ЛАВУАЗЬЕ

(1743—1794)

Антуан Лоран Лавуазье родился в семье прокурора Парижского парламента Будущий химик учился в колледже Мазарини, а затем в Сорбонне; он окончил университет по юридическому отделению, изучая одновременно и естественные науки. Три года Лавуазье участвовал в работах по составлению геологической карты Франции. За изыскание наилучшего способа освещения улиц Парижа Лавуазье получил золотую медаль Академии и двадцати пяти лет избирается адъюнктом, эатем полным ее членом, а с 1785 г. становится секретарем Академии. В 1775 г. Лавуазье был назначен директором Управления порохов и селитр; под его началом производство боеприпасов было увеличено во много раз, стандартизовано и улучшено качество пороха.

Лавуазье был женат на Марии Анне Пьеретт Польз — женщине большого ума и обаяния, помогавшей ему в научной работе, которая была также радушной хозяйкой известного дома Лавуазье в Арсенале, где собирались друзья ученого. Вместе со своим тестем Лавуазье стал генеральным откупщиком — членом компании финансистов, которые брали на откуп государственные налоги. Он приобрел громадное состояние, значительная часть которого была потрачена на создание великолепной лаборатории.

Помимо химии, Лавуазье интересовался вопросами рационального ведения сельского хозяйства, образования, тюремной реформой.

В период якобинской диктатуры Лавуазье вместе с 27 другими откупщиками был арестован. Он был приговорен трибуналом к смертной казни и через три дня, 8 мая 4794 года, гильотинирован, несмотря на все попытки жены и влиятельных друзей «пасти ученого. Лагранж, присутствовавший на казни своего друга, заметил: «В один момент мы лишились головы, о пройдет быть может еще сто лот, пока появится еще такая...». При вынесении приговора судья, движимый, по-видимому, еще и чувством личной мести, заявил, что «Республика не нуждается в ученых, и правосудие должно идти своим чередом». Однако история показывает, какое видное место заняла наука в революционную эпоху, когда крупнейшие ученые того времени были привлечены к государственным делам Франции.

Работам Лавуазье непосредственно предшествовало открытие кислорода шведским химиком Шееле и исследование процессов окисления английским химиком и философом Пристли. Однако именно Лавуазье обобщил все имевшиеся тогда опытные данные, впервые поставил химию на научную основу количественных весовых измерений, уточнил ее понятия, в первую очередь понятие элемента.

Мы приводим обширное введение к «Начальному учебнику химии» (1789) — итоговому сочинению Лавуазье, к которому была приложена таблица 33 простых тел, тогда известных.

НАЧАЛЬНЫЙ УЧЕБНИК ХИМИИ

Предварительное рассуждение

Предпринимая настоящий труд, я не имел иной цели, как развить подробнее доклад, сделанный мной на публичном заседании Академии наук в апреле 1787 г. «О необходимости преобразовать и усовершенствовать химическую номенклатуру».

Занимаясь этой работой, я еще лучше, чем ранее, почувствовал очевидность положений, принятых аббатом Кондильяком в его «Логике» и некоторых других его трудах. В них он устанавливает, что мы мыслим лишь с помощью слов; что языки являются настоящими аналитическими методами; что алгебра, будучи из всех способов выражать мысль наиболее простым, наиболее точным и лучше всего приспособленным к своему объекту, есть одновременно и язык, и аналитический метод; наконец, что искусство рассуждать сводится к хорошо построенному языку. И действительно, между тем как я полагал, что занимаюсь только номенклатурой и моей единственной целью было усовершенствование химического языка, мой труд, помимо моей воли, незаметно для меня превратился в моих руках в начальный учебник химии.

Невозможность отделить номенклатуру от науки и науку от номенклатуры объясняется тем, что каждая физическая наука необходимо состоит: из ряда фактов, образующих науку, представлений, их вызывающих, и слов, их выражающих. Слово должно рождать представление, представление должно изображать факт, это три оттиска одной и той же печати. И так как слова сохраняют и передают представления, то из этого следует, что нельзя ни усовершенствовать язык без усовершенствования науки, ни науку без усовершенствования языка и что как бы ни были достоверны факты, как бы ни были правильны представления, вызванные последними, они будут выражать лишь ошибочные представления, если у нас не будет точных выражений для их передачи.

Первая часть этого учебника дает тем, кто пожелает над ним подумать, многие доказательства справедливости этих истин; но так как мне пришлось следовать в нем порядку, существенно отличающемуся от принятого до настоящего времени во всех трудах по химии, я должен разъяснить обстоятельства, побудившие меня к этому.

Совершенно очевидно положение, общность которого хорошо признана как в математике, так и в других науках, что мы можем приобретать знания, только идя от известного к неизвестному. В раннем детстве наши представления вытекают из потребностей; ощущение наших потребностей вызывает представление о предметах, могущих их удовлетворить, и незаметно, путем ряда ощущений, наблюдений и анализов образуется последовательность тесно связанных друг с другом понятий, в которой внимательный наблюдатель может найти связующую нить и которые составляют совокупность наших знаний.

Начиная впервые изучать какую-либо науку, мы находимся по отношению к ней в положении, очень близком к положению ребенка, и дорога, по которой нам приходится следовать, совершенно та же, по которой идет природа, создавая его представления. Как у ребенка представление является следствием ощущения, как ощущение рождает представление, так и у того, кто начинает заниматься изучением физических наук, понятия должны быть лишь выводами, прямыми следствиями опыта или наблюдения.

Да будет мне позволено добавить, что вступающий на поприще наук находится даже в менее выгодном положении, чем ребенок, который приобретает свои первые представления; если ребенок ошибся в полезности или вредности окружающих его предметов, то природа дает ему множество средств для исправления своей ошибки. Каждое мгновение вынесенное им суждение оказывается поправленным опытом. Лишения или боль следуют за ложным умозаключением, радость или удовольствие — за правильным. При таких учителях человек быстро делается последовательным и скоро приучается правильно рассуждать, так как нельзя рассуждать иначе, под страхом лишения или страдания.

Не так обстоит дело при изучении и в практике наук; ошибочные суждения, делаемые нами, не затрагивают ни нашего существования, ни нашего благополучия; никакой физический интерес не принуждает нас исправлять их; наоборот, воображение постоянно увлекает нас за пределы истины; самолюбие и вызываемая им самоуверенность побуждают нас делать выводы, не вытекающие непосредственно из фактов. Таким образом, мы как бы заинтересованы в том, чтобы себя обманывать. Поэтому неудивительно, что в физических науках часто предполагают, вместо того чтобы делать заключения; что предположения, передаваемые из поколения в поколение, приобретают все большее значение благодаря авторитету тех, кто к ним присоединился, и что, в конце концов, их принимают и считают основными истинами даже очень здравые умы.

Единственное средство избежать этих заблуждений состоит в том, чтобы устранить или, по крайней мере, упростить насколько возможно рассуждение, которое субъективно и которое одно может нас ввести в ошибку; подвергать его постоянной проверке опытом; придерживаться только фактов, которые, будучи даны природой, не могут нас обмануть; искать истину только в естественной связи опытов и наблюдении, подобно тому как математики приходят к решению задачи путем простого сопоставления данных, сводя рассуждения к настолько простым действиям и кратким суждениям, что они никогда не теряют очевидности, служащей им путеводителем.

Будучи убежденным в этих истинах, я поставил себе законом всегда следовать от известного к неизвестному, не делать никаких выводов, которые не вытекали бы непосредственно из опытов и наблюдений, и сопоставлять химические факты и истины в таком порядке, который наиболее облегчает их понимание начинающим. Следуя этому плану, я не мог не уклониться от общепринятых путей. И действительно, все курсы и учебники химии имеют тот общий недостаток, что с первых же шагов предполагается обладание теми сведениями, которые учащийся или читатель должны приобрести лишь на последующих уроках. Почти во всех этих курсах начинают с рассуждений о началах тел, с объяснения таблицы сродства, не замечая, что с первого же дня приходиться делать обзор главнейших химических явлений, пользоваться выражениями, значение которых не было точно определено, и предполагать, что знание уже приобретено теми, которым лишь собираются его преподавать. Поэтому общеизвестно, что в задачу начального курса химии входит научить лишь очень немногому, что едва хватает целого года, чтобы приучить ухо к языку, глаза к приборам, и что немыслимо подготовить химика меньше чем в 3 или 4 года.

Эти неудобства зависят не столько от существа дела, сколько от системы преподавания, и это побудило меня дать химии такое направление, которое, как мне кажется, более соответствует природе. Я не скрывал от себя„ что желая избежать одних затруднений, я встретился с другими и что мне не удалось все их преодолеть; но думаю, что оставшиеся связаны не с принятым мной порядком изложения, но скорее вытекают из того несовершенного состояния, в котором еще находится химия. В этой науке еще имеется много пробелов, нарушающих непрерывность цепи фактов и требующих затруднительных и нелегких согласований. Она не имеет преимущества, как элементарная геометрия, быть совершенной наукой, все части которой тесно связаны между собой, но в то же время ее современное развитие так стремительно, факты так удачно располагаются в современной теории, что мы можем надеяться даже в наши дни увидеть значительное ее приближение к той степени совершенства, какой она способна достичь.

Этот строгий закон, от которого я не должен был уклоняться,— не делать никаких заключений сверх того, что дает опыт, и никогда не восполнять спешными заключениями молчания фактов, — не позволил мне включить в настоящий труд ту часть химии, которая наиболее способна стать со временем точной наукой, а именно ту, которая трактует о химическом сродстве или изобретательных притяжениях.

Жоффруа, Геллерт, Бергман, Шееле, Морво, Кирван и многие другие собрали уже множество частных фактов, ожидающих соответствующего им места; но главнейших данных не хватает и даже те, которые имеются, пока еще ни достаточно точны, ни достаточно достоверны, чтобы стать фундаментом для столь важной части химии.

Учение о сродстве находится в таком же отношении к обычной химии, в каком трансцендентная геометрия к геометрии элементарной, и я не счел нужным усложнять столь большими трудностями простые и легкие основы, которые, надеюсь, будут доступны весьма большому числу читателей.

Возможно, что известная доля самолюбия, в которой я сам не мог отдать себе отчета, повлияла на меня в этом смысле. Г. де Морво в настоящее время печатает в «Методической энциклопедии» статью «Сродство» и у меня достаточно оснований опасаться соперничать с ним.

Отсутствие в начальном курсе химии главы о составных и элементарных частях тел неминуемо вызовет удивление, но я позволю себе здесь заметить, что стремление считать все тела природы состоящими лишь из трех или четырех элементов происходит от предрассудка, пришедшего к нам от греческих философов. Предположение о четырех элементах, которые в разнообразных отношениях составляют все известные нам тела, — чистая гипотеза, созданная воображением задолго до того, как появились первые понятия экспериментальной физики и химии. Еще не было фактов, а уже создавались системы; теперь же, когда факты собраны, кажется, будто мы стараемся их отвергнуть, когда они не согласуются с нашими предвзятыми мнениями, — настолько еще дает себя знать авторитет отцов человеческой философии, который, несомненно, будет тяготеть и над грядущими поколениями.

Весьма примечательно, что среди проповедующих теорию четырех элементов нет ни одного химика, который в силу вещей не должен был признать большее число их. Первые химики, писавшие начиная с эпохи Возрождения, рассматривали серу и соль как простые вещества, входящие в состав большого числа тел, и признавали, таким образом, существование шести элементов вместо четырех. Бехер допускал три земли, от сочетания которых в различных отношениях, по его мнению, происходит различие, существующее между металлами. Шталь изменил эту систему; все химики, следовавшие за ним, позволяли себе вносить в нее изменения и даже выдумывать новые системы. Но все они, подчиняясь духу своего времени, довольствовались утверждениями без доказательств или же часто считали таковыми мало обоснованные предположения.

Все, что можно сказать о числе и природе элементов, по моему мнению, сводится к чисто метафизическим спорам; это неопределенные задачи, допускающие бесчисленное множество решений, из которых, по всей вероятности, ни одно, в частности, не согласуется с природой. Итак, я скажу лишь, что если элементами называть простые и неделимые молекулы, составляющие тела, то, вероятно, мы их не знаем; если же, напротив, мы свяжем с названием элементов или начал тел представление о последнем пределе, достигаемом анализом, то все вещества, которые мы еще не смогли никаким способом разложить, являются для нас элементами; но не потому, что мы могли бы утверждать, что эти тела, рассматриваемые нами как простые, не состоят из двух или даже большего числа начал, но так как эти начала никак друг от друга не отделяются или, вернее, потому, что мы не имеем никаких средств их разделить, эти тела ведут себя, с нашей точки зрения, как простые, и мы не должны считать их сложными до тех пор, пока опыт или наблюдения не покажут нам этого.

