Теоретики и практики (продолжение)

Вакцинация в клинике Пастера

Изобретатель аспирина

Шарль Фредерик Жерар родился в Страсбурге летом 1816 года. Точнее, лета в том году не было, а были аномальные холода, гибель урожая и, как следствие, массовый голод, особенно, в соседней Германии, до которой совсем рукой подать (точнее, Рейн переплыть). Тем не менее, несмотря на все эти ужасы, никто в семье Шарля (кстати, весьма состоятельной: Жерар-старший владел химическим заводом) не пострадал.

Первоначальное образование Шарль получил в протестантской семинарии родного города, затем окончил Политехническое училище в немецком Карлсруэ. Затем последовал неожиданный «кунштюк» — вместо продолжения учебы юный Шарль сбежал из отчего дома… в армию — поступил на службу в уланский полк. Вскоре Жерар разочаровался в кавалерии и сделал окончательный выбор в пользу науки — поступил в Гисенский университет, где в течение трех лет постигал премудрости химии под руководством великого Юстуса Либиха. 

Сорбонна

Получив университетский диплом и защитив в Сорбонне докторскую диссертацию, в 1841 году в возрасте 24 лет Шарль получил звание профессора и кафедру химии в университете Монпелье. Там молодой ученый проработал 7 лет, после чего переехал в Париж, где основал частную химическую лабораторию, где учились и стажировались многие известные ученые, включая великого немецкого химика Фридриха Кекуле. 

В 1855 году Жерар вернулся на родину, став профессором химии и в местной фармацевтической школе, и в знаменитом Страсбургском университете. При этом на университетской кафедре Шарль сменил великого Луи Пастера (кстати, женившегося на дочери ректора). Вскоре Жерар был избран членом Лондонского Королевского общества, но пожать плоды своего международного признания, увы, не успел — умер в августе 1856 года, не дотянув двух дней до своего 40-летия. Вдова Жерара с тремя малолетними осталась без средств существования.

Настоящая и заслуженная слава пришла к Жерару, к сожалению, уже посмертно. В историю науки ученый вошел как создатель теории химических типов, новой химической номенклатуры и новых формул, получивших широкое признание и распространение. Жерар — автор ряда классических работ, посвященных радикалам, анилидам, органическим щелочам, альдегидам, кислотным ангидридам и другим химическим соединениям. Он впервые синтезировал ацетилсалициловую кислоту, более известную под названием «аспирин». Результаты своих исследований ученый изложил в фундаментальном «Трактате об органической химии» (Traité de Chimie Organique).

Все многочисленные химические соединения ученый свел к четырем основным типам — по водороду, хлористо-водородной кислоте, воде и аммиаку. Эта классификация, опровергшая ранее признанную теорию гомологических групп, привела к так называемым рациональным формулам и стала основанием для структурной теории органических веществ, совершившей настоящую революцию в фундаментальных и прикладных химических исследованиях.

Кавалер Большого креста

В отличие от предыдущего персонажа, Луи Пастер был признан при жизни. Более того, в 80-е годы XIX века возникло нечто вроде его культа: открыто говорили и писали о том, что Пастер — величайший гений современной науки, один из трех главных героев Франции, наряду с Наполеоном и Виктором Гюго. Конечно, трудно сравнивать этих людей, но по степени известности ученый точно не уступает императору и писателю — большинство жителей Земли ежедневно пользуется пастеризованной продукцией.

Будущий корифей всех естественных наук родился в рождественские дни 1822 года в бургундском городке Доль (восток Франции) в семье кожевника. Луи получил крепкое классическое образование не в самых престижных, но весьма качественных образовательных учреждениях — частном пансионе Барбэ, колледже Арбуа и Королевском колледже Безансона. 

Первую половину своей научной карьеры Луи, ставший в 26 лет доктором естествоведения и профессором знаменитой Высшей нормальной школы в Париже (Ecole Normale Superieure), посвятил, в основном, химии. В этой сфере молодой ученый достиг больших высот — его классические работы в области строения кристаллов (на примере винной кислоты) и изучения явления поляризации легли в основу новой научной дисциплины — стереохимии. 

