Все оттенки чувств, от восторженности до негодования, мы найдем в письме Менделеева к Воскресенскому с международного конгресса химиков в Карлсруэ.
В поисках объяснений очередных побед Менделеева на научном поприще иные его биографы обращают свои взоры к западноевропейским влияниям. Затаив дыхание от избытка почтительности, они упоминают об этом съезде, на который молодой Менделеев попал якобы благодаря своему пребыванию в Гейдельберге. Робким учеником западных мастеров представляют они читателю Менделеева.
Уже известные нашему читателю факты говорят совсем обратное. В действительности, как мы уже знаем, воздухом самых вершин науки Менделеев дышал полной грудью еще на лекциях Воскресенского, а ко времени первого международного съезда химиков уже успел протоптать к этим сияющим вершинам знания и свою собственную, пока еще, правда, небольшую, тропку.
Во всяком случае, он давно уже имел все основания чувствовать себя своим человеком среди ученых и на съезд в Карлсруэ приехал не только в качестве равноправного члена русской делегации, но и сразу же был избран в комиссию, которой была поручена основная работа съезда – подготовка важнейших его решений.
Съезд этот – фактически первый мировой съезд химиков – действительно сыграл в истории химии большую роль.
Письмо учителю, в котором Менделеев со многими подробностями описывал ход конгресса, было настолько содержательным, а тема его настолько злободневной, что Воскресенский опубликовал его в одном из очередных номеров газеты «С.-Петербургские ведомости»[18]. Таким образом, оно стало первым газетным выступлением Менделеева перед широкой русской публикой.
Для того чтобы читатель – современник блистательных побед новой химической науки – мог оценить воодушевление Менделеева, участвовавшего в установлении основных понятий химии, нужно предпослать менделеевскому письму несколько пояснений.
К моменту первого международного конгресса химиков продолжение «смутного времени» в химии становилось нетерпимым. Такое название сохранилось за эпохой развития химии, непосредственно предшествовавшей эпохе менделеевских и бутлеровских открытий, перевернувших всю химию и окончательно придавших ей научную стройность. В описываемое же время исследователи, в буквальном смысле слова, перестали понимать друг друга. Внешне это противоречие между формой, в которую облекались химические знания, и их содержанием находило свое выражение в следующем.
У химии есть свой особый условный язык, гораздо более простой, чем язык математических символов, но такой же краткий и выразительный. Отдельными терминами этого своеобразного языка химических формул служат сокращенные наименования веществ, входящих в состав сложного соединения – инициалы их латинских или греческих названий. Водород обозначается в этих формулах буквой Н (начальной буквой латинского названия этого элемента Hydrogenium), кислород – буквой О (Oxigenium), углерод – буквой С (Cabronium), азот – N (Nitrogenium), сера – S (Sulfur), фосфор – Р (Phosphorus), железо – F (Ferrum) и т. д., и т. п. С помощью этих обозначений можно записать все, что интересует химика относительно состава соединения.
Сейчас, когда на этот счет во всем мире существует полная договоренность (мы увидим дальше, с каким энтузиазмом Менделеев участвовал в ее установлении), условный язык химии приобрел исключительную простоту и наглядность. Каждый значок, вставляемый в формулу, указывает не только наименование элемента, к которому он относится, не только качество вещества, участвующего в реакции. Эти значки имеют и количественное значение. За каждым из них, в действительности, стоит один атом, со своим строго определенным относительным весом (относительным потому, что сейчас все атомные веса отнесены к единице, в качестве которой избран вес атома кислорода). Значок Н обозначает вес атома водорода, значок N- вес атома азота, значок О – вес атома кислорода и т. д., и т. п.