Эти соображения о ходе представлений, естественно, относятся и к выбору слов, которые должны их выражать. Руководствуясь работой, проделанной мною совместно с Морво, Бертолле и Фуркруа в 1787 г. по химической номенклатуре, я обозначил, насколько было возможным, простыми словами простые вещества, и им-то прежде всего пришлось дать названия. Можно напомнить, что мы старались, по возможности, сохранить для всех этих веществ общепринятые названия; мы позволили себе изменить их лишь в двух случаях: во-первых, в отношении новооткрытых веществ, еще не получивших названий или получивших недавно названия, еще не признанные всеми; во-вторых, когда принятые названия, либо старинные, либо современные, по нашему мнению, могли вызвать явно неправильные представления, когда они давали возможность смешать вещество, ими обозначаемое, с другими веществами, обладающими другими или противоположными свойствами. В этих случаях мы, не задумываясь, давали им новые названия, заимствуя их главным образом из греческого языка. Мы давали названия так, чтобы они выражали наиболее общие, наиболее характерные свойства вещества; мы нашли в этом способ помочь памяти начинающих, которые с трудом запоминают новое слово, когда оно совершенно лишено смысла, и приучить их с самого начала не пользоваться словами, с которыми не было бы связано определенное представление.

Что касается тел, образованных путем соединения нескольких простых веществ, то мы их обозначили названиями, сложными, как и сами вещества. Но так как число бинарных соединений уже весьма значительно, то мы впали бы в беспорядок и путаницу, если бы не прибегли к установлению классов. Название классов и родов в естественной классификации понятий выражает свойство, общее большому числу индивидов. Название же вида, напротив, указывает на частные свойства, присущие исключительно данной группе индивидов.

Эти различия созданы не одной только метафизикой, как можно было бы думать, они созданы самой природой. Ребенок, говорит Кондильяк, называет словом «дерево» первое дерево, которое мы ему показываем. Второе дерево, которое он видит потом, вызывает у него то же представление, и он дает ему то же название, равно как и третьему и четвертому. Итак, слово «дерево», данное сперва одному индивиду, становится для него названием класса или рода, абстрактным понятием, которое охватывает все деревья вообще. Но когда мы обратим его внимание на то, что не все деревья служат для одной и той же цели, что не все они приносят одинаковые плоды, он скоро научится их различать особыми частными названиями. Эта логика одинакова для всех наук; естественно, она приложима и к химии.

Кислоты, например, состоят из двух веществ, из числа тех, которые мы считаем простыми: одного, которое определяет кислотность и которое обще им всем, — от этого вещества должно быть произведено название класса или рода; другого, которое свойственно каждой кислоте в отдельности, которое отличает одну от другой,— от него и должно происходить видовое название. Но в большинстве кислот оба составляющих начала, окисляющее и окисленное, могут находиться в различных отношениях, которые все отвечают точкам равновесия или насыщения, как это наблюдается в серной и сернистой кислотах; мы выразили эти оба состояния одной и той же кислоты, соответственно изменяя окончания видового названия.

Металлы, подвергнутые одновременному действию воздуха и огня, теряют свой металлический блеск, увеличиваются в весе и принимают землистый вид; в этом состоянии они, как и кислоты, содержат одно начало, общее всем, и другое — частное, свойственное каждому. Мы должны были поместить их все в один класс под родовым названием, произведенным от их общего начала. Таким названием мы избрали слово «окись», затем мы разграничили их друг от друга, придав каждой название металла, от которого она произошла.

Горючие вещества, которые в кислотах и металлических окислах являются видовыми и частными началами, могут быть в свою очередь началами, общими для многих веществ. Сернистые соединения были долго единственными известными из этой категории; в настоящее время из опытов Вандермонда, Монжа и Бертолле известно, что уголь соединяется о железом и, быть может, со многими другими металлами, что от этого, в зависимости от количества, получается сталь, графит и т.п. Известно также из опытов Пельтье, что фосфор соединяется со многими металлами. Мы собрали и эти различные соединения под родовыми названиями, произведенными от названия общего им вещества, с окончанием, напоминающим эту аналогию, и дали им видовое название, производное от входящего в них основного вещества.

Номенклатура соединений, состоящих из трех простых веществ, представляла несколько больше затруднений, вследствие числа составляющих, и особенно потому, что нельзя выразить природу составляющих их начал, не употребляя более сложных названий. В телах этого класса, как, например, в нейтральных солях, нам приходилось принимать во внимание: 1) окисляющее начало, общее для их всех; 2) окисляемое начало, характеризующее входящую в них кислоту; 3) основание соли, землистое или металлическое, определяющее частный вид соли. Мы заимствовали название каждого класса солей от названия окисляемого начала, общего для всех индивидов данного класса; затем мы отличили каждый вид названием землистого или металлического основания соли, которое для него характерно.

Соль, хотя и состоящая из трех одинаковых начал, может встречаться, однако, в совершенно различных видах, вследствие только одного разлитая в их пропорциях. Принятая нами номенклатура была бы несовершенна, если бы не выражала этих различных состояний, и мы достигли этого главным образом посредством изменения окончаний, которые мы сделали однообразными для одинаковых состояний различных солей. Наконец, мы пришли к тому, что по одному слову узнаем сразу, какое горючее вещество входит в соединение, о котором говорится; входит ли это горючее вещество в соединение с окисляющим элементом и в какой пропорции; в какой именно форме входит данная кислота, с какими основаниями она соединена; имеем ли мы вполне насыщенное соединение; что имеется в избытке — кислота или основание.

Понятно, что было невозможно удовлетворить этим различным требованиям, не затрагивая порой принятых обычаев и не принимая наименований, казавшихся с первого взгляда грубыми и варварскими; но мы наблюдали, что ухо скоро привыкает к новым словам, особенно когда они связаны с общей рациональной системой. Сверх того, названия, применявшиеся до нас, как альгаротов порошок, алембротова соль, помфоликс, фа-геденическая вода, минеральный турпет, колькотар и многие другие, не менее грубы, не менее необыкновенны. Надо обладать навыком и хорошей памятью, чтобы запомнить названия, которыми обозначаются некоторые вещества, и особенно знать, к какому роду соединений они относятся. Такие названия, как масло виннокаменное через осырение, купоросное масло, мышьяковое масло, сурьмяное масло, цинковые цветы и т.д., еще более ошибочны, как порождающие неправильные понятия, так как, собственно говоря, в царстве минералов, а особенно в царстве металлов, не существует ни масел, ни цветов, тем более, что вещества, которые обозначаются этими обманчивыми названиями, являются сильными ядами.

Когда мы опубликовали наш «Опыт химической номенклатуры», нас упрекали в том, что мы изменяем язык, на котором говорили наши учителя, создавшие ему славу и оставившие его нам в наследство. Но упрекавшие нас забыли, что именно Бергман и Маке требовали этой реформы. Упсальский ученый, профессор Бергман писал Морво в последний период своей жизни: «Не щадите ни одного неправильного наименования; знающие поймут всегда, незнающие поймут тем спорее».

Пожалуй, было больше оснований упрекать меня в том, что я не дал в сочинении, предлагаемом публике, исторического обзора взглядов моих предшественников, что я изложил только свои воззрения, не обсуждая чужих. Из этого заключили, что я не всегда воздавал своим собратьям по науке, а еще менее иностранным химикам, должную оценку, которая, однако, всегда входила в мои намерения. Но прошу читателя принять во внимание, что если начальный учебник загромождать цитатами, если заниматься в нем длинными рассуждениями об истории науки и о работах тех, кто ее преподавал, то можно потерять из виду истинную поставленную себе цель и создать книгу, чтение которой будет бесконечно скучным для начинающих. Из начального курса не следует делать ни истории науки, ни истории человеческой мысли; в нем должно добиваться лишь доступности и ясности, в нем необходимо тщательно избегать всего, что могло бы отвлекать внимание. Это путь, который следует постоянно сглаживать, на котором не следует оставлять никаких препятствий, могущих причинить малейшую задержку. Науки сами по себе уже представляют достаточно трудностей, даже если не вносить в них ничего постороннего. Химики, впрочем, легко увидят, что в первой части я пользовался почти только своими собственными опытами. Если местами и может случиться, что я привожу, не указывая источника, опыты или взгляды Бертолле, Фуркруа, Лапласа, Монжа и вообще тех, кто принял те же принципы, что и я, то это следствие нашего общения, взаимного обмена мыслями, наблюдениями, взглядами, благодаря чему у нас установилась известная общность воззрений, при которой нам часто самим трудно было разобраться, кому что собственно принадлежит.

Все сказанное выше о порядке, которому я старался следовать в расположении доказательств и понятий, относится лишь к первой части настоящего труда; в ней одной заключается вся применяемая мною теория; ей одной я стремился придать возможно более простую форму.

Вторая часть состоит главным образом из таблиц названий нейтральных солей. Я приложил к ним лишь самые краткие объяснения, имеющие целью ознакомить с простейшими способами получения различных видов известных кислот; в этой второй части нет ничего, что принадлежало бы лично мне; она содержит лишь весьма сжатую сводку выводов, извлеченных из разных сочинений.

Наконец, в третьей части я дал подробное описание всех относящихся к современной химии примеров. Появление подобного рода труда, кажется, давно считалось желательным, и я думаю, что он принесет известную пользу. В общем приемы химических опытов, а в особенности опытов современных, распространены далеко не достаточно, п, может быть, если бы в различных мемуарах, представленных мною Академии, я больше распространялся о подробностях своих опытов, я бы, пожалуй, легче был понят, и это ускорило бы прогресс науки. Порядок изложения в этой третьей части казался мне произвольным, и я стремился лишь в каждой из составляющих ее восьми глав классифицировать операции, наиболее сходные между собой. Легко заметить, что эта третья часть не могла быть заимствована из каких-либо сочинений и что в основных ее разделах мне мог помочь только мой собственный опыт.

Я закончу настоящее предварительное рассуждение, приведя дословно несколько мест из сочинения Кондильяка, которые, мне кажется, весьма верно обрисовывают состояние химии в очень близкое к нашему время (ч. II, гл. I). Эти отрывки, написанные не для данного случая, приобретут еще больше значения, если их приложение покажется здесь уместным.

«Вместо того, чтобы наблюдать вещи, которые мы желаем познать, мы предпочли их воображать. Идя от одного ложного предположения к другому, мы заблудились среди множества ошибок, когда же эти ошибки превратились в предрассудки, мы их приняли за основные положения; таким образом, мы все больше и больше сбивались с правильного пути. В конце концов мы стали рассуждать не иначе, как на основе приобретенных нами дурных привычек. Умение злоупотреблять словами, не понимая как следует их смысла, считалось нами искусством рассуждать. Когда ошибки накопились в таком множестве, есть только одно средство восстановить порядок в нашей способности мыслить: забыть все, чему мы научились, начать наши мысли с их зарождения, проследить их происхождение и переделать, как говорит Бэкон, человеческий интеллект.

Это средство тем труднее применить, чем образованнее считают себя люди. А потому сочинения, в которых наука излагается с особенной ясностью, точностью и последовательностью, будут доступны не всем. Те, кто ничему не научился, поймут их, пожалуй, лучше, чем те, кто учился многому, а тем более те, кто писал много ученых сочинений».

Кондильяк прибавляет в конце V главы:

«В конце концов, однако, науки сделали успехи, так как философы стали лучше наблюдать и внесли в свой язык ту же точность и тщательность, как и в свои наблюдения; они исправили язык я стали лучше рассуждать».

 

ДАЛЬТОН

 (1766—1844)

Джон Дальтон родился в Иглсфилде, в Англии. Джон был третьим из шести детей в семье бедного ткача. Он воспитывался в среде квакеров и среди них встретил своего учителя Робинсона, опытного метеоролога и экспериментатора. С двенадцати лет Дальтон уже сам преподавал в местной школе, а в девятнадцать лет он стал ею заведовать. В 1793 г. Дальтона пригласили преподавать в Академию (Колледж) в Манчестере. Однако в дальнейшем он отказался от преподавания в Колледже и стал давать частные уроки, посвящая все остальное время научным исследованиям. В Манчестере Дальтон стал членом местного общества естествоиспытателей и за 50 лет он представил в это общество более 100 научных сообщений.

С юных лет Дальтон вел ежедневные наблюдения за погодой. Анализ физических и химических результатов метеорологических наблюдений привел его к понятию об аддитивности парциальных давлений смеси газов — впоследствии эта связь была названа законом Дальтона. Вполне возможно, что исследования газов привели Дальтона к концепциям атомной теории и ее основному выводу о том, что атомы элементов различаются своим весом. Атомная теория Дальтона позволила объяснить целочисленные отношения весов, в которых элементы вступают в химические соедине-ния. Эта гипотеза, объясняющая громадное количество опытных данных, была основ-ным и главным научным достижением Дальтона и принесла ему широкое признанно, хотя вначале, в частности во время доклада в Лондоне, его работы встретили резкую оппозицию со стороны знаменитого и не менее влиятельного сэра Гемфри Дэви; этим объясняется то, что его работа не была своевременно опубликована. Впоследствии лондонское Королевское общество и Парижская Академия наук избрали Дальтона своим членом. Умер Дальтон в Манчестере, где его хоронили как своего самого выдающегося гражданина.

Мы приводим предисловие к I и II томам основного сочинения Дальтона «Новая система химической философии» (1808—1810).

НОВАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКОЙ ФИЛОСОФИИ

Предисловие к I тому

Первоначально, направляя в печать свой труд, автор предполагал представить его в одном томе. Однако теперь он вынужден издать его в двух частях, по причинам, которые было бы целесообразно объяснить.

