РЕФОРМЫ ЖЕРАРА И ЛОРАНА.
УНИТАРНАЯ ТЕОРИЯ
Ш. ЖЕРАР И ЕГО «ЭКВИВАЛЕНТЫ»
В начале 40-х гг. электрохимическую теорию Берцелиуса большинство химиков не признавали. Однако вместо нее не было предложено какой-либо другой общей теории. В связи с этим наступил период разочарования, многие ученые стали считать невозможным создание общих представлений, которые бы охватывали всю химию, подобно электрохимической системе. В то же самое время они встречали скептически появление новых научных концепций по отдельным частным вопросам. Поэтому ни одна из них не получала общего признания и быстро сходила со сцены. И все же некоторые из предлагавшихся теорий, как оказалось в дальнейшем, содержали в себе ценные элементы обобщений. Особенно большое значение принадлежит теоретическим идеям Ш. Жерара и О. Лорана.
Шарль Фредерик iЖерар (1816— 1856) — французский химик, получил начальное химическое образование в Карлсруэ и Лейпциге. В 1834 г. он работал на фабрике белил в Страсбурге, принадлежавшей его отцу. В 1836 г. он некоторое время вел исследования в Гиссенской лаборатории Ю. Либиха и вновь вернулся в Страсбург. Осенью 1838 г. Ш. Жерар отправился в Париж и работал у Ж. Дюма, посещая лекции в Сорбонне. В 1841 г., получил степень доктора, он занял место профессора в Монпелье, где работал до 1848 г. Здесь Ж. Жерар написал и опубликовал две книги: «Введение в органическую химию» и «Введение в изучение химии по унитарной системе».
В 1843 г. Ш. Жерар познакомился с О. Лораном, и с этого времени началась их исключительно плодотворная совместная работа, прервавшаяся смертью О. Лорана. С 1845 г. Ш. Жерар и О. Лоран издавали обзорный журнал «Отчеты, о работах по химии» (в противовес «Годичным обзорам по химии» Я. Берцелиуса). В 1848 г. Ш. Жерар снова в Париже, где он принимает участие в революционных выступлениях. Он хотел найти здесь подходящее место для работы, но Ж. Дюма всячески противодействовал Ш. Жерару и его другу О. Лорану. Несмотря на неудачи и тяжелое материальное положение, Ш. Жерар продолжал напряженную исследовательскую работу совместно с О. Лораном.
Идеи Жерара и Лорана о конституции органических соединений подвергались жесточайшей критике, особенно со стороны Я. Берцелиуса, Ю. Либиха и Ж. Дюма. Только после 1855 г. они приобрели некоторую популярность, главным образом среди молодых химиков. Ш. Жерар переехал в Страсбург, заняв здесь кафедру химии. Его материальное и общественное положение улучшилось. Он был избран членом-корреспондентом Парижской академии и Лондонского химического общества.
Деятельность Ш. Жерара неотделима от деятельности О. Лорана. Они как-бы дополняли друг друга. «Лоран был силен своим аналитическим гением и способностью классифицировать явления, Ш. Жерар же в высшей степени обладал гением обобщения»
Первые выступления Ш. Жерара по основным проблемам органической химии относятся к началу 40-х гг., когда электрохимическая теория фактически уже потеряла свое значение. Ее применяли только в неорганической химии. В это время
Новые атомные массы Ш. Жерара (1843) в большинстве случаев совпадали с атомными массами Я- Берцелиуса. Но несмотря на это, Я-.Берцелиус характеризовал принципы Ш. Жерара как бессмыслицу и даже не нашел нужным упомянуть о них в своем журнале «Годичные очерки».
КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ (ПО ЖЕРАРУ]
За три года до выступления в Парижской академии наук Ш. Жерар опубликовал работу, в которой излагал теорию остатков. В основе этой теории лежала мысль, что с принятием унитарной системы (противопоставленной дуалистической) полностью отвергается само существование радикалов как органических атомов. Между тем понятие «радикал», если его лишить значения, придававшегося ему электрохимической теорией, оказывается существенным для понимания химических процессов.
