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

— Выходит, что реакция мономолекулярна, — заключил Кохен.

— Это показывает, что сначала молекула арсина распадается на атомы, а их группировка в молекулы является вторичным процессом. — Вант-Гофф подчеркнул коэффициент «два» перед формулой арсина.

…Факты накапливались, подтверждая выведенные математические зависимости. Материалы эти требовали систематизации, обработки и обобщения. У Вант-Гоффа родилась идея написать «Очерки по химической динамике». Обычно над рукописью он работал дома вечерами. Поудобнее усевшись в кресло у камина, он держал на коленях большую тетрадь и писал. Жена обычно читала в эти часы, сидя здесь же.

Женни Вант-Гофф-Меес была женщиной интеллигентной и, как все голландки, великолепно вела хозяйство. Она успевала заниматься не только домом и детьми, но и сумела создать своему мужу настоящую творческую атмосферу. Так, в тишине и спокойствии домашних вечеров родились «Очерки по химической динамике»[303], которые получили широкий резонанс в Европе. В своей книге Вант-Гофф рассматривал не только проблемы, связанные со скоростью химических реакций. Специальную главу он посвятил влиянию температуры на химическое равновесие и проблеме химического сродства. Многие из затронутых им вопросов были спорными, в науке существовали различные теории, сторонники которых образовали два лагеря. Выводы Вант-Гоффа совпадали с мнением Брауна[304], Гельмгольца[305] и Эдлунда и показывали, что точка зрения Бертло, Томсена и Экснера неверна. Вант-Гофф привел совершенно бесспорные доказательства зависимостей, связанных со скоростью реакций и с химическим равновесием.

После наступления химического равновесия в системе с одинаковой скоростью протекают и прямые, и обратные реакции. Но равновесное состояние зависит от температуры. Одной из основных задач, которую поставил перед собой Вант-Гофф, был вывод математической формулы, выражающей зависимости между температурой и константой равновесия. В этой работе особенно ярко проявилась гениальная способность ученого устанавливать связь между такими областями науки, которые на первый взгляд не имели ничего общего, в частности, Вант-Гофф связал равновесные процессы с теорией теплоты и термодинамикой.

Теория теплоты обосновывала взаимные превращения различных видов энергии, а термодинамика указывала условия, при которых могут осуществиться эти превращения. Результатом теоретических исследований Вант-Гоффа было установление математической зависимости, которая связала температуру реакции с ее тепловым эффектом и с константой равновесия. Эти выводы, в частности, показали, что при повышении температуры в данной равновесной системе протекает та реакция, при которой тепло поглощается. Так, математическим путем, Вант-Гофф подтвердил принцип подвижного равновесия, высказанный до него Ле Шателье и развитый Брауном.

«Очерки по химической динамике» не сразу были замечены. Но, подобно первой статье Вант-Гоффа о пространственном строении молекул, эта книга постепенно привлекла внимание ученых. Первым оценил ее достоинства Сванте Аррениус. Он опубликовал в журнале «Нордиск реви», выходящем в Упсале, подробную рецензию, в которой подчеркнул исключительное значение этой работки для развития физической химии, ее решающее влияние на развитие ряда основополагающих проблем химии.

Успех Вант-Гоффа принес радость и его близким. Старый Вант-Гофф следил за достижениями сына с особым вниманием. Поклонник Байрона, всегда испытывающий восторг перед творениями гениев, теперь он был уверен, что и его сын когда-нибудь займет место среди них. Поэтому, когда отец Вант-Гоффа из письма Женни узнал, что в Швеции высоко оценили научный труд его сына, он немедленно написал ему:

«Твой успех — гордость, прежде всего для тебя. Но ты должен знать, что для меня он важнее, ибо я могу посмотреть на вещи со стороны и беспристрастно оценить их, хотя и для меня это довольно трудно. Очень сожалею, что не владею шведским языком и не могу прочесть полный текст рецензии. Того, что сообщила мне Женни, для меня недостаточно. Хотелось бы знать больше. Прошу тебя, Генри, позаботься о том, чтобы сделать для меня голландский перевод».

Вант-Гофф показал письмо жене.

— Что ты скажешь, Женни? Не могла бы ты выполнить просьбу отца?

— Попробую. Только мне, разумеется, нужен словарь.

