Великие химики. В 2-х т. Т. 2 - Калоян Манолов

Статья Кольбе глубоко задела Вант-Гоффа. Он и сам сознавал, что экспериментальная работа дается ему с трудом, поэтому направил все свое внимание на то, чтобы выработать профессиональные навыки, необходимые для лабораторной работы. И все-таки он понимал, что сам по себе эксперимент ничего не значит, если у исследователя не хватает теоретических знаний и научной фантазии, чтобы объяснить сущность явлений, найти их закономерности. Об этом Вант-Гофф и сказал в своей вступительной лекции, он считал эти принципы главными в своей научной работе.

Лекции нового профессора органической химии привлекли большое число студентов-химиков, физиков, медиков, фармацевтов. Вант-Гофф не останавливался на мелких подробностях, частных случаях, для него имели значение только общие закономерности. Его первая книга «Взгляды на органическую химию»[300] была написана по этому принципу, таково же было и все направление его исследовательской деятельности. Он изучал отдельные соединения, конкретные процессы, но всегда с целью найти общую закономерность. Точно так же он ставил и задачи перед своими сотрудниками. Ассистентом в лаборатории органической химии, которой руководил Вант-Гофф, был Ромени, его первыми стажерами — Шваб и Райхер. Это был единый коллектив. Часто они собирались вокруг лабораторного стола, сдвигали в сторону аппаратуру, чтобы можно было делать записи, и обсуждали возможности экспериментальной проверки волнующих их проблем.

— Известно, что наличие атома кислорода в молекуле делает ее неустойчивой, и она легко окисляется. Достаточно, например, сравнить метан с метиловым спиртом. И все-таки этой свойство молекул в настоящий момент мы не может охарактеризовать количественно. Для точной науки, каковой должна стать химия, то, что мы знаем о метиловом спирте и метане, совершенно недостаточно. Можно взять критерием сравнения реакций их скорость, — говорил Вант-Гофф на одном из таких обсуждений. — Изменение концентрации одного из участвующих в реакции веществ в единицу времени свидетельствует не только о скорости взаимодействия, это изменение еще и раскрывает, какова реакционная способность вещества. Нужно провести серию измерений скорости реакции определенного типа. Этерификация мне кажется наиболее удобной для этой цели, поэтому начнем с нее. Вам, Шваб, я предлагаю заняться кислотами — муравьиной, уксусной и другими карбоксильными производными гомологического ряда метана. А вы, Ромени, что скажете о двухосновных кислотах? Конечно, первой на очереди будет щавелевая, но ведь в нашем распоряжении есть и другие?

— Да, у нас есть достаточное количество и янтарной кислоты, — ответил Ромени.

— Вы, Райхер, пока продолжите опыты с серой. Надеюсь, к тому времени, когда вы защитите диссертацию, освободится еще одно ассистентское место. Тогда вы тоже подключитесь к исследованиям по изучению скорости реакции.

Тема диссертационной работы Райхера тоже представляла большой теоретический интерес. Ученые давно установили характерные свойства серы: она кристаллизуется из расплава при температуре около 119°С, а при нагревании кристаллы плавятся при более низкой температуре — около 112°С.

— Сера находится в кристаллическом состоянии, а любое кристаллическое вещество плавится и кристаллизуется[301] при одной и той же температуре, которая и есть температура плавления или температура кристаллизации, — рассуждал Вант-Гофф, просматривая данные последних опытов.

— Превращение моноклинной серы в ромбическую происходит очень медленно, и к тому же известные на сегодняшний день результаты довольно противоречивы, — добавил Райхер.

— Необходимо испробовать все варианты, в том числе и хранение образцов ромбической и моноклинной серы при постоянной высокой температуре, — предложил Вант-Гофф.

Райхер провел ряд длительных опытов и установил неизвестный до сих пор науке факт: превращение моноклинной серы в ромбическую происходит при вполне определенной температуре — ее назвали температурой полиморфного превращения.

Успех Райхера в этом трудном исследовании был бесспорным. Академический совет присудил ему степень доктора и вскоре он занял место ассистента у Вант-Гоффа.

Существование температуры превращения данного кристаллического вещества из одного состояния в другое, минуя расплав, не могло быть единичным фактом, вряд ли эта закономерность имела место только для серы, и потому Райхер решил провести аналогичные опыты с другими веществами. Параллельно он работал и над определением скоростей реакций.