Если нужно показать, что в составе сложного соединения участвуют два или несколько атомов любого из этих элементов, внизу буквенного обозначения атома ставится соответствующая цифра. Таким образом, для того чтобы показать, что частица соли состоит из одного атома хлора (Сl) и одного атома натрия (Nа), достаточно написать NaCl. Это и будет химическая формула обыкновенной поваренной соли. Если серную кислоту обозначают H2SO4, то это значит, что частица серной кислоты состоит из 1 атома серы, 4 атомов кислорода и 2 атомов водорода и т. д. Но тогда все это не было так просто и наглядно. Перед исследователями возникали трудности. За буквенными обозначениями элемента в одних случаях химиками подразумевался «весовой пай», с которым этот элемент вступает в известные им соединения, в других случаях объем, в третьих – «эквивалент»[19], который они, вдобавок ко всему, путали с атомом…
Подобное смешение понятий приводило к ошибкам, и можно ли удивляться, что многим они казались непреодолимыми. Вот один пример таких затруднений, который больше других любил впоследствии приводить, в своих лекциях Менделеев.
Мы уже знаем, при каких обстоятельствах французский химик Дюма выяснил, что при белении воска хлором происходит частичная подмена содержащегося в воске водорода хлором. Мы знаем, как открытие этого факта расшатало «двойственную», электрополярную теорию Берцелиуса. Уточняя свое открытие, Дюма установил, что на один и тот же объем освобождающегося из воска водорода (если перевести его в газообразное состояние) приходится в точности такой же объем газообразного хлора, представляющего собой плотный, зеленоватого цвета, ядовитый газ. Если отношение равных объемов газов выражает отношение атомов, из которых они состоят, то это значило, что на место атома водорода становится атом хлора. Вслед за тем Велер и Либих, обрабатывая хлором горькоминдальное масло, обнаружили, что в получающемся при этом соединении уже не один, а два объема водорода замещаются таким же количеством хлора.
Это наблюдение было первым звеном в целой цепи исследований, показавших, что равные объемы водорода, брома, хлора и йода, а значит и атомы этих веществ, равноценны, эквивалентны. Но вместе с тем они были химически равнозначны лишь половине равного объема кислорода… Отсюда можно было вывести заключение, что атом кислорода по своему химическому действию соответствует двум атомам хлора, двум атомам натрия, двум атомам водорода! Значит, понятие об атоме, если уж его придерживаться, надо строго отделять от понятия о величине его химического значения, его эквивалента, то есть способности его ко взаимному насыщению.
«Учение об эквивалентах было бы совершенно просто, – рассказывал впоследствии Менделеев студентам на своих лекциях о «смутном времени» в химии, – если бы каждый металл и каждое простое тело давало только одну степень соединения с кислородом, или один окисел. Оно усложняется тем, что многие металлы дают несколько степеней окисления, следовательно, представляют в различных степенях окисления различные эквиваленты. Через это понятие об эквиваленте усложняется, и каждому простому телу нельзя придать одного определенного эквивалентного веса.. и потому понятие об эквивалентах, играя весьма важную роль в историческом отношении, представляет, при более полном изучении фактов химии, только вводное понятие, подчиненное более высшим…»
Отказ от овладения этими «высшими понятиями», под которыми Менделеев разумел в первую очередь понятие об атоме, тормозил поступательное движение науки.
Составляя формулу соединения, химик должен был каждый раз оговаривать, что именно он разумел под символами, обозначающими вступившие в химическую реакцию вещества. Получилось так, что простое, сравнительно, вещество можно было обозначить десятком различных способов.
Для уксусной кислоты, формулу которой сейчас прочтет без труда каждый школьник, в те времена, в зависимости от взглядов автора, применялось до 19 различных обозначений. К каждому химическому сочинению должна была прилагаться своя особая «смысловая отмычка». Издатель одного из химических журналов жаловался, что «каждой статье необходимо предпосылать ключ, как в музыке». Дело, конечно, не в значках, не в обозначениях, не в иероглифах химических формул. Об их единообразии легко было бы договориться, если бы химики одинаково понимали то, что творится за стеклом пробирок.