Различные сообщения автора, главным образом о тепле и упругих жидкостях, докладывались Литературному и Философскому обществам в Манчестере и были опубликованы в 5-м томе Мемуаров обществ в 1802 г. Новые воззрения, которые развивались в этих сообщениях, были оценены как любопытные и существенные. Эти статьи были затем перепечатаны в ряде научных журналов. Вскоре они были переведены на французский и немецкий и получили распространение в иностранных изданиях. Автор, однако, не прекращал свои исследования и ему существенно помогло приложение принципов, содержащихся в упомянутых сообщениях. В 1803 г. он постепенно пришел к тем первичным законам, которые относятся к теплу и химической связи, описание и изложение которых составляет цель настоящего труда. Их краткий очерк был впервые обнародован следующей зимой в курсе лекций по натуральной философии, читанном в Королевском институте в Лондоне, где он и был оставлен для публикации в трудах этого Института; однако о публикации автору не было сообщено. С тех пор в ряде случаев ученые — друзья автора настаивали па том, чтобы не упускать времени в обнародовании результатов исследований, указывая, что интересы науки и репутация автора могут пострадать от такой задержки. Весной 1807 г. его убедили представить предлагаемые принципы в курсе лекций, которые дважды читались в Эдинбурге и один раз в Глазго. В этих случаях ему оказали честь своим вниманием лица, которые общепризнаны за свои первостепенныв научные заслуги. Большинство из них выразили желание увидеть представленное учение в настоящем виде и так скоро, как это будет удобно. По возвращении в Манчестер автор начал готовить свой труд к печати. Некоторые опыты требовали повторения. Новые нужно было еще сделать; почти вся система должна была быть изложена как по форме, так и по существу заново, и это потребовало большого времени для ее написания и составления. Эти обстоятельства вместе с повседневными должностными обязанностями задержали работу почти на год и, судя по опыту прошлого, потребуется еще год, чтобы ее завершить. В то же время, поскольку учение о тепле и общих принципах химического состава уже мало зависят от дальнейших подробностей исследований, ничто не препятствует автору и не составит неудобств для его читателей, если представить на их суд то, что уже написано.

Май 1808 г.

Предисловие ко II тому

Когда первая часть этого труда была опубликована, то я предполагал закончить его в течение года. Прошло же более двух с половиной лет и работа до сих пор не завершена. Причина заключается в том большом числе экспериментов, которые я полагал необходимым произвести. Столько раз во время своих исследований я был введен в заблуждение, принимая за истинные результаты других, что я решил позже не писать о том, что не проверил собственным опытом. Поэтому данный труд содержит больше оригинальных фактов и опытов, чем любое другое, сравнимое по объему сочинение по основам химии. Я вовсе не утверждаю, что я переписал содержание своих лабораторных дневников. Это было бы столь же неприемлемо, как писать без какого-либо предварительного наброска. Однако все те, кто знакомы с практической химией, знают, что лишь один из пяти новых опытов достоин опубликования. Остальные же по зрелому размышлению оказываются так или иначе несовершенными и польза от них заключена лишь в том, что они указывают на источники ошибок и пути их избежания.

Поскольку мой первоначальный замысел не мог быть осуществлен без написания второго тома, я решил пока закончить его пятой главой, в которой рассматриваются соединения двух элементов. Однако прошло столько времени и труд настолько разросся, что я вынужден был исключить два или три существенных раздела, посвященных окисям металлов и сульфидам, и которые, как мне ясно, потребуют не малую долю внимания. После них, в шестой главе, будут рассмотрены соединения трех и более элементов, включая соединения растительных и других, еще не упомянутых, кислот, а также гидросульфаты, нейтральные соли, горючие вещества и т.д. и т.п.

Каковы бы ни были мои попытки представить этот труд в законченном виде, путем прибавления еще одного тома, я чувствую в настоящее время глубокое удовлетворение от того, что смог так далеко развить теорию химического строения, относительно которой, чем дальше я о ней размышляю, тем больше я убеждаюсь в ее истинности. Достаточно сделано уже для того чтобы каждый мог вынести свое суждение. Неизвестны еще многим факты и наблюдения того же рода, как и те, которые предлагались ранее. Если же их убедительность недостаточна, то прибавление новых мало чему поможет. В то же время те, кто вместе со мной примут систему, найдут в ней, в чем я не сомневаюсь, исключительно полезные указания при проведении всех химических исследований.

В расположении рассмотренных вопросов я надеялся сохранить порядок. А именно, сначала рассматривать тела, которые, по нашим современным представлениям, считаются простыми. Далее рассматривались тела, являющиеся соединениями двух элементов. Это, однако, мне удалось не во всем. Действительно, в ряде случаев было не совсем ясно, что есть простое, а что есть составное тело. В других случаях, в соединениях трех и более элементов, которые тесно связаны с соединениями двух элементов, было по существу невозможно дать сколько-нибудь удовлетворительный отчет о их свойствах без того, чтобы не входить в описание первых.

В вопросах номенклатуры я в основном принял то, что общеупотребительно. Возможно, что в некоторых случаях мои собственные взгляды привели к нарушению этих правил. Так, карбонатами я назвал те соли, которые состоят из одного атома углекислотного остатка, присоединенного к одному основанию, а также другие соли. Однако некоторые современные авторы нейтральные соли называют карбонатами, а упомянутые выше — субкарбонатами, тогда как я называл бы нейтральные карбонаты натрия и калия суперкарбонатами, состоящими из двух атомов кислоты и одного основания. Я, однако, продолжаю называть обычные нитраты по-старому, хотя большинство из них следует, по моей системе, называть супернитратами. Тем не менее я не упорствую в этих вопросах, так как очевидно, что если система, которой я следую, будет принята, то за этим последует общий пересмотр номенклатуры, где основное указание будет дано как на число атомов, так и на название элементов, входящих в различные соединения.

Ноябрь 1810

 

БЕРЦЕЛИУС

(1779-1848)

Иёнс Якоб Берцелиус родился в Веверсунде (Швеция) в семье пастора, заведующего церковной шкодой. Он рано осиротел и воспитывался в небогатой семье своего дяди. В шкоде он учился посредственно. В 1796 г. Берцелиус начал изучать медицину и химию в Упсале, где работал в то время Шееле. Докторскую степень Берцелиус получил за исследования терапевтического действия (пренебрежимо малого!) гальванических токов. Затем он два года бесплатно работал в хирургической школе в Стокгольме; еще два года он работал врачом в больнице для бедных. Все это время он занимался химией. Вскоре он стал профессором медицины, а затем — профессором химии Хирургической школы в Стокгольме. В 1808 г. Берцелиус был выбран членом Шведской Академии наук; позднее он стал ее секретарем.

Раннее увлечение гальваническими явлениями сохранилось у Берцелиуса и в его занятиях химией; в замечательном «Очерке химических пропорций» (1819) он выдвинул свою электрохимическую теорию химических связей атомов, связав ее с атомистическими представлениями Дальтона. К 1818 г. он с большой точностью определил атомные веса 46 элементов из 49 тогда известных. Он и его сотрудники открыли селен, церий, торий, литий, ванадий и некоторые из редких земель, а барии, строн-ций, калий, тантал, кремний и цирконий ими были впервые получены в свободном состоянии. Берцелиусу мы обязаны открытием явления катализа.

Берцелиусу принадлежат также многие результаты в области органической химии: он открыл изомерию, ввел понятие органического вещества и исследовал ряд органических соединений. Полагая, что для их образования необходима жизненная сила, он придерживался виталистических представлений; однако позднее его ученик Велер, синтезировав мочевину, опроверг точку зрения своего учителя. Несмотря на ряд заблуждений — так, Берцелиус не считал хлор элементом, на основании чего он поссорился с Деви и Дюма,— значение его трудов в развитии химии и его влияние было исключительно велико. Им систематически публиковались рефераты всех основных работ в области химии.

Во второй половине жизни он много сил уделял пропаганде науки. В области образования Берцелиус добился внесения естественных наук в школьные программы. Он активно боролся с лженаукой, со всевозможными шарлатанами. После знакомства с деятельностью некоего лжеврача Берцелиус писал: «Я покинул "храм здоровья" и его бога с желанием когда-нибудь узнать, что профессор Вольфарт как преднамеренный обманщик и мошенник покончил свои дни на виселице на крепкой пеньковой веревке». Научные заслуги Берцелиуса были признаны избранием в 95 научных обществ мира. В 1835 г. ему был пожалован титул барона.

Мы приводим предисловие к французскому изданию 1833 г. «Учебника химии» Берцелиуса, основного и широко известного его сочинения.

УЧЕБНИК ХИМИИ

Нелегкую задачу представляет составление хорошего плана учебника химии для начинающих. В сочинениях такого рода нельзя как в учебниках строго придерживаться систематического порядка: идеи следует излагать так, чтобы эта наука была бы доступна пониманию и, кроме того, запечатлевалась бы в памяти читающего.

Чтобы всегда вести читателя от неизвестного к известному, некоторые авторы, прежде чем говорить о каком-либо веществе, описывают его. Однако такой метод не применим к химии, и те, кто следовал ему, не достигли убедительных результатов. Наше внимание лишь с трудом привлекают совершенно незнакомые нам предметы, и редко случается, чтобы нас привлекали вещи, не возбуждающие нашего любопытства. Те же предметы, которых мы время от времени касаемся по мере продвижения вперед в области науки и о которых мы получаем предварительное, хотя и несовершенное представление, заинтересовывают нас больше, когда позднее встречается их полное описание, чем предметы абсолютно для нас новые. Автору книги, которая должна служить руководством для начинающих, не менее важно, чем историку или литератору, пробудить в сознании читателя любопытство, прежде чем его удовлетворить. Если же пользоваться этим приемом, то изучение предмета не вызовет утомления, тогда как при пренебрежении им то же занятие станет мучительной работой при постоянном умственном напряжении.

Принятый мною план не вполне систематичен. Я считал нужным отказаться от систематичности каждый раз, когда мне казалось, что, жертвуя ею, я сделаю изложение более доступным.

Есть два способа написания учебников химии.

Либо идут по пути отдельных монографических описаний простых тел, поскольку такой способ не влечет за собой никаких неудобств. Что же касается соединений, в которые может войти каждое из этих тел, то их располагают в любом заранее намеченном порядке с тем, чтобы не описывать одно и то же соединение дважды. На мой взгляд, в таком виде наука находит свое наипростейшее выражение и лучше всего усваивается.

Либо вначале рассматривают все простые тела, затем, в определенном порядке, каждое соединение этих простых тел между собой и затем комбинации этих различных соединений, чтобы переходить от простого к более сложному. На первый взгляд кажется, что этот способ лучше всего соответствует требованиям книги для начинающих. Его преимущество состоит главным образом в том, что он знакомит со всеми элементами, прежде чем обратиться к истории каждого соединения. При этом все соединения одного типа описываются вместе (например, тела, способные к горению в присутствии кислорода). Рассмотрению элементов этой группы можно, таким образом, предпослать описание общих характеристик окисляющихся тел. Рассмотрение общих свойств тел по отдельным группам придает этой книге характер учебника, и именно в этом заключается ее научная ценность.

С другой стороны, вступающим на путь науки необязательно знакомиться сразу же со всеми телами, которые наука вынуждена считать элементами. Многие из них встречаются весьма редко или представляют незначительный интерес; а чтобы понять характер поведения каждого из них в отдельности, требуются довольно значительные познания. Наоборот, другие элементы встречаются гораздо чаще. Многие соединения из них представляют собой прекрасные средства, которыми химия пользуется для получения новых соединений или демонстрации явления, а также для того, чтобы различить сложные соединения или создавать их. Именно с ниш следует знакомиться в первую очередь. Воздух, вода и их компоненты, сера и фосфор и их кислоты, азотная кислота, хлор и его кислоты, щелочи и щелочные земли принадлежат к числу тех тел, с которыми следует знакомиться в первую очередь, и эти знания необходимы для каждого нового шага в этой области науки. Напротив, можно приобрести совершенно ясное и очень широкое представление о теоретической части этой науки, не зная ничего из того, что относится к двум третям металлов.

Второй способ изложения имеет то неудобство, что он слишком рассеивает факты. Действительно, часто факты, сопоставленные друг с другом, во многих случаях представляют большой интерес, чем если брать их каждый в отдельности. Поэтому размещение фактов с целью привлечения наибольшего к ним внимания является большим искусством. Так как при описании соединений, в которые входит один и тот же элемент, они постоянно бывают отделены друг от друга, то таблица, предназначенная для их объединения, становится одной из главных частей книги. Часто описание какого-нибудь тела прерывается именно в тот момент, когда оно становится наиболее увлекательным и возобновляется в другой, далеко отстоящей главе, в результате чего впечатление ослабляется. Кроме того, когда в книге, составленной по этому методу, читаешь, например, описание одного окисла за другим, то внимание рассеивается среди множества объектов, одинаково интересных, но не связанных между собой какой-либо основной идеей, вроде понятий о радикале, рассматриваемом во всех сочетаниях с различными элементами.

В расположении материала я пытался примирить преимущества этого метода с принципом, которому следует другой метод. После глав о свете, теплоте, электрических и магнитных силах, охватывающих области физики, без которых отныне невозможно изучать химию, я разделил эту науку на неорганическую и органическую. Два первых тома этого сочинения посвящены неорганической химии, которая в свою очередь подразделяется на два больших раздела — химию металлоидов и химию металлов.