Теория остатков отвергает объяснение образования органических соединений из двух электрически противоположно заряженных частей. По Жерару, при взаимодействии двух органических веществ всегда получается простое неорганическое соединение, например вода. Одновременно оставшиеся комплексы атомов обоих веществ — остатки соединяются друг с другом, так как не могут существовать в свободном виде. Так, при реакции взаимодействия бензола с азотной кислотой:
С6н6+hono2=н2о+c6h5no2
выделяются атомы водорода и кислорода, образующие воду. Остатки же обоих веществ соединяются, образуя нитробензол — парное вещество. В отличие от сторонников теории радикалов Ш. Жерар не считал остатки (те же радикалы) атомами органических веществ, а лишь мнимыми образованиями, которые не могут существовать в свободном виде. Теория остатков представляла собой важную часть системы новой химии, которую Ш. Жерар разрабатывал. Эта система, по мнению ученого, должна была дать основу для рациональной классификации органических веществ. Ш. Жерар был противником теории радикалов, поэтому решительно отказался принять в качестве основы классификации рациональные (дуалистические) формулы. При этом он считал невозможным установить строение органического сложного атома. В дальнейшем он утверждал, что можно знать точно лишь прошлое и будущее вещества (его состав до и после реакции).
Принцип классификации органических веществ Ш. Жерар определил своеобразным выражением — «лестница сгорания». Верхние ступени такой лестницы заняты наиболее сложными веществами. На более низких ступенях размещены вещества, полученные из наиболее сложных путем сгорания, т. е. отнятия
углерода и водорода в виде воды и углекислого газа. Каждая ступень лестницы соответствует соединениям с различным числом атомов углерода в убывающем порядке. Соединения с одинаковым числом атомов углерода, помещенные на каждой ступени, Ш. Жерар назвал «семействами» (фамилиями). Оказалось, что в одних и тех же семействах объединены вещества с различными химическими свойствами, например этиловый эфир и масляная кислота оказались на одной ступени.
Такая классификация веществ, однако, дала возможность увидеть на разных ступенях лестницы вещества с одинаковыми ' свойствами, т. ё. установить гомологические ряды. Идея гомологии в то время не была уже совершенно новой. В 1842 г. Якоб Шиль высказал идею, что радикалы алкоголей (он был сторонником теории радикалов) образуют правильный ряд, каждый из членов которого отличается на группу C2H2(R) (при С = 6):
Через некоторое время Ж. Дюма показал, что подобный ряд образуют жирные кислоты. Исходя из маргариновой кислоты С34Н68О2, отнимая у нее эквивалент С2Н2(СН2), Ж. Дюма получил формулы жирных кислот (до муравьиной кислоты).
Заслуга Ш. Жерара состоит в том, что он обобщил эти отдельные факты и на основе «лестницы сгорания» установил (1843) существование гомологических рядов1. Несколько позднее он ввел понятие «гетерологические ряды», в которых объединяли вещества, получающиеся друг из друга путем замещения, например этиловый спирт, хлористый этил, этиламин, уксусная кислота и т. д. Изологическими соединениями он считал вещества, входящие в различные гетерологические ряды, но обладающие одинаковыми химическими свойствами. Классификация Ш. Жерара позволила предсказать существование многих неизвестных еще веществ, которые действительно в дальнейшем были открыты. Эта классификация, усовершенствованная совместно с О. Лораном, внесла определенный порядок в органическую химию, которую Ф. Вёлер в одном из писем к Я. Берцелиусу характеризовал как дремучий лес.
РАЗВИТИЕ Л. ЛОРАНОМ ИДЕЙ ЖЕРАРА
- Пожалуй, только лишь один О. Лоран мог.правильно понять и оценить значение новых идей Ш. Жерара в то время. Однако О, Лоран не принял безоговорочно всех утверждений Ш. Жерара. В 1845—1846 гг. он критиковал мысль Ш. Жерара о равнозначности понятий «атом», «молекула» и «объем». Он указывал, что не все простые вещества могут считаться эквивалентными друг другу. Так, существует эквивалентность между кислородом, серой, селеном и теллуром. Эквивалентны между собой водород, хлор, бром и некоторые металлы. Но представители обеих групп не равнозначны друг другу. Позднее он дал определение понятия «эквивалент»: эквивалент — это количество простого вещества, которое при замещении другого простого вещества играет его роль.
О. Лоран критиковал классификацию Ш. Жерара. Он советовал ему придерживаться гомологии и теории типов. Критике подвергся и «объемный принцип» сравнения органических, веществ. Очевидно мысль о связи между атомами и объемами занимала О. Лорана и раньше. В начале 1845 г. он предложил при изображении химических реакций уравнениями пользоваться обозначениями половинных объемов эквивалентов простых тел (например, V2H, У2С1, V22HO и т. д.). В сентябре 1845 г. он пришел к выводу о существовании молекул простых тел. Водород, хлор, азот, металлы, по его мнению, имеют двухатомные молекулы.
