Карнавал молекул. Химия необычная и забавная

Нобелевскую премию по химии Дан Шехтман из Израильского технологического института в г. Хайфа получил в 2011 г. за открытие квазикристаллов. В отличие от многих, премированная работа не представляет собой результат многолетних масштабных и планомерных исследований. Напротив, это истинное открытие, неожиданное и в определенной степени случайное, которое потребовало пересмотра многих устоявшихся понятий и драматически сказалось на судьбе ученого.

Трудная судьба открытий

Многие, знакомясь с необычными результатами, употребляют выражения «это невозможно» или «это абсурд», не утруждая себя какими-либо серьезными обоснованиями. Как правило, невозможным объявляют то, что выходит за рамки привычного, при этом критики чаще всего не рассматривают ту цепочку экспериментов и рассуждений, которая привела автора к новым взглядам.

Судьбы многих открытий или смелых гипотез достаточно похожи. На первом этапе все объявляется вздором либо потому, что непривычно или автор чересчур молод, либо потому, что «такого вообще не может быть». Но со временем начинают признавать, что все это истинно, но ничего нового нет, все было известно до автора теории или открытия. Иногда говорят, что это и так очевидно. Лишь спустя долгое время современники, а чаще уже потомки признают заслуги ученого.

На результаты новых открытий часто нападают с жесткой критикой, причем не всегда заслуженно, однако сомнения и придирчивый анализ – необходимый инструмент развития науки.

Серьезные испытания выпали на долю крупнейшего немецкого химика Ю. Либиха. Анализируя золу сожженных растений, он установил, что в ее состав входят калий, фосфор, кальций и другие элементы. Рассуждения Либиха были просты и логичны: единственный источник этих элементов для растения – почва, которая постепенно обедняется после многократно собранных и увезенных с полей урожаев. Следовательно, нужные элементы необходимо добавлять в почву для увеличения ее плодородия. Основные принципы он изложил в книге «Органическая химия в приложении к земледелию и физиологии» (1840). Истины, которые нам кажутся совершенно очевидными, вызвали в те годы у ряда ученых резкий протест и возмущение. Книгу называли бесстыдной и бессмысленной. В конечном итоге история химии ко всем многочисленным заслугам Либиха причислила также создание им новой науки – агрохимии.

В основе теории строения органических соединений, созданной А.М. Бутлеровым в 1861 г., лежит простая, с точки зрения современного читателя, мысль: свойства соединения определяются не только его составом – набором химических элементов, но и тем, в каком порядке они связаны друг с другом. Несколько лет А.М. Бутлерову, создавшему эту теорию, приходилось отбиваться от нападок. Долгие годы ее не признавали авторитетнейшие химики Кольбе и Бертло, резко против выступили Н.А. Меншуткин и даже Д.И. Менделеев (по предложению которого Бутлеров в свое время был избран профессором химии).

В 1874 г. голландский химик Вант-Гофф выпустил в свет работу «Химия в пространстве», где предложил изображать некоторые молекулы не в плоскости, а в пространстве, расположив, например, четырехзамещенный атом углерода в центре мысленного тетраэдра. Это объясняло обнаруженный ранее факт существования оптической изомерии и, по сути, открывало новую главу в химической науке – стереохимию. На автора обрушился известный химик Г. Кольбе, опубликовавший в авторитетном научном журнале статью, в которой назвал Вант-Гоффа фантазером, взобравшимся на крылатого Пегаса взамен того, чтобы заниматься точными исследованиями. Резко критиковали новую теорию М. Бертло и многие другие крупные химики. Постепенно взгляды Вант-Гоффа завоевывали все больше сторонников, после чего некоторые стали отмечать, что в них нет особой новизны, так как похожие воззрения высказывали несколько раньше Л. Пастер, А. Кекуле и Ж. Ле Бель.

В 1894 г. английские химики Д. Рэлей и У. Рамзай сообщили об открытии ими нового химического элемента – инертного газа аргон с молекулярной массой 40. Методы, с помощью которых аргон был выделен из воздуха, надежно подтверждали его высокую химическую инертность. Инертные газы до этого момента не были известны, и потому периодическая система еще не содержала соответствующую им нулевую группу (позже ее объединили с VIII группой). Для аргона не оказалось места в таблице, и Д.И. Менделеев предположил, что открыта новая устойчивая форма азота в виде трехатомной молекулы N₃, масса которой близка к 40. Не подтвердил открытие и известный французский химик Бертло, которому Рамзай послал для проверки образцы полученного аргона. Трудно поверить, что химик столь высокого класса мог допустить такую ошибку и не понять, что держит в руках новый элемент. Скептицизм Менделеева и Бертло вполне понятен, скорее всего, они находились в плену убеждения, что невозможно выделить новый химический элемент из воздуха, который к тому времени, как казалось, был хорошо изучен. В конечном итоге открытие инертных газов было отмечено в 1904 г. Нобелевской премией.