Металлоиды — это вещества, которые чаще всего встречаются в природе и которые следует знать прежде всего. Эта часть тома содержит описание кислорода, водорода, азота, хлора, серы и т.д., а также их соединений друг с другом. Порядок изложения в этой части следующий: говоря о каждом из металлоидов, я указываю на все соединения, которые он может образовать с предыдущими. Но чтобы не упустить возможности развить общие теоретические воззрения, я выделяю отдельно окислы металлоидов и их кислотные соединения с водородом. Главы, посвященные атмосферному воздуху, воде, окислам и гидроокислам, дали мне возможность изложить общие идеи, чего я не мог бы сделать, если бы строго придерживался моего принципа классификации.

За металлоидами следуют металлы. Общий взгляд на эти вещества и на их соединения с металлоидами дал мне возможность сделать широкие обобщения об окислах и сульфидах, как солеобразующих основаниях, о фосфидах, карбидах и арсенидах металлов и т.д., а также о солях и тех теоретических идеях, которые относятся к этой части моего учения. Затем идут собственно металлы, начиная с тех, которые следует знать прежде всего, т.е. с радикалов щелочей и щелочных земель и их соединений с металлоидами. Я поместил аммоний и аммиак среди металлов, образующих- щелочи, думая, что я не должен в этом оправдываться, даже если считать, что аммоний вовсе не является простым телом.

Дойдя до металлов, образующих окиси, я располагаю их в порядке снижения степени кислотности тех окисей, которые они образуют. Что касается тех металлов, которые дают солеобразующие основания, то они располагаются более или менее по степени силы оснований, образованных их окислами.

Соли составляют отдельную часть, и они классифицированы по своим основаниям. Я продолжаю располагать среди них поваренную соль, флюорит и серную печень и т.д. Я надеюсь, что мотивы, приводимые мною в пользу их сближения, будут признаны достаточно обоснованными.

До сих пор я редко, и то вскользь, говорил в моей книге о химических пропорциях. Кое-где я упоминал об электрохимической теории, не развивая ее. Эти два важных учения основаны на столь подтвержденных данных, что мне хотелось бы представить их в полном объеме только после того, как читатель будет достаточно хорошо знаком с простыми телами, с тем чтобы он мог сам составить свое суждение, а не брать все на веру. Поэтому я отложил полное изложение этих теорий до того, как будут исчерпаны все вопросы, входящие в неорганическую химию. Может быть придет время, когда гипотезы об атомных частицах и общее электрическое взаимодействие тел превратятся в прекрасно обоснованную теорию, и тогда химия станет на прочный путь, если ее изучение будет начинаться со знакомства с этой теорией. Этому бесспорно будет способствовать запоминание числа атомов, когда при описании тела будет указываться его атомное строение. Но это время еще не настало, о чем свидетельствуют расхождения во взглядах и методах, которым следуют не только для сравнения веса атомов, но и для определения их числа.

Каждый раз, когда было возможно, указаны относительные объемы, в которых простые тела (в газообразном состоянии) вступают в соединения; я это делал для того, чтобы подготовить читателя к тем подробностям, к которым я буду обращаться, говоря о атомном составе. Я считаю необходимым указывать количественный состав веществ (в числах) только при очень существенных обстоятельствах. Эти числа редко остаются в памяти, и их трудно находить в тексте. Поэтому я дал в алфавитном порядке в таблице, приложенной к этому сочинению, все относительные пропорции состава, которые в настоящее время известны достаточно надежно. Пока это единственный способ указать пропорции состава соединений. В этом я убедился, обнаружив, что в большинстве современных работ числа не только занимают большую часть книги, но даже претендуют на то, чтобы стать главным предметом, а вся остальная история тел рассматривается только как дополнение.

Третий том охватывает химию природных растительных соединений.

Четвертый том начинается с химии соединений животного происхождения, за чем следует указание к методам химического анализа. Там же, далее, находится алфавитный указатель всех технических терминов, включая названия приборов и процессов с описаниями и рисунками. Я полагаю, что начинающий изучать химию, читая книгу и встречая не очень понятное слово, естественно, стремится его узнать либо у преподавателя, либо самостоятельно; поэтому небесполезно, чтобы книга имела нечто вроде словаря, по которому можно было бы справиться в отсутствие руководителя. Этот словарь содержит также описание общих процедур в химии, таких, как выпаривание, перегонка, фильтрация, взвешивание и прочее, с которых обычно начинались старые руководства. Независимо от тех материалов, которые я брал из многих источников, я вложил в них плоды своего опыта, приобретенного собственным трудом. Я надеюсь, что я привел достаточное число рецептов и ими смогут воспользоваться те, кто захочет заняться химией.

История науки, как бы интересна она ни была, не является, однако, существенной частью самой науки. Это заставило меня отказаться от нее в моей книге. Однако я указываю на превратности судьбы замечательных теорий, указываю, когда и кем были открыты тела, не известные в древности. Я пытаюсь воздать должное великим талантам, которые способствовали изменению облика науки или же расширили ее сферу и чьи работы каждый день продолжают ее обогащать. Но я не принуждал себя к мелочной точности, которая столь характерна для духа современной эпохи и которая состоит в том, чтобы сообщать о новых открытиях, хотя и интересных, но второстепенного значения, непременно указывая при этом имя химика — их автора. Такие ссылки и упоминания работ, из которых были почерпнуты данные, необходимы в руководствах, которые должны служить справочным материалом для специалиста-химика, но они не интересны в книге для начинающих изучать химию.

Ценность книги, предназначенной для учеников, определяется не только тем, в каком порядке излагается предмет, но также и манерой его трактовки. Я стремился к тому, чтобы быть но возможности ясным, особенно в начале книги. Я действовал так, как если бы предо мной был читатель, который не имеет никакого предварительного представления о химии. Однако необходимо было предположить хотя бы поверхностное знакомство с физикой. Я выбрал повествовательный стиль, тщательно избегая частностей, которые превращают описание каждого тела в заполнение некоего рода печатного формуляра. Я стремился сделать чтение моей книги по возможности приятным — настолько, насколько допускает природа тех вопросов, о которых идет речь.

Современные достижения науки по возможности использованы мною в полной мере. В результате этого, перевод моего трактата обогатился многими добавлениями, которые не существуют в его последнем немецком издании.

Стокгольм, 1828

 

ЛИБИХ

(1803—1873)

Юстус фон Либих родился в Дармштадте (Гессен). Отец его был лавочником и торговал красками. Молодой Либих с детства познакомился с химией, учился в Боннском, потом в Эрлангенском университетах, затем два года он провел в Париже в Арсенале у Гей-Люссака. По рекомендации Гумбольдта Либих рано получил кафедру в небольшом немецком городе Гиссене. Там он построил одну из первых учебных лабораторий, и в этом провинциальном университете создал обширную школу химиков, благодаря которой его влияние на все развитие химии в Германии было так ве* л и ко.

В 1845 г. Либих получил титул барона; в 1852 г. он перешел в Мюнхенский университет. В 1860 г. Либих стал президентом Баварской академии наук. Работы Либиха в начальный период его деятельности были посвящены органической химии. Он создал ряд методов анализа органических веществ и одним из первых указал на различные случаи изомерии, приведшие Либиха к ожесточенным спорам с Дюма и Берцелиусом. Полное решение эти вопросы получали только в рамках теории химического строения, созданной позднее Бутлеровым и Кекуле.

Во второй половине жизни Либих обратился к совершенно новой области — биохимии. Либих настойчиво пропагандировал необходимость применения минеральных удобрении и первый обратил внимание на вопросы калорийности пищи.

Интернационалист по своим убеждениям, Либих основал известный между народный химический журнал; после франко-прусской войны он много сделал для восстановления научных связей между учеными враждующих стран. Либих обладал сложным характером; от своего высокомерия страдал он сам, наживая себе врагов, страдали его друзья. Один только Велер понимал его и сохранил дружбу с Либихом до конца жизни.

Мы приводим посвящение Гумбольдту и предисловие к 6-му изданию его «Химии в приложении к земледелию и физиологии» в переводе под редакцией академика Д. Н. Прянишникова.

ХИМИЯ В ПРИЛОЖЕНИИ К ЗЕМЛЕДЕЛИЮ И ФИЗИОЛОГИИ

АЛЕКСАНДРУ ГУМБОЛЬДТУ

Летом 1823 г. во время моего пребывания в Париже мне удалось доложить в Королевской академии мою первую аналитическую работу «Исследование говардовских гремучих соединений серебра и ртути».

28 июля в конце заседания, когда я убирал свои препараты, ко мне подошел человек, из среды членов Академии, и вступил со мной в разговор. С располагающей дружелюбностью он сумел расспросить меня о предметах, мною исследуемых, о моих занятиях и планах. Мы расстались, причем я по неопытности и застенчивости не решился спросить, кого я должен благодарить за участие.

Этот разговор оказался решающим для моего будущего. Я приобрел для моих научных стремлений сильнейшего и благосклоннейшего покровителя и друга.

За день перед тем Вы возвратились из путешествия по Италии; никто не знал еще о Вашем присутствии.

Неизвестный, без рекомендаций, в городе, где приток людей из всех Стран света представляет большое препятствие к личному сближению с тамошними лучшими знаменитыми естествоиспытателями и учеными, я, как и многие другие, остался бы незамеченным в этой большой толпе, а, может быть, и погиб бы; эта опасность была теперь полностью устранена для меня.

С того дня для меня были открыты все двери, все институты и лаборатории. Живой интерес, который Вы проявили ко мне, доставил мне любовь и искреннюю дружбу моих вечно мне дорогих учителей Гей-Люссака, Дюлонга и Тэнара. Ваше доверие проложило мне дорогу к той деятельности, которой я неуклонно в течение 16 лет с усердием занимаюсь.

Я знаю многих, кто в достижении своих научных стремлений, так же как и я, обязаны Вашему покровительству и благосклонности: химик, ботаник, физик, востоковед, путешественник в Персию и Индию, художник — все они пользовались у Бас одинаковыми правами и одинаковым покровительством. Для Вас не было различий между национальностями и происхождениями. Насколько наука в этом отношении обязана Вам, осталось неизвестным для мира, но об этом можно прочесть в наших сердцах.

Разрешите мне открыто выразить Вам чувства глубочайшего уважения и чистейшей, искреннейшей благодарности.

Я осмеливаюсь посвятить Вам небольшую работу, но, право, не знаю, принадлежит ли мне хоть часть ее; когда я читаю введение к сочинению Ингенгуза «О питании растений», которое Вы написали 42 года тому назад, мне кажется всегда, что я только дальше развивал и старался доказать те взгляды, которые Вы, горячий и преданный друг всего истинно прекрасного и высокого, Вы, все оживляющий, деятельнейший естествоиспытатель нашего столетия, высказали и обосновали там.

В 1837 г. на одном из заседаний в Ливерпуле Британского общества поощрения наук я получил почетное предложение сделать доклад о состоянии наших знаний в области органической химии. По моему предложению общество решило просить члена Парижской академии Дюма принять участие вместе со мной в составлении этого доклада. Это послужило поводом к изданию настоящей работы, в которой я попытался изложить отношение органической химии к физиологии растений и к земледелию, а также те изменения, которым подвергаются органические вещества в процессах брожения, гниения и тления.

В такое время, когда неутомимое стремление к новому, часто малоценному, едва дает молодому поколению возможность бросить взгляд на основы, поддерживающие красивейшее и могущественнейшее здание, и когда украшение и раскраска почти скрывают эти основы от глаз поверхностного наблюдения, в такое время нельзя быть уверенным в успехе, если осмелиться в чужой области направить внимание и силы естествоиспытателей на предметы науки, которые уже давно, по сравнению с другими, стоило бы избрать целью трудов и усилий. Желание человека делать хорошее не знает границ, но средства и возможности его ограничены узкими рамками.

Не касаясь отдельных наблюдений, которые я изложил здесь, я буду вполне удовлетворен, если принципы естествознания, которые я применил в этой небольшой работе к исследованию развития и питания растений, удостоятся Вашего одобрения.

Гиссен,

1 августа 1840 г.

Предисловие к шестому изданию

За 16 лет, прошедших между этой работой и шестым изданием моей «Химии в приложении к земледелию и физиологии», я имел Возможность изучить затруднения, которые мешают применению научных достижений в практическом сельском хозяйстве.

Основная причина этого заключается в том, что между практикой и наукой не установлено никакой связи.

Среди сельских хозяев укрепился предрассудок, что для ведения их дела достаточно более низкое образование, чем для промышленности, так как излишними размышлениями и использованием достижений науки, которые последняя всегда готова предоставить земледельцу, можно повредить их практической деятельности; все, что требовало умственной работы, считалось теорией, т.е. прямой противоположностью практики, и поэтому оценивалось низко или не удостаивалось внимания.

Действительно, были факты, что наука или теория, когда практик пытался их применять, приносили ему часто только вред: его начинания давали часто обратные результаты; он не знал, что умение правильно применять науку не дается само собой, что этому нужно научиться подобно тому, как учатся умелому обращению со сложными инструментами.

Никто не сможет остаться равнодушным к правильности или ложности тех представлений, которыми руководствуется человек в своем хозяйстве и которые определяют его деятельность.

При недостатке общего понимания практика не видела средств для своего улучшения в тех верных понятиях, которые ей предлагались наукой в виде объяснений явлений роста растений и того влияния, которые оказывают на них почва, воздух, обработка и удобрения. Поскольку земледельцам не удавалось найти соотношений между указаниями науки и теми фактами, которые предоставляет практика, они пришли к заключению об отсутствии всякой связи между наукой и практикой.