Физики могли бы оказать химикам в этом существенную поддержку, но химики не спешили обращаться за этой помощью.
К этому времени был уже хорошо известен простой и остроумный способ уточнения одного из важнейших свойств атома как материальной частицы – его веса. Изучая различные газы, физики установили, что как бы эти газы ни были разнородны, но при изменении температуры или изменении давления объем любого газа изменяется почти одинаково. Отсюда был сделан важный вывод, с которого сейчас в школе начинают изучение химии, что равные объемы газа при постоянной температуре и постоянном атмосферном давлении представляют собой своеобразные «упаковки», в которых заключено равное число частиц газа. На этом основывалось важное предложение, которое впервые внес туринский физик Амедео Авогадро, – воспользоваться этими «упаковками» частиц различных газов, то есть их равными объемами, взятыми при одинаковых и неизменных условиях, чтобы узнать относительный вес частиц любого газа.
В самом деле! Совет Авогадро можно пояснить на общеизвестном примере, напоминающем простую арифметическую задачку. Чтобы узнать, во сколько раз яблоко одного сорта тяжелее яблока другого сорта, если ящики запакованы и достать по одному яблоку оттуда невозможно, надо взвесить целиком один ящик, взвесить другой, заключающий в себе столько же одинаковых яблок, и сравнить их вес. Во столько же, во сколько один ящик будет тяжелее другого, во столько средний вес отдельного яблока, которое в нем заключено, будет тяжелее среднего веса отдельного яблока, заключенного в более легком ящике.
Ход рассуждения не меняется, если бы мы захотели тем же способом узнать относительный вес атомов. За единицу сравнения надо взять вес самого легкого атома, каким является атом водорода. Чтобы полутать сравнительный вес атома любого элемента относительно атома водорода, надо в одинаковых условиях сравнить «упаковку», заключающую в себе частицы водорода, с такой же «упаковкой», содержащей столько же частиц другого вещества, но весящей больше.
Однако этот простой способ установления атомных весов не случайно долгое время оставался в пренебрежении у химиков. Казалось, что он приводит к безысходному противоречию. Известно было, например, что из 1 объема ядовитого газа хлора и 1 объема водорода получается 2 объема газа хлористого водорода. Если верить правилу, что в равных объемах содержится равное число частиц любого газа, то выходило, что из двух атомов – одного атома хлора и одного атома водорода – образуются тоже две частички хлористого водорода и в каждой из них присутствует и хлор и водород. Выходило, что или атомы химически делимы и, таким образом, они вовсе не атомы, или правило Авогадро совсем не правило…
Одним из важнейших признаков окончания «смутного времени» в химии было опубликование французским химиком Жераром смелой догадки, что газ водород состоит не из отдельных атомов водорода, а из более сложных частиц, молекул, понятие о которых установил Ломоносов и каждая из которых в данном случае заключала по два атома водорода, соединенных вместе. Из двух соединенных атомов состоит и частица газа хлора. Если это так.
то становилось понятным, что при попарном соединении этих частичек, или молекул, соединяются совсем не половинки атомов, а целые атомы, выделяющиеся из разделившихся молекул. Из одной молекулы хлора, состоящей из двух атомов этого элемента, и одной молекулы водорода, также состоящей из двух атомов этого элемента, образуются тоже две молекулы нового вещества – хлороводорода:
В химии утверждалось понятие молекулы!
***
Этот важный момент лег в основу решений первого съезда химиков в Карлсруэ. Его горячо приветствовал молодой Менделеев.
«Существенным поводом к созванию международного химического конгресса, – писал он Воскресенскому, – служило желание уяснить и, если возможно, согласить основные разноречия, существующие между последователями разных химических школ. Сначала г. Кекуле предложил было для разрешения многие вопросы: вопрос о различии частицы, атома и эквивалента, вопрос о величинах атомного веса… далее, вопрос о формулах и даже, наконец, о тех силах, какие при современном состоянии науки надобно считать причиною химических явлений. Но в первом же заседании, 3 сентября, собрание нашло невозможным в такое короткое время уяснить такое большое число вопросов и поэтому решилось остановиться только на первых двух.
