Пути развития химии. Том 2. От начала промышленной революции до первой четверти XX века - [20]

Теория ядер и теория типов

В 40-50-е годы XIX в. появилось множество гипотез, авторы которых пытались классифицировать все возрастающее количество органических соединений и объяснить реакции замещения. После открытия реакций замещения большинство химиков отказались от теории радикалов, в основе которой лежало положение о неизменности радикалов.

Группы атомов, свойства которых при замене водорода на другие элементы изменяются не очень значительно, Дюма назвал типами (см. выше). В 1836 г. французский химик Огюст Лоран сформулировал теорию ядер. Он различал "основные ядра" (состоящие из углерода и водорода), которые в какой-то мере соответствовали более раннему понятию "радикалов", и "производные ядра", которые можно получать из "основных" при замене водорода на другие атомы или группы атомов.

В 1853 г. Шарль Жерар, соотечественник Лорана, сформулировал свою (так называемую новую) теорию типов, согласно которой все органические соединения следует сопоставлять с одним из четырех основных типов молекул: Н₂, НСI, Н₂О и NH₃. Эта теория вследствие ее формального характера была подвергнута критике со стороны Э. Франкленда и Г. Кольбе[52], которые тоже пытались найти реальные типы всех органических соединений путем доказательства истинного строения органических веществ.

Кольбе вновь обратился к теории радикалов Берцелиуса и пытался обосновать ее на основе новых открытий. Он хотел, чтобы теоретические представления отражали свойства реальных веществ. Кольбе трудился упорно, сопоставляя свои идеи с результатами новых исследований. Очень важными для него оказались работы Франкленда, посвященные исследованию состава и свойств органических соединений азота, фосфора, мышьяка и сурьмы, а также металлоорга-нических соединений[53]. В работе "Об естественной связи между органическими и неорганическими соединениями" (1860 г.) Кольбе писал: "Химические органические тела всегда являются продолжением неорганических соединений и возникают из последних непосредственно путем изумительно простого процесса замещения" [82]. Таким образом, Кольбе пытался рассматривать органические соединения как производные неорганических. При этом угольную кислоту ученый считал основным исходным веществом — "типом" органических кислот. Из нее путем замещения кислорода на водород или алкильный остаток получались спирты, карбоновые кислоты, альдегиды и углеводороды. Многоосновные кислоты, как и многоатомные спирты, Кольбе "получал" таким образом соответственно из двух или трех молекул угольной кислоты. Подобным же образом как производные неорганических веществ Кольбе рассматривал сульфокислоты, сульфоны, фосфорные и мышьяковые кислоты, амины, амиды и металлоорга-нические соединения. Пользуясь этой теорией, он пытался не только объяснить известные факты, но и предсказывать новые. Кольбе писал: "Нам кажется, что подобным же образом и в спиртах происходит замещение одного или двух атомов водорода на равное число метильных, этильных или других замещающих групп и в результате образуется новый ряд спиртов... И хотя до сих пор ни один из этих спиртов еще не получен, все равно я совершенно твердо убежден, что стоит только экспериментаторам начать работать в этом направлении, как очень быстро произойдет открытие таких спиртов".

В 1862 г., через три года после этого предсказания, которое в то время в органической химии представляло собой исключительный случай, Ш. Фридель (1832-1882) синтезировал пропиловый спирт, а в 1864 г. А. Бутлеров (1828-1886) получил бутиловый спирт[54]. Предсказания Кольбе подтвердились также при изучении химических свойств спиртов (главным образом при их окислении).

Теоретические воззрения Кольбе не раз оказывались чрезвычайно плодотворными, в частности при предсказании характера изомерии насыщенных (жирных) кислот. Например, в 1864 г. он предсказал существование изомасляной кислоты, которая была получена год спустя одновременно Э. Эрленмейером (1825-1909) и В. В. Марковниковым[55] (1838-1904).

Эти успехи утвердили Кольбе в правильности его теоретических представлений о составе органических соединений. Поэтому он резко выступал против взглядов Арчибальда Купера, Августа Кекуле, Александра Михайловича Бутлерова, Эмиля Эрленмейера и Иозефа Лошмидта, работы которых и привели в 60-е годы к созданию структурной химии[56].

Атом — молекула — валентность

В 40-50-е годы XIX в. вследствие быстро возрастающего количества новых данных все более настоятельным становилось выяснение понятий "атом" и "эквивалент", которые химики постоянно путали друг с другом.

Результаты проводившихся анализов веществ давали представление только о соединительных весах (эквивалентах) элементов, а для расчета их атомных весов не хватало точности существующих тогда методов. Поэтому многие химики, например Леопольд Гмелин, еще долгое время пользовались только понятием соединительных весов [34]. Например, на том основании, что в воде на одну весовую часть водорода приходится восемь весовых частей кислорода, считалось, что (эквивалентная) формула воды имеет вид НО₂.

В 1842 г. Ш. Жерар установил, что количество вещества (воды, диоксида углерода и т. д.), выделяющегося в ходе органических реакций, не всегда соответствует одному эквиваленту, а является величиной, кратной этому значению. Под влиянием этих и аналогичных наблюдений О. Лоран вновь обратился к представлениям Авогадро и Ампера, которые различали понятия об атоме и молекуле и называли наименьшие частицы газа не атомом, а молекулой