Сельский хозяин руководствовался в своей практике давно наблюдаемыми в его области определенными традиционными фактами или, если он поднимался до более общих воззрений, то он руководствовался определенными авторитетами, система хозяйства которых считалась образцовой. О критической оценке этих систем не могло быть и речи, потому что для этого не было масштабов.

Что Тэер находил хорошим и полезным для своих нолей в Мёглине, считалось целесообразным и хорошим для всех немецких полей, и выводы, к которым пришел Лоз на крошечном участке в Ротамстеде, признавались аксиомой для всех английских полей. При господстве преданий и веры в авторитеты практик лишился способности правильно понимать факты, ежедневно происходящие перед его глазами, и, наконец, он перестал отличать их от случайных мнений. Следствием этого было то, что практик стал утверждать, будто наука оспаривает существование фактов, когда она сомневается в жизненности даваемых им объяснений.

Когда паука считала прогрессом замену недостающего навоза его отдельными составными частями или когда она утверждала, что суперфосфат не является специфическим удобрением для корнеплодов и аммиак для картофеля, практика заявляла, что паука отрицает действие этих веществ.

Вокруг недоразумений такого рода поднялся длительный спор; практик не понял научных выводов и счел необходимым защищать свои традиционные взгляды; спор был направлен не против научных положений, которые он не понимал, а против ложных, им самим составленных представлений о них. Пока этот спор не найдет разрешения и пока сельские хозяева не станут компетентными судьями, едва ли можно ожидать действительной помощи со стороны науки, и я сомневаюсь, наступило ли уже это время. Я возлагаю свои надежды на молодое поколение, вступающее в практику с совершенно иной подготовкой, чем их отцы. Что касается меня, то я достиг того возраста, когда элементы, составляющие тленное тело, обнаруживают стремление к началу нового жизненного цикла и когда пора сделать распоряжение о своем достоянии и уже нет времени откладывать, если есть еще что сказать.

Так как каждый опыт в области сельского хозяйства продолжается год или более, пока будет достигут полный результат, то едва ли мне остается надежда дожить до последствий моего учения; наилучшее, что я могу сделать в таком положении, это изложить мое учение так, чтобы недоразумения были невозможны для того, кто на себя возьмет труд подробно его изучить. С этой точки зрения нужно рассматривать полемическую часть моей книги; я долго верил, что в сельском хозяйстве достаточно изложить истинные воззрения, чтобы распространить их, как это обычно делается в научных вопросах, и не заботиться более о заблуждениях; но, наконец, я убедился, что это ложный путь и что нужно разрушить храмы лжи, чтобы создать твердую почву для истины. Никто не откажет мне в праве очистить мое учение от сора, которым его в течение многих лет пытались сделать неузнаваемым.

Меня со многих сторон упрекали в несправедливости за то, что я современное земледелие оценивал как грабительское хозяйство; действительно, но тем сведениям, которые мне дали некоторые хозяева о своих хозяйствах, мое обвинение против них нельзя считать правильным. Меня заверяли в том, что многие сельские хозяева северной Германии, Саксонии, Ганновера и Брауншвейга ревностно заботятся о возвращении полям более того, что они извлекают из почвы, так что о грабительском хозяйстве здесь не может быть и речи. Но если взять в целом сельское хозяйство, то найдутся сравнительно немногие, которые знают, в каком состоянии находятся их поля.

До сих пор я не встречал ни одного сельского хозяина, который взял бы на себя труд, как это принято в других индустриальных предприятиях, вести приходно-расходную книгу каждого своего поля и записывать в нее то, что он ежегодно вывозит с поля и вносит в него.

У сельских хозяев есть старый, унаследованный недостаток: каждый оценивает сельское хозяйство в целом со своей узкой точки зрения, и если одному удается избежать ошибки, то он склонен видеть в этом доказательство правоты всех.

Продолжающийся до сих пор огромный вывоз костей из Германии является фактическим доказательством того, насколько мало число тех хозяев, которые заботятся о надлежащем возвращении своим полям фосфора; если одна маленькая фабрика Гейфельда в Баварии вывозит в Саксонию из окрестностей Мюнхена 1 1/2 миллиона фунтов костей, то это происходит за счет ограбления баварских полей.

Сильные грабят слабых, знающие — незнающих, и так будет всегда. То, что во многих местах северной Германии действительно совершается возмутительное ограбление полей, будущая история немецкой свеклосахарной промышленности докажет многим современникам. Посредством употребления суперфосфата и гуано достигли очень высоких урожаев сахарной свеклы с большим процентом сахара, и так как в течение многих лет не было понижения урожаев, то плантаторы, благодаря их непониманию, стали думать, что эти хорошие урожаи будут всегда повторяться; они упускают из виду, что при таком хозяйствовании уменьшается содержание калия в их почвах и, в конце концов, наступит истощение их полей. Калий, говорят они, является слишком дорогим удобрением, за те же деньги можно купить в три-четыре раза больше суперфосфата и гуано. Они думают, что делают хорошо, внося их на свои поля. А как дорого обходится им калий в навозе, которым они думают заменить его, этого они, конечно, не знают.

Несомненно, что они ошибаются в своих расчетах и что, продавая свою патоку и барду, они продают важнейшие для производства сахара вещества и вместе с тем плодородие своих полей. Они увидят, может быть, только через несколько десятилетий, как это уже, несомненно, доказано во Франции и Богемии, что при таком хозяйствовании в определенное время и непостепенно, а вдруг процент сахара в свекле снизится с 11—10 до 4—3 и что плодородие полей, которые раньше давали высокие урожаи сахара, нельзя будет восстановить внесением суперфосфата и гуано.

Таким образом, через два человеческих поколения те области, в которых при нынешней системе еще процветает сахарная промышленность, будут приводиться как пример того, до чего может быть человеческим невежеством доведено производство, которое по своей сущности таково, что может вечно продолжаться па тех же полях, не истощая их.

В Англии происходит то же самое. На всех полях, на которых разводят турнепс без возвращения калия, наступает ухудшение качества корня, и только там остаются неизменным количество и качество турнепса, где корни скармливаются овцам прямо на поле и таким образом целиком поддерживается содержание калия в поле.

Мюнхен, сентябрь 1862 г.

 

МЕНДЕЛЕЕВ

(1834—1907)

Несомненно, самой яркой и, быть может, наиболее сложной фигурой в русской науке XIX века был Дмитрий Иванович Менделеев. Он родился в старинном сибирском городе Тобольске четырнадцатым и последним ребенком в семье директора гимназии. Исключительную роль в формировании личности ученого сыграла era мать, происходившая из образованной и предприимчивой купеческой семьи. В посвящении к одной из капитальнейших своих работ «Исследование водных растворов, по удельному весу» (1887) Дмитрий Иванович писал:

«Это исследование посвящается памяти матери ее последышем. Она могла era взростить только своим трудом, ведя заводское дело; воспитывала примером, исправляла любовью и, чтобы отдать науке, вывезла из Сибири, тратя последние средства и силы. Умирая, завещала: избегать латынского самообольщения, настаивать в труде,, а не в словах, и терпеливо искать божескую идя научную правду, ибо понимала, сколь часто диалектика обманывает, сколь многое еще должно узнать и как при помощи науки без насилия, любовно, но твердо, устраняются предрассудки, неправда а ошибки, а достигаются: охрана добытой истины, свобода дальнейшего развития, общее благо и внутреннее благополучие. Заветы матери считает священными».

В Тобольске Менделеев учился в гимназии, но особым прилежанием не отличался. Высшее образование он получил в Петербурге в Главном педагогическом институте. На физико-математическом факультете математику читал Остроградский, физику — Ленц, педагогику — Вышнеградский, в будущем министр финансов России. Профессором химии был Воскресенский, «дедушка русских химиков», из его школы вышли также Бекетов, Соколов, Меншуткин и многие другие ученые. Институт Менделеев окончил в 1855 г. первым, с золотой медалью. Через год в Петербургском университете он подучил звание магистра химии и стал доцентом. Вскоре Менделеев был командирован за границу и два года, работал в Гейдельберге у Бунзена и Кирхгофа. Большое значение для молодого Менделеева имело участие в съезде химиков в Карлсруэ (1860), где обсуждалась проблема атомности элементов.

Вернувшись в Россию, Менделеев становится сначала профессором Петербургского практического технологического института, затем — профессором Петербургского университета по кафедре технической химии и, наконец,— общей химии.

Профессором университета Менделеев был в течение 23 лет. Именно в это время ем были написаны «Основы химии», открыт периодический закон и составлена таблица элементов, навсегда связанная с его именем. Периодический закон стал важнейшим обобщением в химии и значение этого .открытия выходит далеко за пределы одной только этой науки. Крут интересов Менделеева был исключительно широк и разнообразен; достаточно назвать его работы по растворам, исследования поверхностного натяжения, приведшие Менделеева к понятию критической температуры. Он всесторонне занимается нефтяным делом, предвидя важнейшее значение нефтехимии. Он глубоко интересуется вопросами воздухоплавания. Во время полного солнечного затмения 1887 г. он должен был вместе с аэронавтом подняться на воздушном шаре за облака. Перед стартом, из-за дождя, шар намок и двоих поднять не мог. Тогда Менделеев решительно высадил летчика и полетел один — это был его первый полет. Менделеев был блестящим лектором и страстным пропагандистом науки.

В 1890 г. Менделеев, выступивший в поддержку требований либеральных студентов, после столкновения с министром просвещения оставил университет. В последующий год он недолго, по с успехом занимался технологией производства бездымного пороха. В 1893 г. он стал смотрителем Главной палаты мер и весов, совершенно преобразив деятельность этого учреждения. Работы по метрологии Менделеев связывал как с чисто научными задачами, так и с практическими потребностями торгово-промышленного развития России. Будучи близок к руководителям финансовой политики России — Вышнеградскому и Витте, ученый стремился через нарождавшуюся крупную буржуазию влиять на индустриализацию страны. Экономическое исследование Менделеева «Толковый тариф» (1890) стало основой таможенной политики протекционизма и сыграло важную роль в защите интересов русской промышленности.

Менделеевым всего было написано более 400 работ. Слава его была всемирной: оп был членом более 100 научных обществ и академий, за исключением Петербургской: выбирали его дважды и дважды забаллотировали из-за влияния и интриг «немецкой» партии Императорской Академии. В год смерти Менделеева вышло 8-е издание его «Основ химии»; на первой странице он писал: «Эти "Основы" любимое дитя мое. В них мой образ, мой опыт педагога, мои задушевные научные мысли».

Ниже следует предисловие к первому изданию «Основ химии».

ОСНОВЫ ХИМИИ

В предлагаемом сочинении две цели. Первая — познакомить публику и учащихся с основными данными и выводами химии в общедоступном научном изложении, указать на значение этих выводов для понимания как природы вещества и явлений вокруг нас совершающихся, так и тех применении, которые получила химия в сельском хозяйстве, технике и других прикладных знаниях. Эти отношения к философии и жизни придают нашей науке легкую усвояемость и определяют ее общественные значения. Но знание выводов, без сведений о способах их достижения — может легко ввести в заблуждение не только в философской, но и в практической стороне науки, потому что тогда неизбежно необходимо прибавить абсолютное значение тому, что нередко относительно и временно. В науке о природе нет аксиом, с помощью которых облегчается изложение таких наук, как геометрия. В ней все истины добыты путем упорного труда и всесторонних попыток наведения. Вот эта-то сторона предмета и заставила меня к вышеназванной цели присовокупить другую, более специальную. Изложить вместе с выводами, описание способов их добычи, ввести в одно систематическое целое возможно большее число данных, не вдаваясь однако в крайность полных сборников науки. Сопоставляя теорию с практикой, прошедшее науки с ее будущим, не отдаваясь безотчетно ни одному самому привлекательному убеждению, я стремился развить в читателе ту способность самостоятельного суждения о научных предметах, которая составляет единственный залог и правильного использования выводами науки и возможности содействовать ее дальнейшему развитию.

Сочинение напечатано двумя шрифтами, с той целью, чтобы начинающий мог ознакомиться сперва с важнейшими данными и законами, напечатанными более крупным шрифтом, а потом уже подробностями, которые без того могли бы затемнить картину целого. В конце каждой главы приведены выводы, чтобы облегчить обзор прочитанного.

В первой главе помещено несколько важнейших для химика сведений из физики, но я не мог здесь войти в необходимые подробности, а потому прошу смотреть на эту часть моего труда, как на простой перечень выводов, подробное ознакомление с которыми читатель может получить в сочинениях по физике; из них для начинающих рекомендую физику Краевича, а для дальнейшего знакомства — курс Петрушевского.

В дальнейших своих успехах химия, по моему мнению, должна многое позаимствовать от физико-химических исследований и даже принять некоторые методы физики, например те, которые употребляются в ней при рассмотрении основных свойств газов и явлении теплоты. По этим причинам я старался познакомить читателей в разных местах своего труда с некоторыми мало еще распространенными сведениями физики. Но в этом отношении, сообразно главной своей задаче я не мог вдаваться в подробности и желал только обратить внимание читателя на предметы па моему мнению, имеющие важное значение.