Была избрана комиссия, в которую вошло до 30 человек, для предварительной разработки этих двух вопросов; был в ней и С. Каниццаро, одушевленная речь которого, по справедливости, была встречена общим одобрением. На втором заседании конгресса, 4 сентября, комиссия вынесла выработанную ею резолюцию такого содержания: «Предлагается принять различие понятий о частице и атоме, считая частицей количество тела, вступающее в реакции и определяющее ее физические свойства, и считая атомом наименьшее количество тела, заключающегося в частицах. Далее предлагается понятие об эквиваленте считать эмпирическим, не зависящим от понятий об атомах и частицах. При голосовании за резолюцию большинство подняло руки. Кто против? Робко поднялась одна рука-и опустилась.
Результат неожиданно единодушный и важный. Приняв различие атома и частицы, химики всех стран мира приняли начало унитарной системы; теперь было бы большой непоследовательностью, признав начало, не признавать его следствий».
Встречая это решение, как должное, Менделеев недаром с некоторым удивлением отмечал «неожиданное» единодушие химиков в вопросе, прояснению которого он посвятил столько самоотверженного труда, работая над изоморфными соединениями и над удельными объемами. Победа была достигнута дорогой ценой, хотя на торжественных заседаниях съезда об этой цене не упоминалось. Светила химии, которые здесь поднимали руки за утверждение в науке различия между атомом и молекулой, тем самым невольно осуждали собственные заблуждения. Среди них не было уже выдающегося французского химика Жерара, который доказал применимость в химии закона Авогадро. Жерар умер, надорванный непосильным бременем преподавания в провинциальном лицее, затравленный самовлюбленными недругами, увенчанными званием «бессмертных», как во Франции предупредительно именуют академиков. Его обычный обед состоял из воды и хлеба. Эта диета, по его словам, поддерживала ясность головы, а сбереженные с ее помощью деньги он тратил на покупку химических реактивов. Он должен был их приобретать сам, потому что его влиятельные противники отрицали за ним, этим выходцем из простолюдинов, право на занятие наукой, а за его яркими идеями – права гражданства в химии.
После того как Жерар скоропостижно скончался в расцвете лет, оставив без средств семью, один из тех, кто ему отказывал при жизни в малейшей поддержке, – академик Вюрц, – высокопарно писал о «возвысившей его смерти», об «искании истины», которое было его страстью, во имя которой он предпочел независимость карьере, убеждения – выгодам, познав любовь к науке не только превыше благ мира, но даже превыше самой жизни, так как умер за работой. «Славная смерть, которую Франция не забудет», – так кончалась надгробная речь человека, одного слова которого было бы достаточно, чтобы спасти эту жизнь для науки… Менделеев учился понимать действительную ценность красивых фраз, не подкрепленных делами!
Соотечественник Авогадро итальянец Каниццаро привез на конгресс в Карлсруэ маленькую книжечку, в которой наиболее последовательно излагал взгляды Жерара и выводы из них. Оказалось, что эту работу скромного итальянского ученого почти никто из общепризнанных германских, английских, французских мэтров химии не удосужился даже перелистать. Они узнали о ней только на съезде, хотя она была им разослана задолго до этого. Любопытное свидетельство на этот счет одного из видных немецких химиков Лотара Мейера приведено в специальной исторической работе, посвященной конгрессу (о письме Менделеева, содержавшем его наиболее полную характеристику, там, конечно, даже не упоминается). Лотар Мейер писал, что после его ознакомления с брошюрой Каниццаро «словно спала пелена, которой были закрыты глаза». Это испытывали многие, но они не спешили в этом признаться…