В конце 1846 г. О. Лоран выступил е новой статьей, в которой обобщались его прежние выводы. Он предложил выражать состав простых и сложных тел через одинаковые объемы и пришел к формулам газообразных простых тел: для кислорода — 02, для водорода — Н2, для хлора — С12 (при условии, если принять их формулы двухобъемными). О. Лоран допускал, что молекулы таких простых веществ при реакциях делятся на две части, .которые он называл атомами. Их взаимодействие он рассматривал по следующей схеме:
(НН) +|(С1С1) = (НС1) + (НС1)
Двухатомным составом молекул О. Лоран объяснял и повышенную активность веществ в момент распада на атомы.
Выводы О. Лорана, принятые Ш. Жераром, сделали систему новой химии Ш. Жерара более совершенной и последовательной.
УНИТАРНАЯ СИСТЕМА И ЕЕ ОЦЕНКА ХИМИКАМИ
В 1848 г. вышла небольшая книга Ш. Жерара — «Введение в изучение химии по унитарной системе»'. В ней последовательно изложены новые теоретические представления. В противовес электрохимической дуалистической системе Берцелиуса Ш. Жерар рассматривал вещества как унитарные образования (цельные, неделимые). Важнейшим положением книги следует признать четкое разграничение понятий «атом», «молекула», «эквивалент» (Ш. Жерар называл атомные веса пропорциональными числами, а молекулы иногда обозначал словом «частица»).
Он писал: «Важно установить различие между словами атом и частица, потому что их часто смешивают в, сочинениях по химии. Атом неделим, но он и не существует в отдельном состоянии; частица есть группа атомов, держащихся вместе притяжением материи. Эта группа делима нашими химическими, и механическими средствами, но только до известной степени; частица должна состоять по меньшей мере из двух атомов»1.
Понятие об-эквиваленте у Ш. Жерара также строго и определенно. Он указывает, что некоторые простые тела, в частности металлы, имеют несколько эквивалентов. Отсюда следует, что эквивалентные веса (массы) нельзя применять вместо атомных весов (масс).
Новые представления Ш. Жерара и О. Лорана были встречены ведущими химиками враждебно. Я. Берцелиус, Ю. Либих и некоторые другие ученые искали в теоретических взглядах Ш. Жерара и О. Лорана слабые места и, основываясь на замечаниях частного характера, пытались опорочить всю новую систему химии. Я. Берцелиус, электрохимическая - теория которого подверглась разгрому, систематически выступал против О. Лорана и Ш. Жерара, обвиняя их в полном искажении научных доктрин, в стремлении поколебать фундаментальные основы химии, доведя их до абсурда. Подобные же обвинения высказывал и Ю. Либих. Однако в своей критике он руководствовался в данном случае не столько научными интересами, сколько личным самолюбием. О. Лоран и Ш. Жерар осмелились исправить-некоторые формулы, предложенные Ю. Либихом, показали, что открытый им меллон не является индивидуальным веществом. Критика Ю. Либиха была полна нападок, высказанных к тому же в оскорбительной форме. Такая критика вызвала даже возмущение у Я. Берцелиуса. Ознакомившись с ответом О. Лорана и Ш. Жерара Ю. Либиху, Берцелиус заметил: «Жаль, что Жерар и Лоран не обругали в письме Ю. Либиха еще более сильно; ибо теперь, как это ни больно, они одерживают над ним верх. Этого я не желаю по крайней мере Жерару»1 2.
Прошло не более десяти лет со времени появления основных сочинений Ш. Жерара и О. Лорана, как их идеи были признаны большей частью химиков. Признание началось с сочувственных выступлений молодых химиков (среди которых можно назвать Ф. Малагути1 и О. Кагура1 2). Е*це при жизни Я. Берцелиуса Ф. Малагути писал Ш. Жерару: «Пусть кричат, а Вы — счастливый вам путь! Я убежден, что \те, которые осуждают вашу оппозицию Берцелиусу, разделяют в действительности ваши воззрения, но они не решаются признаться в этом. Кто сгибал спину 30 лет, тот «е может выпрямиться»3.
Сам Ш. Жерар был уверен в справедливости своих взглядов. Он предвидел эту победу, правда, лишь через тридцать лет. Полное признание идей Ш. Жерара и О. Лорана пришло в результате новых крупных открытий, подтвердивших их справедливость. Дальнейшее развитие теоретических представлений в химии происходило на основе атомно-молекулярного учения, основа которого была заложена работами ученых-друзей Ш. Жерара и О. Лорана.