Затем научные интересы Пастера сместились в область биохимии — ученый занялся изучением процессов гниения, ферментации и брожения (в том числе, в виноделии и пивоварении). После того, как двое его дочерей в возрасте 9 и 12 лет умерли от тифа, ученый сконцентрировался на деятельности в области биологии, физиологии и медицины, став основоположником микробиологии и эпидемиологии (исследования бактериальной флоры и инфекционных процессов), создателем научных и организационных основ профилактики инфекционных заболеваний и вакцинации против сибирской язвы, холеры и бешенства. Именно эти работы принесли Пастеру заслуженную мировую славу и высшую награду Франции — звание кавалера Большого креста ордена Почетного легиона (Grand Croix de la Legion d’Honneur).

При этом научная деятельность ученого всегда базировалась на прочном химическом фундаменте — более 20 лет Пастер возглавлял лабораторию физиологической химии, а созданный в 1888 году знаменитый Пастеровский институт официально был назван Institut Pasteur Chemie Biologique. Отметим, что институт дал мировой науке 10 нобелевских лауреатов, включая знаменитого Илью Мечникова (премия по физиологии и медицине 1908 года), проработавшего в институте около 30 лет.

Institut Pasteur Chemie Biologique

Умер Луи Пастер в 1895 году в возрасте 73 лет в своем доме в парижском пригороде Вильнев л’Этан, похоронен в склепе Пастеровского института. 

Властелин алюминия

Анри Этьен Сен-Клер Девиль родилсяв1818 году в довольно экзотическом месте — на острове Сент-Томас (в тот период входил в Датскую Вест-Индию; сегодня в составе Виргинского архипелага принадлежит США). В 1843 году Анри окончил Сорбонну (Парижский университет), получил степень доктора медицины, несколько лет занимался научными исследованиями в собственной лаборатории, после чего возглавил кафедру химии и естественнонаучный факультет университета Безансона. В 1851 году ученый был назначен профессором химии Высшей нормальной школ, одновременно читал лекции в своей alma mater. В 1861 году был выбран членом Парижской академии наук, в 1869 — стал иностранным членом-корреспондентом Санкт-Петербургской академии наук. Умер в 1881 году в парижском пригороде Булонь-Бийанкур в возрасте 63 лет.

Широкую международную известность Сен-Клер Девилю принес разработанный им в 1854 году промышленный способ получения алюминия, основанный на вытеснении алюминия из двойного хлорида натрия и алюминия. Спустя два года ученый получил алюминий электролизом расплава хлорида натрия-алюминия. Вскоре после этого Сен-Клер Девиль переключился на драгметаллы — разработал методы очистки сырой платины и выделения ее спутников из платиновых остатков (отметим, что материал и средства для этих опытов предоставило правительство России). В 1872 году ученый по поручению Международной комиссии мер и весов приготовил платино-иридиевый сплав, из которого были изготовлены международные эталоны метра и килограмма.

Университет Безансона

Наибольшая научная заслуга Сен-Клер Девиля — создание теории термической диссоциации (химической реакции обратимого разложения вещества при нагревании), сформулированной в 1857 году на примере разложения водяного пара на кислород и водород. Ученый справедливо связал химическое равновесие с двумя взаимообусловленными процессами — соединением и разложением. Также Сен-Клер Девиль разработал метод закаливания химических реакций (при быстром охлаждении горячей реакционной смеси она застывает).

Исследователь спектра

Густав Кирхгоф родился в 1824 году в Кенигсберге (Восточная Пруссия, ныне — российский Калининград), закончил физико-математический факультет местного университета, затем до конца жизни преподавал в университетах Бреслау (ныне — польский Вроцлав), Гейдельберга и Берлина. В 1862 году был избран членом-корреспондентом Санкт-Петербургской академии наук, в 1875 году — действительным членом Прусской академии наук. Умер в Берлине в 1887 году в возрасте 63 лет. 

Кирхгоф в полном соответствии с полученным  образованием начал свои штудии с физики, математики и механики, занимаясь широким спектром научных задач — электропроводностью, электромагнитной индукцией, теорией деформации, процессами равновесия, движением жидкостей и упругих тел, измерениями массы и силы. 

Затем Кирхгоф переключился на химию и в ходе серии экспериментов в лаборатории Гейдельбергского университета совместно с великим Робертом Бунзеном в 1859 году открыл спектральный анализ — наиболее эффективный метод дистанционного определения химического состава веществ. Вскоре, применяя этот метод, Кирхгоф и Бунзен открыли цезий и рубидий, а англичанин Уильям Крукс — таллий. Затем в ходе изучения физико-химических процессов на Солнце при помощи спектрального анализа был открыт гелий. Что интересно, земной гелий был выявлен только через 27 лет.