На следующий день Вант-Гофф явился домой с толстым шведским словарем. Как обычно, он углубился в работу, усевшись перед камином, а Женни открыла рецензию и начала перевод. Она отличалась исключительными способностями к языкам и за несколько вечеров сделала превосходный перевод, который доставил огромную радость старому Вант-Гоффу.

Однако выход в свет книги не означал, что исследования скоростей реакций и химического равновесия закончены. Теперь уже не факты нужны были для обоснования теории, а напротив, с помощью теории нужно было объяснить конкретные случаи. Вант-Гофф применил новую теорию и к стереохимической гипотезе, принесшей ему как теоретику первый большой успех. Когда младший брат Вант-Гоффа закончил свое образование и пришел в его лабораторию, чтобы начать работу над диссертацией, Вант-Гофф снова вернулся к стереохимической гипотезе, несмотря на то что все его сотрудники в это время были заняты исследованиями по химической кинетике.

Когда статья Ле Беля[306] и моя статья обсуждались на заседании Парижского химического общества, — начал Вант-Гофф, — Бертло сделал ряд замечаний, которые свидетельствуют о несовершенстве нашей теории. Действительно, эти замечания очень интересны. Хотя мы с Ле Белем абсолютно независимо друг от друга пришли к одинаковым выводам[307], мы оба упустили из виду четвертый тип винной кислоты, открытой еще Пастером, — мезовинную кислоту. Подобно рацемической смеси, она тоже оптически неактивна, но в отличие от рацемической смеси мезовинную кислоту ни при каких условиях нельзя разделить на оптические антиподы. Это показывает, что ее молекула обладает особым строением, обусловливающим оптическую неактивность.

— Но все вопросы, связанные с винной кислотой, уже выяснены, — возразил Вант-Гоффу брат. — Установлено, что оба асимметрических углеродных атома имеют противоположное пространственное строение: один — левое, другой — правое, вследствие чего молекула неактивна.

— И все же теория становится теорией только тогда, когда все ее предвидения могут подтвердиться опытом. Ты займешься этой задачей. Для начала возьмем яблочную кислоту. Согласно теории, для этой кислоты возможны такие изомеры. — Вант-Гофф набросал формулы на листе бумаги. — Наша задача — синтезировать их.

Задача была нелегкой и требовала большого искусства от экспериментаторов. Вант-Гофф с исключительным упорством совершенствовал свое мастерство экспериментатора. Он добивался цели с помощью остроумно и всегда просто поставленных опытов. Ученый почти всегда мог заранее определить, получится опыт или нет, и в случае неудачи тут же предлагал новый вариант.

Исследования, которыми занимался младший брат, шли точно по плану. В конце 1885 года он защитил докторскую диссертацию, а вскоре опубликовал материал своих исследований в статье, носящей название «Вклад в ознакомление с яблочной кислотой».

В это время Вант-Гофф и его сотрудники обратились к другой группе явлений, которые стали предметом широких теоретических и экспериментальных исследований. Вант-Гофф заинтересовался законами Пфеффера об осмотическом давлении и работами Рауля, изучавшего свойства разбавленных растворов.

Явление осмоса было открыто в 1748 году французом Жаном Антуаном Нолле[308]. Он затянул пленкой из свиного мочевого пузыря цилиндр, наполненный спиртом, и поставил его в большой сосуд с водной. Через некоторое время пленка вздулась, так как в цилиндре давление повысилось; когда же пленку прокололи иглой, спирт начал выливаться из цилиндра сильной струей. Позже было установлено, что подобный эффект наблюдается у растительных и животных клеток, которые играют роль полупроницаемой перегородки. Совершенно естественно, что профессор физиологии. Пфеффер поставил задачу определить точные значения осмотического давления. Для исследований он использовал однопроцентный раствор сахара и получил неожиданно высокие результаты.

Вант-Гофф не собирался повторять опыты Пфеффера. Как следовало из статей этого ученого, эксперименты проводились им с большой точностью, и определение высоты водяного столба в сконструированном Пфеффером осмометре не вызывало сомнения. Но разве можно было принять объяснение Нолле, утверждавшего, что давление создается лишь водой, так как перегородка пропускает молекулы воды, но не пропускает молекулы спирта? Аналогичным было объяснение и в отношении раствора сахара. Много вечеров просидел Вант-Гофф в своем кресле у камина, а тетрадь его все оставалась чистой. Он пытался найти теоретическое объяснение и выразить его математической зависимостью.