Герман Смирнов - МЕНДЕЛЕЕВ

У каждого ученого есть исследование, которое лично для него означает гораздо больше, чем для науки; которое в формировании его собственных взглядов сыграло роль гораздо более важную, чем в формировании избранной им науки. Думается, что «Органическая химия» была именно таким трудом для Менделеева. Совершенно очевидно, что эта книга не сыграла значительной роли в развитии органической химии, зато она дала Дмитрию Ивановичу повод и возможность обдумать и решить для себя еще одну важную сторону волнующей его проблемы, сделать еще одни шаг по направлению к его великому открытию.

Что же могло привлечь внимание Менделеева к органической химии? Что могло заинтересовать его в этой науке, от которой он упорно отворачивался, несмотря на все попытки склонить его к ней? Пожалуй, на эти вопросы можно ответить уверенно: Менделеева побудили заняться органической химией гомологические ряды.

Действительно, нет в органической химии ни одного вещества, которое стояло бы одно, само по себе. Здесь каждое вещество — член гомологического ряда, член бесконечной цепи веществ, каждое из которых несет на себе неизгладимое клеймо рода. Зная, к примеру, что метиловый спирт определенным образом реагирует с натрием, мы можем уверенно утверждать, что любой спирт из уходящего в бесконечность гомологического ряда взаимодействует с натрием точно таким же образом. Пристраиваясь один к другому, гомологические ряды образуют классы органических веществ — углеводороды, спирты, альдегиды, кислоты, эфиры.

По всей вероятности, Менделеев испытывал эстетическое наслаждение, созерцая таблицы гомологических веществ. Вот выстроился вдоль горизонтали ряд углеводородов: метан, этан, пропан, бутан, пентан… Вот их формулы: CH 4, C 2H 6, C 3H 8, C 4H 10, C 5H 12. Закон прост: каждый последующий член ряда отличается от предыдущего только тем, что содержит лишний радикал CH 2. Взгляд Менделеева с удовлетворением останавливается на закономерно увеличивающихся значениях удельного веса и температуры кипения.

Ниже — второй ряд: этилен, пропилен, бутилен, амилен… C 2H 4, C 3H 6, C 4H 8, C 5H 10…

Еще ниже — третий ряд: ацетилен, аллилен, кротонилен, валерилен… C 2H 2, C 3H 4, C 4H 6, C 5H 8…

А вот и последний, завершающий ряд углеводородов — ароматические: бензол, толуол, ксилол, кумол… C 6H 6, C 7H 8, C 8H 10, C 9H 12…

Ясно, что перемещение вправо вдоль горизонтальной оси такой сетки сопровождается непрерывным возрастанием молекулярного веса. А что означает перемещение вниз по вертикали, по соединениям, содержащим одинаковое количество атомов углерода? Прежде всего это означает уменьшение молекулярного веса, но уменьшение, идущее за счет одного только водорода. Другими словами, двигаясь вниз по вертикали, мы постепенно переходим к соединениям, все менее и менее насыщенным водородными атомами. А что означает такое уменьшение?

Спустя много лет, вспоминая о поисках ответа на этот вопрос, Дмитрий Иванович писал: «Возвратившись из заграницы и начав чтение органической химии, я стал ее писать и тогда формулировал понятие о пределе, следуя за идеями Франкланда». Кто же такой был Франкланд и какими его идеями воспользовался Менделеев?

В 1853 году, изучая соединения азота, фосфора, мышьяка и сурьмы, английский химик Эдвард Франкланд обратил внимание на то, что один атом любого из этих элементов может присоединять иногда 3, а иногда 5 атомов других элементов. Исследовав вопрос, Франкланд предложил характеризовать способность элементов к насыщению термином «атомность» или «валентность». Если, к примеру, азот присоединил 3 атома водорода, то его валентность равна 3. Кислород образует воду, присоединяя 2 атома водорода, следовательно, кислород двухвалентен. В пятиокиси азота, состоящей из 2 атомов азота и пяти атомов кислорода, азот пятивалентен и так далее.

Это понятие, без которого немыслима современная химия, в 1860 году еще далеко не установилось в науке, и Менделеев не решился ввести его в учебник: «Не должно забывать, что понятие об атомности заключает в себе много условного и служит, как мне кажется, главным образом только для облегчения системы, не заключая в себе ничего абсолютного». Поэтому Дмитрий Иванович пошел по более наглядному пути. Он обратил внимание, что максимальное количество водорода на каждый атом углерода содержится в соединениях первого гомологического ряда. Он стал называть эти углеводороды предельными. Все нижележащие ряды — ряды непредельных углеводородов, причем чем ниже лежит ряд, тем меньше его соединения насыщены водородом и тем легче они вступают во всевозможные реакции.

Эта ясная, чрезвычайно наглядная картина перехода весового количества в химическое качество была так близка и дорога душе Менделеева, вносила столько ясности и понимания в систему его взглядов, что он весьма настороженно отнесся к структурным теориям и объяснениям изомерии, появившимся вскоре после выхода его книги. Структурные формулы и изомерия настолько усложняли построенную им модель, порождали столько новых вопросов, что Дмитрию Ивановичу пришлось проявить редкое умение — умение самоограничиваться. Он интуитивно ощутил: иногда пытаться ответить на все вопросы — значит отказаться от намерения понять хоть что-нибудь. И он не стал претендовать на то, чтобы объяснить все…

О причинах, побудивших его с осторожностью относиться к структурной теории Бутлерова, Менделеев писал: «…при изложении и 1860-х годах «Органической химии»…я старался выставлять на вид постепенность и непрерывность перехода от жирных соединении к ароматическим, выставляя на первый план то обстоятельство, что первые отвечают пределу C nH 2n+2, а вторые — далекому от него классу соединений соответствующих углеводородам состава C nH 2n-6… Ацетилены, терпены и тому подобные ряды должны поэтому составлять ступени перехода. Подобные, вполне естественные, соображения были совершенно забыты, особенно по поводу господства той части структурного… учения… по которой для предельных соединений признается цепеобразное строение… а для ароматических — замкнутое или кольцеобразное…»

Эти слова, в которых сквозит неприязненность к структурной теории, написаны в 1894 году, когда идеи Бутлерова в органической химии восторжествовали, и время показало, что здесь прав был именно Бутлеров. Но зато Менделеев открыл периодическую систему элементов. И быть может, и в том, что он сделал это великое открытие, и в том, что он оказался не прав в споре с Бутлеровым, проявилась одна и та же особенность его мышления — умение пренебречь усложняющими дело тонкостями и обнаружить мощный принцип, позволяющий увидеть порядок в груде материала, поначалу представляющейся хаотичной. Понятно о пределах — вот тот принцип, который дал возможность Менделееву охватить единым взглядом пеструю картину органических веществ. И позднее мы увидим, какую роль сыграет этот принцип в открытии периодического закона…