Яркий триумф в химии не помешал Кирхгофу на склоне лет вернуться к базовой профессии: он вновь занялся физикой — проблемами оптики, термодинамики паров и растворов, деформацией тел под влиянием электромагнитных сил.

Друг писателя, учитель царя

Николай Николаевич Бекетов родился в первый день 1827 года в семье морского офицера в родовой деревне Бекетовка в окрестностях российской столицы. Учился в 1-й Санкт-Петербургской гимназии, затем поступил в Санкт-Петербургский университет, откуда перевелся в Казанский университет. В 1846 году вместе со своими братьями организовал оппозиционный литературно-философский кружок, куда вошли молодые писатели и поэты, представлявшие цвет российской словесности — Федор Достоевский, Дмитрий Григорович, Аполлон Майков, Алексей Плещеев. Участники кружка жили на одной квартире в складчину, составив «ассоциацию», распавшуюся спустя год, после отъезда Бекетова в Казань. Отметим, что затем Достоевский вступил в более радикальный кружок Петрашевского-Спешнева, где обсуждалась возможность осуществления в России государственного переворота. За это Достоевский в 1849 году был арестован, осужден и приговорен к 4-летней каторге и 5-летней военной службе в пехотном линейном (пограничном) батальоне. 

Но вернемся к Бекетову, который, в отличие от своего гениального друга, «завязал» с политикой и сосредоточился на науке. Окончив Казанский университет, Николай защитил магистерскую диссертацию по химии и вернулся в столицу, где работал лаборантом в Санкт-Петербургском университете. В 1855 году Бекетов получил кафедру химии в Харьковском Императорском университете, где проработал более 30 лет. В сентябре 1860 года ученый вместе со своими великими коллегами Николаем Зининым (учителем Бекетова) и Дмитрием Менделеевым принял участие в знаковом для развития химической науки событии — Первом Международном химическом конгрессе, проходившем в южно-немецком городе Карлсруэ. 

В 1865 году ученый защитил докторскую диссертацию «Исследования над явлениями вытеснения одних металлов другими» и с этого же года впервые в России начал читать специальный курс физической химии на только что организованном по инициативе Бекетова физико-химическом отделении Харьковского университета. 

1880 году Бекетов стал лауреатом Ломоносовской премии. В 1886 году в связи с избранием в Санкт-Петербургскую академию наук ученый переехал в столицу, где возглавил академическую химическую лабораторию, одновременно преподавая на  Высших женских курсах и обучая химии цесаревича Николая Александровича, будущего императора Николая II. Кроме этого, в течение 20 лет ученый читал авторский курс «Основные начала термохимии» в Московском университете. Умер Бекетов в 1911 году в Санкт-Петербурге в почтенном возрасте 84 лет, похоронен на Смоленском кладбище. 

Огромным достижением Бекетова является развитие физической химии как самостоятельной научной и учебной дисциплины. Кроме того, ученый по праву считается одним из основоположников химической динамики. В частности, он открыл вытеснение металлов из соляных растворов водородом под давлением, а также установил, что магний и цинк при высоких температурах вытесняют другие металлы из их солей. Составленный Бекетовым ряд вытеснения металлов соответствует электрохимическому ряду напряжения. Ученый показал, что при высоких температурах алюминий восстанавливает металлы из их оксидов (эти опыты послужили отправной точкой для возникновения алюминотермии). 

Бекетов впервые выделил безводные оксиды щелочных металлов и описал их свойства, получил из оксидов рубидий (восстановление алюминием) и цезий (восстановление водородом). Воздействуя на металлы галогенами, ученый произвел расчет теплоты образования галоидов металлов и исследовал обмен галоидных солей в расплаве. Эти опыты Бекетов провел совместно с сыном Владимиром. 

В 1908 году, уже на девятом десятке, ученый опубликовал статью «Об энергии элементов», где впервые выдвинул визионерскую идею о возможности расщепления атомов для выделения атомной энергии. 