Прямые применения знаний к сознательному обладанию природою составляют силу и залог дальнейшего развития наук. Оттого-то нашли место в моем сочинении практические применения химических знаний к общежитию, заводскому делу, сельскому хозяйству, к объяснению явлений жизни организмов и самой земли и т.п. Везде, где было возможно, я старался связать теоретический интерес с чисто практическим.

Этими объяснениями определяется уже многое в общем плане и в частностях предлагаемого труда. Сверх того, я стремился приурочить каждое обобщение к ряду частных фактов, чтобы тем придать оживление выводам и лишить последние голословного значения, какое приобретают законы науки, когда они излагаются догматически.

Ограниченное значение, какое, по моему мнению, имеют некоторые из существующих химических гипотез (например, гипотеза об атомности элементов, глава 16, а также стр. 684, 734 и др.), не позволяет мне поставить их, как того желают ныне многие, на первом плане всего изложения и подчинить временному их интересу тот общий строй направления химии, какой мне было желательно передать.

Ввиду этого и те обобщения и гипотезы, которые отчасти или вполне принадлежат лично мне1, я старался поставить на соответственных местах, не стремясь придать им вид законченности, а выставляя их только как попытки, стоящие в связи с общим направлением, какое, по моему мнению, имеет в настоящее время наша наука. В этом направлении недостает нам пока еще одного общего, связующего начала: знания, относящиеся к количественной стороне химических превращений, далеко опередили изучение качественных отношений; те и другие представляются ныне разделенными; их связь, ясная в некоторых частных случаях, и должна, мне кажется, составить ту пить, руководство которой выведет химиков из лабиринта современного, уже значительного, но еще довольно одностороннего запаса данных.

Система распределения элементов по группам и взаимная их связь по величине атомных весов, принятых мною в этом сочинении, выражена в таблице, помещенной на обороте этого листка. Основные данные, служившие для составления этой системы, сообщены мною в мартовском заседании Русского Химического Общества, учрежденного при СПб. Университете, и развиты во второй части моего сочинения.

СПб., 1869 г., март

Таблица элементов из первого издания «Основ химии» Д.И. Менделеева.

 

BAHT-ГОФФ

(1852-1911)

Развитие химии происходит, с одной стороны, путем все большего ее усложнения, путем выработки своих, принадлежавших только химии понятий и методов. С другой стороны, анализ основных понятий химии, опирающихся на изучение простых явлений и объектов, приводит к ее объединению с физикой. Второму подходу к проблемам химии мы в значительной мере обязаны Вант-Гоффу — создателю стереохимии и химической кинетики, той пауки, которую сейчас принято называть физической химией.

Якоб Генрик Вант-Гофф родился в Роттердаме, в семье врача. Рано проявив способности к математике, он тем не менее решил посвятить себя химии. Высшее образование Вант-Гофф получил в Делфтском политехническом институте. После его окончания он некоторое время работал у Кекуле, но неудовлетворенный атмосферой в Бонне, переезжает в Париж, к Вюрцу. К этому времени относятся его основополагающие работы по стереохимии; отталкиваясь от открытой Пастером оптической изомерии, Вант-Гофф одновременно с Ле-Белем пришел к идее тетраэдрического пространственного расположения валентных связей углерода.

С 1876 г. Вант-Гофф стал преподавать химию в Ветеринарной школе в Утрехте, по

через два года, по рекомендации Вюрца, получил кафедру химии, минералогии и геологии в Амстердамском университете. В эти годы он опубликовал работу «Взгляд на органическую химию», подытоживающую его точку зрения на стереохимию, и знаменитые «Очерки по химической динамике» (1884). В 1896 г. Вант-Гофф был избран членом Прусской Академии паук и переехал в Берлин; вскоре он стал профессором химии в Берлинском университете. Основные его работы в этот период были посвящены физической химии растворов и явлению осмоса. В последние годы жизни Вант-Гофф обратился к биохимии и изучению действия энзимов.

Вант-Гофф не был блестящим лектором; но это был человек, мыслящий крупиымго и глуоокпми категориями, способный на большие обобщения, чьи идеи оказали огромное влияние на развитие химии не только при его большой и плодотворной жизни. но и в последующий период. В 1901 г. Вант-Гоффу первому была присуждена Нобелевская премия по химии (по физике в этом году ее получил Рентген).

Мы приводим предисловие к «Очеркам по химической динамике» (1884).

ОЧЕРКИ ПО ХИМИЧЕСКОЙ ДИНАМИКЕ

Ход развития какой-либо науки состоит из двух различных периодов: сначала все научные исследования имеют описательный характер или характер систематики; затем они приобретают рациональный или философский характер. Такой путь развития прошла и химия как чистая наука, т.е. если оставить в стороне ее приложения.

Во время первого периода научные исследования ограничиваются накоплением и согласованием материалов, составляющих основу данной науки. Так, в химии они привели к открытию новых веществ, к выяснению их химического состава и свойств с тем, чтобы расширить область, охватываемую наукой, найти для каждого вещества подходящее место в общей классификации и получить возможность отличать одни тела от других. Если в этот период и исследовалась связь между свойствами различных тел или между их химическим составом, то лишь с целью классификации.

Во втором периоде развития исследования уже не ограничиваются накоплением и согласованием материалов, но переходят к причинной связи. Первоначальный интерес к новому веществу исчезает, в то время как выяснение его химического состава и свойств, приобретая теперь гораздо большее значение, становится отправной точкой для выяснения причинной связи.

История всякой науки заключается в эволюции от описательного периода к периоду рациональному.

В химии исследования рационального порядка характеризовались в последнее время заметным стремлением связать формулу строения вещества с его свойствами. Это направление оправдывается тем, что формула строения вещества является не только символическим выражением его состава, но вскрывает, хотя и несовершенным образом, внутреннюю природу материи, из которой построено данное вещество. Так как все свойства вещества вытекают из этой внутренней природы материи, то легко предвидеть, что когда-нибудь формула строения вещества сможет указать нам правильно и во всех деталях свойства вещества, которое она обозначает.

В этих исследованиях необходимо различать две части. Свойства, которые мы хотим связать с формулой строения, могут быть физическими или химическими. Чтобы характеризовать эти две части, достаточно привести хорошо известные работы Брюля и Меншуткина.

Действительно, немецкий химик пытается связать с формулой строения физическое свойство, а именно, показатель преломления, в то время как Меншуткин, интересуясь химическими свойствами, ищет связь между этой формулой и способностью различных кислот и спиртов к этерификации.

Эти работы выявляют большое преимущество физических свойств при изучении их связи с формулой строения. Работы физиков дали возможность характеризовать многие из этих свойств определенными постоянными выражениями. Так, Брюль мог изучать «удельное преломление», совершенно постоянно характеризующее преломляющую силу вещества; именно это «удельное преломление» определялось для различных веществ и сравнивалось с формулами строения. Очевидно, что найденная таким образом связь не может оказаться случайным результатом действия каких-либо факторов, например температуры, так как сравниваются величины, не изменяющиеся под действием этих факторов.

Иначе обстоит дело с химическими свойствами. Чтобы понять трудности, с которыми здесь приходится встречаться, достаточно обратиться к рассмотрению работ Меншуткина. Этот русский химик нагревал до 155° смеси кислот и спиртов и определял как «начальную скорость», так и «предел» химического процесса, т.е. он определял количество вещества, превращенное в течение часа, и количество, остающееся в конечном состоянии. Эта «начальная скорость» и этот «предел» изменяются с температурой и объемом, и при этом неизвестно, каким именно образом; поэтому полученные соотношения: могут иметь лишь относительное значение, хотя и представляют собой весьма большой интерес.

Я далек от того, чтобы недооценивать работы Меншуткина. Моя критика касается лишь настоящего положения наших знаний химических свойств. Они не дают нам возможности наметить те характеристические постоянные величины, па которые необходимо обращать внимание при каждом исследовании связи между химическими свойствами и формулой строения. Поэтому я попытался в настоящей работе сделать все, что в моих силах, для улучшения положения.

***

Выражение «химические свойства» охватывает во всей широте данные, касающиеся химических превращений какого-либо вещества, т.е. химических превращений, испытываемых веществом самим по себе или же в присутствии различных веществ, во всевозможных условиях. Намечая, до какой степени эти свойства могут быть выражены точным образом, мы должны буделг обрисовать в нескольких чертах общее состояние наших познаний в области химических превращений. Я коснусь таким образом нескольких понятий, предварительное ознакомление с которыми является необходимым.

Прежде всего необходимо установить различие между полным химическим превращением и ограниченным химическим превращением. Первое может быть определено несколькими словами: это общеизвестное химическое превращение, которое характеризуется полным переходом одного вещества (начальная система) в другие, отличные от него (конечная система).

Химическое уравнение выражает это превращение, причем его первая часть обозначает начальную систему, а вторая — конечную систему. Например:

Сl2 + Н2 = 2СlН.

Ограниченное превращение, открытием которого мы обязаны Бертолле, характеризуется тем, что оно останавливается раньше своего полного завершения. В конечном состоянии, следовательно, наряду с вновь образовавшимися веществами находится некоторая часть неизмененных исходных веществ. Так, при действии хлористоводородной кислоты на азотнокислый натрий происходит превращение, ведущее к образованию азотной кислоты и поваренной соли, но это превращение никогда не распространяется на все количество исходных веществ.

Такого рода наблюдения становятся все более и более многочисленными, и ограниченное превращение встречается теперь во всех областях химии. Пфаундлер связал оба эти явления единой точкой зрения, рассматривая наблюдаемый предел как результат двух противоположных превращений, ведущих в приведенном примере одно — к образованию поваренной соли и азотной кислоты, другое — к образованию хлористоводородной кислоты и азотнокислого натрия. Эта точка зрения, подтвержденная экспериментом, оправдывает выражение химическое равновесие, которым пользуются для характеристики конечного состояния ограниченных реакций. Я предлагаю обозначить это выражение следующим символом:

HCl+N03Na<=>NO3+ClNa.

Таким образом в этом случае я заменяю в химическом уравнении знак «=», который в действительности не только выражает равенство, но указывает и направление превращения, знаком «<=>». Этот знак ясно выражает тот факт, что химический процесс совершается одновременно в двух противоположных направлениях.

Явление химического равновесия, которое сначала было обнаружено лишь в исключительных случаях, оказалось впоследствии чрезвычайно распространенным. Короче говоря, оно является общим выражением завершения всякого химического превращения. В самом деле, сколько раз химические превращения, которые считались полными, оказывались не чем иным, как равновесным состоянием двух систем, одна из которых, правда, настолько подавляла другую, что эта последняя легко ускользала при поверхностном наблюдении.

Вследствие этого возникает общий интерес по отношению к законам, управляющим химическим равновесием. Мы должны будем отметить прежде всего открытия, которые показали, каким образом химические равновесия связаны с физическими явлениями, и приведем затем относящуюся к этому вопросу теорию Гульдберга и Вааге.

Изучая равновесие, устанавливающееся между нагретой известью и продуктами ее разложения, которое выражается символом

СO3Са<=>СO2+СаO,

Дебре открыл, что углекислота достигла при заданной температуре определенного максимального давления. Это обстоятельство, напоминающее, между прочим, явление испарения в закрытом сосуде, где при заданной температуре давление паров также достигает определенного максимального значения, обнаружилось затем во всех аналогичных случаях, т.е. во всех химических равновесиях, характеризуемых существованием твердых и газообразных веществ и называемых поэтому гетерогенными химическими равновесиями.

Это сходство между гетерогенным химическим равновесием и испарением было обобщено Горстманом. В физическом явлении испарения количество поглощаемой теплоты выводится на основе принципов термодинамики из увеличения испарившейся части, под влиянием повышения температуры. Горстман показал, что аналогичный расчет дает возможность определить количество тепла, поглощаемого при химическом превращении. Для этого достаточно учесть возрастание этого превращения, вызываемое повышением температуры.

Отметим здесь, что Бертло, развивая воззрения Томсена, также связывает химическое превращение с сопровождающими его тепловыми явлениями, однако он делает это совершенно иначе. Согласно Бертло, превращение происходит, если оно сопровождается выделением тепла (принцип максимальной работы).

Гульдберг и Вааге в своих «Очерках химического сродства» стали на совершенно иную точку зрения. Взяв за основу открытие Бертло, а именно, что количество вещества (масса) влияет на конечное состояние равновесия и что в приведенном выше случае увеличение количества хлористоводородной кислоты также увеличило бы количество разложившейся соли азотной кислоты, они ввели в науку точные понятия относительно величины влияния этого количества вещества. Для этого авторы рассматривают химическое равновесие, как результат равенства двух противоположных сил, вызываемых сродством в обеих системах. Эти силы предполагаются пропорциональными количеству веществ, составляющих систему, содержащихся в единице объема (действующая масса). Полученные таким образом соотношения находятся в согласии не только с экспериментальными данными авторов, но и с результатами опытов Томсена и Оствальда.

Добавим, что Горстман, исходя из принципов термодинамики, получил соотношения, аналогичные полученным Гульдбергом и Вааге. С своей стороны, Пфаундлер пришел к сходным результатам, применяя к химии вычисления вероятностей столкновений между молекулами в данном пространстве.

