«Чертежи атомных построек»
Язык химических формул имеет огромное значение в науке. Он позволяет кратко и наглядно, в одной строчке изобразить то, что потребовало бы многих страниц для объяснения словами. Изображения эти одинаково понятны химикам всех стран и народов.
В неорганической химии ученые имеют дело с веществами, построенными сравнительно просто; в формулах, как правило, чтобы получить представление о химических особенностях вещества, достаточно отметить количественное соотношение элементов, входящих в соединение (например, формула H2SO4 показывает, что речь идет о серной кислоте).
Не так обстоит дело в органической химии, где, как теперь мы знаем, вещество необходимо характеризовать не только количеством атомов углерода, водорода, кислорода и других элементов, вошедших в молекулу, но и взаимным расположением атомов и тем, каким образом они связаны друг с другом. Формулы, которыми пользуются в неорганической химии, для органической химии недостаточны. Под одинаковой формулой может скрываться несколько разных веществ с совершенно различными свойствами. Диметиловый эфир и этиловый (винный) спирт, например, выразятся одной и той же количественной формулой — С2Н6О.
Такие вещества, одинаковые по составу, но разные по свойствам, называются изомерами.
Первая пара изомеров была открыта в 1823 году. В дальнейшем обнаруживались все новые и новые вещества, одинаковые по составу, но разные по свойствам.
Изомеры — диметиловый эфир и винный спирт. Разное строение молекул этих веществ определяет их различные физические свойства.
В первой половине прошлого столетия химики, изучая сложные тела, узнавали, из каких атомов они состоят и сколько каких атомов входит в состав тела. Это был путь от сложного к простому. Но как построить из простого сложное?
В чем же причина удивительного явления изомерии? Как из атомных «кирпичиков» строятся различные молекулы?
Все эти загадочные вопросы разрешила теория химического строения органических соединений русского ученого Александра Михайловича Бутлерова (1828—1886). Русский химик опроверг взгляды некоторых химиков, писавших в своих трудах о том, что наука никогда не даст ответа на вопрос, каким образом сгруппированы атомы в молекулах.
Теория Бутлерова необычайно расширила власть человечества над природой, она раскрыла тайну строения множества веществ и дала ключ к их синтезу, то есть к искусственному изготовлению сложных органических веществ.
Создатель новой теории показал, как можно выразить формулами химическое строение молекул органического вещества и связь атомов в молекуле.
Два года излагал Бутлеров свою теорию студентам на лекциях в Казанском университете, одновременно проверяя ее опытами в лаборатории.
В феврале 1858 года русский ученый принял участие в заседании Парижского химического общества, на котором выступил с докладом.
Год спустя Бутлеров подверг критике господствовавшее тогда учение Жерара и призывал «идти дальше Жерара».
А. М. Бутлеров докладывает на съезде химиков о своей теории строения вещества.
19 сентября 1861 года Бутлеров выступил на 36-м собрании немецких естествоиспытателей и врачей в Шпейере с докладом «О химическом строении веществ».
В этом докладе он подробно изложил свою теорию.
Он говорил: «Заключение о химическом строении веществ, по всей вероятности, можно всего лучше будет основывать на изучении способов их синтетического образования... С другой стороны, впрочем, и аналитические реакции также могут служить для определения химического строения».
Молекулы соляной кислоты и воды.
На его докладе присутствовали видные химики. Здесь никто из присутствующих не оценил тогда того нового, что внес в науку А. М. Бутлеров своей теорией. После возвращения в Казань Бутлеров в 1863 году печатает статью «О различных способах объяснений некоторых случаев изомерии». В этой статье, критикуя взгляды немецкого ученого А. Кекуле, он писал:
«С мнением Кекуле, что положение атомов в пространстве нельзя представить на плоскости бумаги, едва ли можно согласиться; ведь выражается же положение точек в пространстве математическими формулами, и следует, конечно, надеяться, что законы, которые управляют образованием и существованием химических соединений, найдут свое математическое выражение».
Эти строки показывают нам, как Бутлеров заглядывал вперед, предугадывая и предвещая новую фазу развития химии — стереохимию, которая вскоре действительно была создана.
Изомеры — бутан и изобутан.