Великий скептик

Пьер Эжен Марселен Бертло родился в 1827 году в Париже в семье врача, что обусловило выбор вуза — медицинский факультет Сорбонны (Парижского университета). Окончив университет в 1849 году, Марселен работал в химической лаборатории Теофиля-Жюля Пелуза,  затем преподавал в одном из старейших вузов Европы, знаменитом College de France (кстати, параллельно с Адамом Мицкевичем) и в Высшей фармацевтической школе в Париже. Отметим, что впоследствии площадь, на которой находится College de France, давший миру 9 нобелевских лауреатов, названа именем Бертло.

College de France

В 1873 году Марселен был избран членом Парижской академии наук, а спустя 16 лет — ее непременным секретарем. В этот же период маститый ученый стал иностранным членом-корреспондентом Санкт-Петербургской академии наук и кавалером Большого креста ордена Почетного легиона. Начиная с 1876 года, в течение 20 лет Бертло, не бросая науку, находился на госслужбе — был генеральным инспектором высшего образования, министром народного просвещения и изящных искусств, министром иностранных дел. 

Ученый умер в 1907 году в Париже в возрасте 79 лет, похоронен в Пантеоне вместе с женой, умершей через несколько часов. Таким образом Софи Бертло стала первой и единственной женщиной, похороненной в самом престижном некрополе Франции в связи с заслугами своего супруга. Отметим, что чета Бертло была счастливой и многодетной — у них было 6 детей, которые, как и их отец, выбрали научную и политико-дипломатическую стезю. 

Бертло — крупнейший химик-органик, один из основоположников термохимии и химической кинетики. На протяжении почти 60-летней научной деятельности ученый выделил многие простейшие углеводороды (метан, этилен, ацетилен, бензол, и т.д.), а затем на их основе синтезировал более сложные соединения, включая спирты, жирные кислоты, аналоги природных жиров и сложные эфиры. Принципиальное значение для науки и технологии имел осуществленный Бертло синтез этилового спирта — базового сырья химической индустрии — гидратированием этилена в присутствии серной кислоты. Ученый провел обширные калориметрические исследования, приведшие, в частности, к изобретению в 1881 году «калориметрической бомбы», ввел базовые понятия «экзотермическая реакция» и «эндотермическая реакция». Бертло сформулировал принцип максимальной работы (принцип Бертло—Томсена), согласно которому самопроизвольные процессы в термодинамических системах (энтропия) протекают в направлении наибольшего теплообразования. Кроме этого, ученый заложил основу для изучения терпенов и внес значительный вклад в развитие агрохимии. 

Бертло также был и одним из крупнейших историков химии — автором научной биографии Лавуазье  «Революция в химии» и фундаментального труда «Происхождение алхимии», а также публикатором обширных собраний древнегреческих, арабских и европейских алхимических рукописей с переводами и комментариями. 

Выдающийся термохимик и автор многих базовых синтезов, Бертло, увы, длительное время «плавал» в фундаментальных вопросах, последовательно отрицая атомно-молекулярную теорию, теорию химического строения и валентности, периодический закон, теорию электролитической диссоциации. Однако, будучи великим ученым, он в итоге признал свою неправоту, отметив: «Главная обязанность ученого состоит не в отстаивании непогрешимости своего мнения, а в готовности отказаться от недоказанного воззрения и ошибочного опыта». 

Силач и пчеловод

Александр Михайлович Бутлеров родился в 1828 году в Чистополе Казанской губернии в семье помещика, офицера в отставке. Окончил престижную 1-ю Казанскую гимназию и естественнонаучный факультет Казанского университета. Дипломную работу защитил по теме «Дневные бабочки волго-уральской фауны», после чего был оставлен при университете «для преподавания и подготовки к профессорскому званию». В 1851 году защитил магистерскую диссертацию по окислению органических соединений, а спустя три года — докторскую, по эфирным маслам. Был назначен профессором химии, а затем ректором Казанского университета. В 1868 году стал лауреатом Ломоносовской премии и переехал в столицу, став профессором химии Санкт-Петербургского университета. В 1874 году избран ординарным академиком Санкт-Петербургской академии наук и вскоре стал преемником Николая Зинина на посту председателя Русского химического общества. Умер в 1886 году в возрасте 57 лет в родовой деревне Бутлеровка Казанской губернии.

Главной заслугой ученого считается создание мощной русской химической школы, сконцентрированной в трех университетских городах — Санкт-Петербурге, Москве и Казани. Среди многочисленных учеников Бутлерова — выдающиеся химики В.В. Марковников, А.Н. Попов, А.М. Зайцев, В.Е. Тищенко, А.Е. Фаворский, М.Д. Львов, И.Л. Кондаков, Е.Е. Вагнер, Д.П. Коновалов, Ф.М. Флавицкий, А.И. Базаров, А.А. Кракау, А.П. Эльтеков и другие видные ученые.