Изложенное выше относится к конечному состоянию химического превращения. Имеется второй пункт, которого я хочу теперь коснуться, а именно: каким образом это конечное состояние достигается. Очевидно, что этот вопрос сводится к изучению медленных превращений. Эти превращения могут быть изучены экспериментально: они позволяют определить соотношения, существующие между временем и степенью превращения. Если же превращение совершается почти мгновенно, то может быть известно лишь конечное состояние.

Исследования медленных превращений, предпринятые сначала Бунзеном и Роско для случая соединения водорода с хлором под действием света, были затем предметом многочисленных работ, направление которых трудно изложить в нескольких словах. Я ограничусь поэтому упоминанием о работах Бертло и Пеан де Сент-Жилля, Лемуана, Буханана, Каяндера, Богусского, Уреха, Гаркура, Меншуткина, Оствальда, Райта и Вардера. С теоретической точки зрения в некоторых из этих исследований можно отметить более или менее ясно выраженное стремление связать скорость превращения с величиной действующей массы Гульдберга и Вааге.

***

Поскольку я поставил себе задачей изучить в этой работе прежде всего ход химического превращения, мои опыты будут относиться главным образом к этому вопросу. В качестве теоретической основы я принял не понятие действующих масс (это понятие я должен был оставить по ходу моих опытов), а следующие соображения.

Если химическое превращение совершается в одной молекуле, например, в случае разложения хлористого аммония:

ClNH4=ClH+NH3, то будет иметь место пропорциональность между количеством вещества,

превращающимся за некоторое время, и общим количеством вещества. Такого рода химический процесс я буду называть мономолекулярным превращением. Если, наоборот, для превращения необходимо взаимодействие нескольких молекул, как в случае образования хлористоводородной кислоты или же воды:

Сl2+Н2 = 2СlН,

O2 + 2Н2 = 2OН2,

то необходимость столкновений между молекулами будет сказываться на ходе химического превращения. Действительно, в этом случае будет иметь место пропорциональность между количеством превращенного за данный промежуток времени вещества и частотой столкновений. Такого рода химический процесс я называю би- или тримолекулярным соответственно количеству взаимодействующих молекул.

Мне казалось, что стоило попытаться проверить на опыте эти заключения. Для этого было необходимо тщательно выбрать изучаемые реакции для того, чтобы иметь дело лишь с одним определенным механизмом превращения. Необходимо было избегать случаев, осложняемых наличием ряда превращений, совершающихся одновременно или последовательно. Простые и полные превращения, изученные мною, показали, что приведенные выше предположения были вполне обоснованы. Итак, я выдвигаю следующий принцип:

«Ход химического превращения характеризуется исключительно числом молекул, при взаимодействии которых происходит превращение».

Именно с этим числом должна быть связана естественная классификация реакций, для которых я предлагаю применять термины моно-, би-, три- и многомолекулярных реакций. (Первая часть. Нормальное химическое превращение.)

Экспериментальное подтверждение этого принципа привело к обнаружению вторичных действий, стремящихся скрыть истинный характер химического превращения. Таким образом я пришел к необходимости изучения возмущающих действий, предпринятого с целью освобождения от их влияний. (Вторая часть. Возмущающие действия.)

В результате устранения этих возмущающих действий можно было дать различные применения принципа связи между ходом превращения и числом молекул. Таким образом, я пришел к возможности определить, на основе моих наблюдений хода превращений, соответствующее превращению число молекул. Методы, которые я применял с этой целью, позволяют разрешить задачи этого рода во всей их полноте. (Третья часть. Применения.)

Затем я занялся вопросом о влиянии температуры на химическое превращение. К этому вопросу можно было приступить лишь по установлении точных представлений о ходе химического превращения при данной температуре.

На основе результатов, полученных в первой части моей работы, было естественно заняться этим чрезвычайно интересным вопросом о влияний температуры на химическое превращение.

Исходным пунктом здесь является опыт, а не какие-либо предвзятые идеи. Таким образом различные реакции, служившие мне для изучения хода превращения, были изучены с этой точки зрения при различны температурах. (Первая часть. Экспериментальные данные.)

Однако, так как решение какой-либо проблемы мало двигается вперед в результате получения одних лишь экспериментальных данных, не связанных общей точкой зрения, то я попытался исправить это, используя принципы термодинамики. Полученное соотношение между скоростью превращения и температурой оказалось в согласии с экспериментальными данными. {Вторая часть. Соотношение между температурой и значением К).

Из полученного соотношения следует, что температура должна влиять на скорость превращения постепенно, а не внезапно. Этот результат находится в очевидном противоречии с общепринятыми представлениями относительно температуры воспламенения; действительно, согласно этим представлениям существует температура, при которой неощутимое при более низких температурах превращение начинается внезапным образом. Это противоречие привело к более глубокому рассмотрению явлений воспламенения, приведшему это явление в согласие с указанным соотношением между температурой и скоростью превращения. (Третья часть. Температура воспламенения).

Наконец, я занялся химическим равновесием. Все, что касается этого равновесия, представляет собой весьма большой интерес для ознакомления с химическим превращением. Этот интерес является прежде всего результатом указанной Пфаундлером связи между обоими явлениями. Согласно Пфаундлеру, химическое равновесие является не чем иным, как результатом двух противоположных превращений. Затем этот интерес вытекает также из возможности применения принципов термодинамики к вопросам химического равновесия, как это было указано Горстманом. Вследствие этих двух причин химическое равновесие является той связью, которая соединяет изучение химических превращений с фундаментом столь надежным, как термодинамика.

Поставив себе целью рассмотреть химическое равновесие по возможности во всей его широте, я был поставлен перед необходимостью дополнить наши знания в этом отношении, добавив к уже известным видам гетерогенного и гомогенного равновесия третий вид равновесия — равновесие конденсированных систем. Законы этого равновесия будут изучены как теоретически, так и экспериментально. Этот вид химического равновесия окажется тесно связанным с физическим явлением плавления и затвердевания.

При рассмотрении этих вопросов внимание было обращено главным образом на связь между превращением и сопровождающими его тепловыми явлениями, причем результаты, полученные путем применения принципов термодинамики, всегда оказывались в согласии с экспериментальными данными.

Таким образом по ходу моих опытов я неоднократно встречался с принципом максимальной работы. Не отрицая большого значения, которое, как мне кажется, имеет этот принцип для предсказания многочисленных явлении, я убежден, что в той актуальной форме, которую ему дал Бертло, он все же уступает точным следствиям термодинамики, введенным в химию Горстманом. В заключение приводится формулировка одного следствия термодинамики, которое может быть выражено количественно и проверено на опыте и, как мне кажется, имеет преимущества принципа максимальной работы, не обладая его недостатками:

«Любое равновесие между двумя различными состояниями вещества (системами) смещается при понижении температуры в сторону той из систем, при образовании которой происходит выделение тепла». (Принцип подвижного равновесия.)

Мне остается выполнить приятный долг — выразить благодарность г-ну Швабу за весьма ценную помощь, оказанную мне при проведении многих экспериментальных исследований, которые будут изложены далее.

 

ЛЬЮИС

(1875-1946)

Гильберт Ньютон Льюис родился в штате Массачусетс. Он учился в университете штата Небраска, а затем в Гарварде. Льюис продолжил свое образование в Лейпциге у Оствальда и в Геттингене у Нернста. Затем недолго работал в Гарварде и семь лет преподавал там же, в Бостоне, в Массачусетском технологическом институте. С 1912 г. Льюис стал председателем химического отделения Калифорнийского университета в Беркли, где он жил до самой своей смерти. В 1942 г. избран иностранным членом Академии наук СССР.

Основные работы Льюиса были связаны с химической термодинамикой, в частности с определением свободной энергии химических соединений. В 1923 г. он вместе с Рандаллом написал известную монографию «Термодинамика и свободная энергия химических соединений». Существенны для создания теории валентности, а в дальнейшем квантовой теории химической связи были исследования Льюиса, подытоженные в его небольшой книге «Валентность и строение атомов и молекул» (1924), краткое предисловие к которой мы также приводим.

ТЕРМОДИНАМИКА И СВОБОДНАЯ ЭНЕРГИЯ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Пусть эта книга будет посвящена химикам нового поколения , тем, кто не пожелает отвергать все выводы, полученные путем предположений и догадок, но и не станет прибегать к сомнительным рассуждениям о том , что можно точно узнать. Привлекательность растущей науки заключена в работах разведчиков , действующих на самой границе с неизвестным. Однако достичь этой границы возможно только по хорошо освоенным дорогам; из них наиболее верный и безопасный путь представляет широкая магистраль термодинамики.

Предисловие

Есть старинные храмы, торжественные и внушающие помимо своей священной цели, благоговение. Даже любопытствующий турист говорит о серьезных вещах тихим голосом, и его шепот раздается под сводами нефа и эхом возвращается к нему наполненным тайной. Труд многих поколений архитекторов и художников уже забыт, леса, построенные для работы, давно убраны, все ошибки исправлены или скрыты под слоем пыли веков и, видя только совершенство законченного целого, мы преклоняемся перед сверхчеловеческими силами. Иногда же мы входим в такое строение, когда оно не достроено. Мы слышим стук молотков, запах табака, и грубые шутки рабочих напоминают нам, что эти великие сооружения есть лишь результат обычных человеческих усилий, целенаправленных и целеустремленных.

В науке есть свои храмы, построенные усилиями немногих архитекторов и многих работников. В этих высоких памятниках научной мысли возникла традиция выражаться строгим и формальным языком, не допуская обычной разговорной речи. Иногда кажется, что это способствует точности мышления; чаще же это внушает лишь трепет начинающему. Поэтому, проводя читателя через здание классической термодинамики в те мастерские, где сейчас происходят работы, нам пришлось смягчить общепринятую научную строгость в той мере, как того требует ясность мысли. Вероятно, что нам это удалось достичь лишь в малой степени, и поэтому мы воспользуемся данным случаем для откровенного разговора с читателем о нашей книге и ее задачах.

Книга по термодинамике может быть обращена к различной аудитории. Начинающий, для того чтобы решить, в какой степени предмет соответствует его интересам, будет спрашивать о том, в чем состоит термодинамика и какие задачи физики, химии и технологии могут решаться с ее помощью. Есть читатель, интересующийся философским смыслом таких понятий, как энергия и энтропия. В довершение всего есть исследователь, решающий задачи чистой пли прикладной науки и ищущий особые термодинамические методы, приложимые к его задаче, и данные, которые ему необходимы для ее решения. Может быть мы были слишком самонадеянны и пытались в одном томе удовлетворить всем этим требованиям. Мы пытаемся провести начинающего через тонкости теории и направить более опытного исследователя к тому пределу, который определяется существующими на сегодня методами и данными.

Однако вначале наша цель была совершенно иной. Первоначально мы намеревались собрать для практических задач химика и инженера-технолога данные, полученные нами, или же сведения, собранные из других источников в области проблемы химического сродства. Скоро мы пришли к убеждению, что таблицы данных не могут быть достаточными, если им не сопутствуют описания методов их получения. Развитие же методов приложения термодинамики к задачам химии занимало нас на протяжении многих лет. Привлекательность этих исследований связана с их разнообразием. Каждая новая реакция, изученная нами, требовала новых подходов к эксперименту или развития теоретических методов. Таким образом, мы были вынуждены развить ряд особых приемов — химических, алгебраических, арифметических и графических — и надеемся, что полное описание этих приемов избавит других исследователей от тяжелого труда, затраченного нами.

Наконец, эти методы сами требуют более глубокого понимания основных принципов термодинамики, чем то, что дают большинство учебников. Действительно, в немногих книгах по термодинамике рассматриваются свойства растворов, вопрос исключительной важности для сколько-нибудь полного понимания химической термодинамики. Частично поэтому, частично потому, что мы стремились несколько по-новому изложить основные идеи термодинамики, первая половина нашей книги посвящена элементам термодинамической теории. Написанный первоначально для химиков, наш труд, как мы все же надеемся, не будет неинтересен тем, кто изучает физику и химическую технологию.

Наш труд не представляет собой учебник в обычном понимании этого слова. Действительно, учебник является своего рода рестораном, где можно присесть и утолить свой голод, не задумываясь ни над сложными путями образования сырых сельскохозяйственных продуктов, ни над теми процессами, которыми они превращены в продукты питания, ни над кулинарным искусством повара, ответственным за то хорошо приготовленное блюдо, которое перед вами оказалось. Мы не желали предлагать подобную трапезу читателю. Нашу книгу скорее следует рассматривать как введение к исследованию, как путеводитель тому, кто хочет применить термодинамику в его практической деятельности. Для каждого утверждения в этой книге можно проследить связь либо с фундаментальными постулатами термодинамики, либо с теми опытными исследованиями, которые описаны в литературе и которые снабжены подробными ссылками.

Несмотря на отступление от традиционной формы учебника — а может быть именно в силу этого отступления — мы надеемся, что данный том будет полезен для курсов повышенной сложности. Для пользы студента, занимается ли он с преподавателем или же самостоятельно овладевает основами термодинамики, мы привели большое число задач. Эти примеры подскажут ряд других, ибо только путем повторных приложений теории к конкретным примерам можно действительно овладеть термодинамикой.