С течением времени исследования скоростей реакций расширились и стали весьма разнообразными. Кроме этерификации, очень удобными для опытов оказались и реакции омыления. Их проводили путем обработки эфира чистым и сильно разбавленным раствором едкого натра. В этих исследованиях приняли участие все, даже Клесенс — лаборант, в обязанности которого входила демонстрация опытов на лекциях. Студенты в шутку называли его профессором. Они дали ему это прозвище не только потому, что демонстрируемые им по указанию Вант-Гоффа опыты были всегда подготовлены безупречно, но и потому, что Клесенс сам любил подробно объяснять условия опытов и их результаты. Обычно он делал это в перерыве между лекциями. Студенты собирались вокруг большого демонстрационного стола, чтобы получше рассмотреть приборы. Клесенс, не дожидаясь вопросов, начинал объяснять, что он будет показывать, каковы исходные вещества, на что следует обратить особое внимание.

Этот человек был незаменим и в лаборатории. Здесь его звали «волшебник Клесенс». Никто лучше не мог приготовить для опытов амальгаму натрия, хотя операция эта была совсем несложной: в подогретую на водяной бане ртуть, помещенную в фарфоровую чашку, вносились кусочки натрия. Каждый опущенный в ртуть кусок натрия вызывал появление на поверхности небольшого язычка желтоватого пламени. Клесенс безошибочно знал, какое количество натрия необходимо для того, чтобы после охлаждения амальгама смогла превратиться в синеватую твердую массу.

— Вот это настоящая амальгама! — восхищался Райхер, принимая фарфоровое блюдо.

— Колбу продули паром? — спросил Клесенс.

— Все готово.

Райхер осторожно положил куски амальгамы в колбу и залил кипящей дистиллированной водой. Началась бурная реакция с выделением крупных пузырьков водорода, а на дне колбы появился тонкий слой ртути. Когда выделение водорода прекратилось, Райхер осторожно перелил раствор в большую колбу и разбавил его новой порцией кипящей дистиллированной воды.

— Раствор едкого натра готов. Можем приступать к омылению.

Существенным моментом любого исследования является обработка экспериментальных данных. Они должны подтвердить или опровергнуть теоретические предположения исследователя. Вант-Гофф разработал два метода, с помощью которых на основании опытных данных можно было рассчитать число молекул, участвующих в той или иной химической реакции.

— Если число молекул, участвующих в элементарном акте данной реакции, мы обозначим через n, то значение этого числа можно найти используя две формулы, — Вант-Гофф обвел формулы жирной чертой. — Как видно из второй формулы, значение n можно определить по изменению объема реакционной смеси.

— Нужно провести дилатометрические измерения, — сделал вывод Райхер.

— Я уже выбрал реакцию — полимеризация циановой кислоты до циануровой. Определение молекулярного веса обоих соединений показывает, что три молекулы циановой кислоты образуют одну молекулу циануровой. Но каков механизм реакции? Возможно, что в первую очередь соединяются две молекулы и полученный продукт реагирует с третьей молекулой, а может быть, все три молекулы взаимодействуют одновременно.

— Опыт покажет, — вмешался в разговор другой ассистент, Эрнст Кохен[302], который внимательно следил за беседой.

— Необходимо также решить, какова молекулярность реакций, — сказал Вант-Гофф. — Предлагаю вам другой вариант, — обратился он к Кохену. — Давайте воспользуемся термической нестойкостью арсина.

— Но для работы с газами нужна соответствующая аппаратура, — возразил Кохен.

— Аппаратура будет совсем простой, — продолжал Вант-Гофф. — Нужен только один сосуд, который мы наполним арсином, и после термической обработки будем определять изменение в нем давления.

Аппаратура действительно была довольно простой, а опыты очень однообразными. Но результаты вели к важным теоретическим выводам. Прежде всего было доказано, что экспериментальным путем можно определить число молекул, участвующих в элементарном акте реакций. С другой стороны, выяснилось, что не всегда конкретную химическую реакцию можно правильно оценить, не проводя опытной проверки. Так, например, в уравнении распада арсина на мышьяк и водород перед формулой арсина стоит коэффициент «два», а экспериментальные данные, полученные Кохеном, всегда давали значение коэффициента, равное единице.