием химических соединений, найдут в свое время математическое выражение. Но если атомы действительно существуют, тогда я не понимаю, почему все попытки определения их группировки в пространстве, как это полагает Кольбе, должны быть тщетными, почему будущее нас не научит произвести такие определения». Стереохимия, изучающая такие изомеры, которые отличаются не только характером взаимосвязи между атомами, но и различным размещением атомов в пространстве, действительно была вскоре создана.

Великий химик считал, что атомы неделимы только известными ученым способами: «Их удастся разделить в новых процессах, которые будут открыты впоследствии», — писал он в 1885 году. Вскоре и это его предсказание сбылось.

Опережая науку своего времени, Бутлеров также предсказал существование изотопов — веществ, химически одинаковых, но отличающихся друг от друга атомным весом, — и изобаров — веществ, имеющих одинаковый атомный вес, но химически отличных друг от друга.

Замечательным теоретиком и блестящим экспериментатором бутлеровской школы был Владимир Васильевич Mapковников. Развивая теорию своего учителя, он создал учение о взаимном влиянии атомов в химических соединениях.

В 1869 году в своей диссертации «Материалы по вопросу о взаимном влиянии атомов в химических соединениях» Марковников дал закон, управляющий процессом становления сложных органических соединений, и вывел на основе его ряд правил, объясняющих, почему возникают сложные ряды, цепочки и кольца атомов, обладающие такими разнообразными и интересными свойствами.  Правила Марковникова позволяют предвидеть, какие соединения получатся в том или ином случае в результате химической реакции.

Одинаковые атомы водорода, входящие в состав различных химических веществ, в каждом из них имеют особый химический характер. В молекуле соляной кислоты, например, атом водорода пол влиянием хлора приобретает кислотный характер. В химических реакциях он легко замещается металлом. В молекуле воды атомы водорода связаны с кислородом и имеют уже другой характер; они могут замещаться только такими активными металлами, как натрий или калий. В молекуле аммиака, где водород находится под влиянием атома азота, свойство замещаться металлом почти пропадает. Наконец, водородные атомы в молекуле метана совершенно не замещаются металлами, но приобретают новую способность — замещаться хлором. В своих работах В.В.Марковников обнаружил закономерность, управляющую также поведением атомов.

Марковников доказал, что при соединении атомов в молекулы свойства атомов изменяются под взаимным воздействием. Наиболее сильно взаимное влияние атомов, непосредственно связанных друг с другом. Слабее — через посредство других. Зная это влияние, можно заранее предсказать, как будут вести себя в различных случаях составные части молекул.

Теория Марковникова научила химиков точно предсказывать течение химических реакций.

Источник: Болховитинов В. и др. Рассказы о русском первенстве. Москва: Изд-во ЦК ВЛКСМ «Молодая гвардия», 1950. 424 с. С.69-75