У авторов были расхождения во взглядах на возраст и степень подготовленности читателя. В большинстве университетов любой основательный курс термодинамики обычно откладывается до четвертого или пятого года обучения. Нам это кажется ошибочным, и в курсе химии в Калифорнийском университете лучшим студентам большая часть материала преподается до конца третьего года обучения. Действительно, будущему инженеру-технологу или научному работнику неразумно откладывать изучение этого фундаментального предмета, как если бы студенту инженеру-механику или инженеру-электрику откладывать изучение анализа.

Мы не считали нужным просить извинения за постоянное применение математического анализа в этой книге. Сейчас всеми признано, что химик или химик-технолог, вступающий в свою специальность, не владея анализом, всю жизнь будет чувствовать свою неполноценность. Возможно овладеть термодинамикой и без знаний анализа, и действительно многие важные открытия в термодинамике были сделаны минуя аналитические методы. Однако для любого объяснения предмета, краткого и понятного, анализ необходим. Вполне возможно, что некоторые читатели забыли простые приемы частного дифференцирования, и поскольку именно эта часть анализа постоянно используется, то в одной из первых глав этот вопрос получил краткое изложение.

Автор, который пишет на научные темы, всегда завидует рассказчику, поскольку тому не нужно искусственным образом оправдывать естественный ход своего повествования. Последовательно соединять обширное множество разветвляющихся и взаимосвязанных вопросов всегда болезненно. Всегда приходится примиряться с наименьшим злом, и мы не можем даже надеяться на то, что принятая нами последовательность, кажущаяся нам лучшей, будет казаться такой и другим. К счастью, читатель не полностью связан нашим выбором. Например, в курсе термодинамики Калифорнийского университета, о котором мы говорили, первый и второй закон и их приложения к простым системам рассматриваются раньше, чем студент сталкивается с тонкими вопросами термодинамики растворов. Поэтому наша глава о третьем законе термодинамики и энтропии одноатомных газов может непосредственно следовать за первыми главами о нервом и втором начале. В целом мы должны заметить, что желание представить весьма обширный материал в пределах обозримого тома потребовало определенной краткости, не допускающей частых повторов и выводов, желательных с педагогической точки зрения. Это мы предоставляем самому читателю, который должен учитывать, что наш предмет мало пригоден для легкого чтения, а скорее требует длительного и повторного изучения.

Каждый автор, как мы полагаем, считает принятые им обозначения за самые лучшие из всех возможных. Если же мы, в частности, являемся жертвой подобных галлюцинаций, то единственное, что нам хотелось бы публично заметить, это то, что наша система номенклатуры и обозначений возникла постепенно на протяжении многих лет практической работы и преподавания многим типам студентов. Что же касается полной арифметической и типографической точности, то мы полагаем ее недостижимой простым человеческим силам. Мы приложили все силы к тому, чтобы избежать грубых ошибок. Однако, если нам это не удалось, то мы будем благодарны читателю за любое указание на ошибки, которые он обнаружит.

Многие исследования, лежащие в основе этого труда, обязаны материальной помощи фонда Баха Национальной Академии наук и фонда Румфорда Американской Академии искусств и наук. Глубокую благодарность за помощь и критику, которую невозможно полностью высказать, мы выражаем нашим студентам и коллегам. Нам хотелось бы указать многих, чтобы более конкретно выразить нашу сердечную благодарность. Но мы не можем не поблагодарить за помощь со стороны Томаса Фрезера Юнга, чье беззаветное содействие в расчетах свободной энергии так способствовало достижению точности этих данных.

Итак, мы заканчиваем нашу беседу с читателем. Если на протяжении этой книги мы сможем раскрыть перед читателем часть красоты и простоты термодинамического мотода, если нам удастся убедить нескольких химико-технологов в исключительной практической ценности результатов термодинамических расчетов, если мы в какой-либо мере содействовали превращению химии в точную науку, то наш труд будет вознагражден.

Беркли, Калифорния, октябрь 1922.

ВАЛЕНТНОСТЬ И СТРОЕНИЕ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ

Предисловие

Я полагаю, что монография данного рода относится к эфемерной научной литературе, и здесь неуместно то вдумчивое внимание, которое оправдано при рассмотрении более медленно развивающихся областей науки. Скорее пером журналиста мы должны пытаться охватить мгновенное состояние быстротекущей современной мысли, которая в любой момент может измениться с калейдоскопической внезапностью.

Поэтому вполне возможно, что некоторые утверждения в этой книге скоро придется пересмотреть, хотя я и полагаю, что это скорее вопрос деталей, чем сущности. В течение семи лет, которые прошли с появления моей предыдущей публикации о структуре молекул и природе химической связи, я не увидел большой необходимости изменить те взгляды, которые тогда были предложены, хотя к ним теперь многое прибавилось. Поэтому я буду предполагать, что в данной книге я не грешу в отношении прошлого, хотя я полностью сознаю свои прегрешения в полноте охвата. Всякая попытка быть на уровне современных достижений совершенно невозможна в области науки, где по стольким направлениям непрерывно растут наши знания об атомах и молекулах, особенно для того, кто читает литературу лишь поверхностно и невнимательно.

Недаром те же самые атомы и те же самые молекулы изучаются химиком-органиком, химиком-неоргаником и физиком. Удивительно точные выводы спектроскописта и гораздо более расплывчатые, но не менее трудные обобщения тех, кто изучает соединения углерода, каждый по мере своих сил, развивают наше понимание того микрокосмоса, который кажется нам все более таинственным по мере того, как раскрывается перед нами его природа. Именно с этой мыслью первые главы я посвятил попытке ознакомить химиков с некоторыми наиболее потрясающими достижениями современной физики.

 

ХИНШЕЛВУД

(1897-1967)

Сирилл Норман Хиншелвуд родился в Лондоне в семье клерка. Во время первой мировой войны он работал на заводе взрывчатых веществ, где показал себя исключительно способным работником. В 1920 г. Хиншелвуд окончил Оксфордский университет, с которым в дальнейшем была связана вся его научная и преподавательская деятельность. В 1937 г., после ухода Содди, он принял кафедру химии, которой заведовал до своей отставки в 1964 г. Умер Хиншелвуд в Лопдоне.

Его многочисленные работы в основном посвящены физической химии, в особенности кинетике химических реакций; именно за эти исследования Хиншелвуд совместно с академиком Н. Н. Семеновым получил Нобелевскую премию по химии в 1956 г. В течение 5 лет Хиншелвуд занимал пост президента Королевского общества; он также был иностранным членом Академпи наук СССР. Интересы Хиншелвуда были разнообразными. Будучи блестящим лингвистом, он хорошо владел русским языком.

Мы приводим введение к первой книге Хиншелвуда «Кинетика реакций в газовой фазе» (1926) и предисловие к его итоговой обзорной монографии «Структура физической химии» (1951), которым заканчивается этот раздел.

КИНЕТИКА РЕАКЦИЙ В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ

Введение

Попытки понять истинный механизм химических превращений естественно следуют за развитием структурной химии. Путь исследований легко иллюстрировать на очень простых примерах. Известно, что водород и кислород в свободном состоянии состоят из двухатомных молекул и что вода образуется в результате перестановки атомов, которую можно выразить уравнением 2Н2+O2=2Н2O. Более того, замечено, что при обычных температурах кислород и водород могут сколь угодно долго находиться в контакте без того, чтобы заметным образом проходила бы реакция, в то время как при высоких температурах они реагируют с большей скоростью. При промежуточных температурах происходит медленное соединение, занимающее минуты, дни или годы. Тотчас же возникает задача: происходит ли это медленное соединение тогда, когда две молекулы водорода соприкасаются с одной молекулой кислорода. Однако сравнение с аналогичной реакцией 2NO+O2=2NO2, происходящей уже с исключительно высокой скоростью при таких температурах, при которых соединение водорода и кислорода происходит неизмеримо медленно, показывает, что наличие необходимых молекулярных столкновений не является единственно необходимым условием. Столкновения должны, очевидно, происходить между молекулами, находящимися в каком-то особом состоянии.

Еще в более фундаментальном виде этот вопрос возникает тогда, когда мы рассматриваем такие изменения, как медленное разложение пятиокиси азота, и мы должны искать причины того, почему молекулы не разлагаются все сразу или не разлагаются вовсе. Таким образом, химические превращения, занимающие конечное время, показывают, что все молекулы находятся не в одном состоянии; и если бы они были в одном состоянии, то некоторые химические превращения должны были бы происходить с бесконечной скоростью, если бы они могли происходить вообще.

Несмотря на то, что медленные химические изменения привлекали внимание ранних и менее глубоких исследователей, никаких определенных мыслей о сокровенной природе химических превращений не могло бы образоваться до того, как были предприняты количественные исследования скорости реакций. Впервые такие измерения произвели Харкурт и Эссон. Их работы и исследования Вант-Гоффа по химической динамике заложили основы всего этого направления.

Наше внимание будет ограничено скоростью химических превращений в газах. Реакция в газах имеет особое преимущество для исследований, которые должны выяснить механизм химических превращений, поскольку кинетическая теория газов предоставляет достаточно детальные сведения о их внутреннем состоянии. Наши знания о жидком состоянии отрывочны и не очень удовлетворительны. Вопрос о той степени, в которой жидкости полимеризованы, если это вообще имеет место, может быть выяснен лишь более или менее качественно. Нет точных данных о длине свободного пробега молекул в жидкости, и это мешает нам дать расчет числа соударений. Более того, степень, в которой молекулы жидкости сольватированы, и даже точный смысл слов, который следует придавать выражению сольватация, все еще спорны. Как показал Меншуткин, влияние растворителя на скорость химических превращений молекул в растворе колоссально. Очевидно, что здесь существенно взаимодействие между растворителем и растворенным веществом; однако его природа неясна, и все попытки установить какую-либо связь с физическими свойствами растворителя, такими как диэлектрическая постоянная, до сих пор были бесплодными. В растворах часто роль играет ионизация, однако сложный характер этого явления хорошо иллюстрируется тем, что называют двойственной теорией катализа, по которой многие примеры катализа кислотами были объяснены с помощью предположений об активности, как иона-водорода, так и не диссоциированной молекулы кислоты. Относительная эффективность их связана с силой кислоты.

СТРУКТУРА ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

 Предисловие

Физическая химия трудна и разнообразна. Трудность предмета, конечно, может быть преодолена необходимым усердием, а с разнообразием в известной степени можно справиться путем разумной специализации. В определенных пределах это удовлетворительно, но оставляет желать большего, поскольку есть еще место для более свободных и широких обобщений, выходящих за границы поверхностных интересов дилетанта. Вследствие длительного опыта преподавания в университете, мне стало казаться, что таким подходом в значительной мере пренебрегают, и поэтому я решил написать книгу, ограниченную по своему охвату и никоим образом не заменяющую более полные труды, но такую, в которой основной упор будет дан на структуру и непрерывность понятий всего предмета и в которой будет сделана попытка показать отношение различных частей этой науки друг к другу. Некоторые темы, или то, что мы могли бы назвать лейтмотивами, проходят через всю физическую химию и именно они могут помочь объединить все наши представления.

Рассмотрение не будет ни историческим, ни формально дедуктивным. На каждой ступени я стремлюсь указать путь, по которому пытливый ум мог бы наиболее простым и естественным путем перейти к попыткам понять ту часть природы вещей, которая заключена в физической химии. Этот подход я осмелился назвать гуманистическим. Для человечества, без сомнения, истинным предметом изучения является сам человек; однако одним из основных видов его деятельности стало исследование вещей.

Помимо рассмотрения предмета как целого, есть еще вопрос трезвого видения. В современной физической химии особенно важно быть ясным и честным в определении основных понятий. Это не так просто, как кажется. Некоторые общепринятые понятия выражены в словах, которым часто приписывают большую значимость, чем они того заслуживают, и многие молодые химики, по крайней мере по моему мнению, думают, что понимают вещи, когда это не так. Кажется, что нечто простое и непосредственное передается такими словами, как «резонанс» или «активность», тогда как, строго говоря, этого совершенно нет. Некоторые описания, примеры которых легко привести, напоминают слова Алисы в стране чудес: «Каким-то образом это наполняет мою голову идеями, однако я точно не знаю, в чем они заключаются». Многие математические уравнения весьма отвлеченного свойства, которые служат существенным вспомогательным средством в современной теории, приобретают опасную соблазнительность, поскольку они с готовностью прикрываются метафорами. Эти образные одеяния часто полезно рассматривать глазами ребенка, который разглядывает новое платье короля. Всюду, где это возможно, я стремился помочь непосвященному читателю понять, в чем именно состоит действительное содержание таких теорий.

С другой стороны, я не пытался дать утонченный анализ таких понятий, как вероятность или статистическое равновесие, поскольку нетрудно иметь рабочее понимание этих понятий, хотя пуристы могли бы подвергнуть уничтожающей критике практически любое определение, за исключением лишь самого глубокого. Однако слишком детальный анализ скрыл бы тот общий план, который я и стремился раскрыть.

Таким образом, предпринятое мною изложение, скромное по своему масштабу, несомненно содержит несколько скоропалительных компромиссов; но поскольку книга никоим образом не претендует на превосходство пли замену других источников (которым она несомненно обязана), то я надеюсь, что моя смелость довольно обоснована.

Наконец, я хочу выразить свою признательность многим коллегам, которые различным образом мне помогли. Я благодарен доктору Р. Ф. Барроу за правку верстки и персоналу издательства Кларендоя Пресс (Оксфорд) за помощь, превосходящую ту, на которую автор имеет право рассчитывать.