Бутлеров открыл новые способы получения йодистого метилена и его многочисленных производных, впервые синтезировал гексаметилентетрамин (уротропин) и тример формальдегида (триоксиметилен). В 1861 году на съезде немецких естествоиспытателей Бутлеров впервые развернуто изложил теорию химического строения веществ (валентности). Основу этой теории ученый сформулировал так: «Химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением». 

Опираясь на теорию химического строения, Бутлеров немедленно перешел к практике — в частности, начал систематические исследования полимеризации. Кроме того, ученый впервые объяснил явление изомерии (изомеры — соединения, обладающие одинаковым элементным составом, но различным строением). 

Бутлеров был поборником высшего образования для женщин — он активно участвовал в учреждении Высших женских курсов, организовал химические лаборатории при этих курсах. 

Помимо химии, ученый много внимания уделял практическим вопросам сельского хозяйства — садоводству, пчеловодству, культивированию субтропических культур (чая). Бутлеров был основателем и первым главным редактором «Русского пчеловодного листка», организатором Русского общества акклиматизации животных и растений. Написанная ученым книга «Пчела, ее жизнь и главные правила толкового пчеловодства» выдержала несколько десятков переизданий, в том числе, и в советское время. Кроме того, в легенды вошла недюжинная физическая сила Бутлерова, который, например, мог согнуть кочергу в колесо.

Сон про дракона

Фридрих Август Кекуле фон Штрадониц родился в 1829 году в средне-немецком Дармштадте в семье чиновника. По окончании местной гимназии Фридрих начал изучать архитектуру в Гисенском университете, но, прослушав курс лекций Юстуса Либиха, заинтересовался химией. После окончания университета Кекуле уехал в Париж, где занимался химией у ведущих французских ученых Жана Батиста Дюма,  Шарля Вюрца и Шарля Жерара. Затем, поработав в различных учебных центрах Швейцарии (Райхенау), Англии (Лондон), Германии (Гейдельберг) и Бельгии (Гент), ученый осел в Бонне, где более 30 лет, до конца жизни, преподавал химию в Боннском университете и некоторое время был ректором этого вуза. Умер Кекуле в 1896 году в Бонне в возрасте 66 лет.

Кекуле всемирно прославился созданием теорией валентности и крайне успешным ее применением к органическим веществам. Впервые основные постулаты этой теории ученый сформулировал в 1854 году, в возрасте 25 лет. В 1867 году Кекуле ввел в научный обиход термин «валентность». Ученый предложил разделить химические элементы на группы: одно-, двух- и трехвалентные, а углерод определил как четырехвалентный. Валентность, как и атомный вес, Кекуле считал фундаментальным, постоянным и неизменяемым свойством атомов. В 1858 году ученый указал на способность атомов углерода при насыщении своих «единиц сродства» образовывать цепи (эффект катенации). Этот тезис о соединении атомов в цепи с образованием молекул лег в основу теории химического строения Бутлерова.

Как и большинство великих химиков-теоретиков, ученый сделал и множество важных экспериментальных открытий — например, впервые получил тиоуксусную и гликолевую кислоту, синтезировал трифенилметан и антрахинон, а также различные производные бензола. Кроме того, Кекуле весьма продуктивно занимался исследованиями ненасыщенных кислот и синтетических красителей. В 1865 году Кекуле предложил знаменитую структурную формулу бензола, имеющую вид правильного шестиугольника — на эту тему существует популярный апокриф о том, что идея пришла ученому во сне, когда он увидел дракона, кусающего себя за хвост.  

Ученый был президентом Немецкого химического общества, организатором международных конгрессов химиков, выдающимся педагогом, автором классического трехтомного учебника органической химии. Многие ученики Кекуле стали выдающимися учеными — среди них можно особо отметить нобелевских лауреатов Якоба Вант-Гоффа, Адольфа фон Байера и Германа Фишера, о которых рассказ впереди. В честь Кекуле назван синтезированный в 1978 году кекулен — углеводород, состоящий из 12 соединенных бензольных колец в форме макроциклического шестиугольника. 

Григорий Волчек