Тщательно отполированная стальная пластинка — разве что зеркало может соревноваться с ней своей гладкой и однородной поверхностью. Но так казалось лишь невооруженному исследовательскому оку. Стоило нацелить на поверхность металла зоркий зрачок микроскопа, как картина тотчас менялась. Сразу бросались в глаза неровности, шероховатости, следы непонятных вкраплений. Еще резче проявлялась неоднородность структуры у шлифа — пластинки, подвергнутой специальной химической обработке, например травлению кислотой. Металлография, зародившаяся в дымной атмосфере сталелитейных заводов, помогала решать многие насущные технологические вопросы. Но еще больше вопросов она ставила — и не только перед химией. Перед физикой тоже.
Что представляли собой мельчайшие ячейки в стальном шлифе? Их было много; одни посветлее, другие потемнее, они напоминали смесь разнородных кристалликов. Крупинки углерода вперемешку с зернами железа? Или нет? Если нет, тогда что?
В 1893 году мир облетела сенсация. Изобретатель электрической печи Муассан сообщал, что ему удалось получить искусственные алмазы. Он добавлял к расплавленному железу графит и быстро охлаждал полученную массу. Чугун, как известно, расширяется при охлаждении. Образовавшаяся на поверхности плотная корка стискивала раскаленное месиво. Растворяя в кислотах застывший сплав, Муассан обнаружил крохотные кристаллики, напоминавшие алмазы своим видом и твердостью.
Первым усомнился в справедливости выводов Муассана русский минералог П. Н. Чирвинский. Он направил в «Бюллетень французского химического общества» свое опровержение: Муассан получил вовсе не алмазы! То были карбиды — соединения металла с углеродом. Где там! Редакция отклонила работу Чирвинского. Мотив: нежелание огорчать председателя общества. Еще бы, ведь президентское кресло занимал сам Муассан…
Другой журнал, нью-йоркский, проявил не меньшую щепетильность в вопросах научной этики: «Американцам не к лицу критиковать Муассана». Деликатность или мракобесие? Как бы то ни было, Муассан вошел в историю как создатель искусственных алмазов. А наука еще долгие годы оставалась в неведении: какие явления сопутствуют плавлению и отвердеванию черных и цветных металлов? Что представляют собой сплавы — смеси элементов или химические соединения?
Что же придавало податливому тягучему железу то упругую несокрушимость булатного клинка, то хрупкую твердость чугунной статуэтки? Химические соединения углерода с железом — карбиды? Но почему тогда сплав имел мелкокристаллическую структуру? Или сетчатая структура шлифа — смесь элементов? Одно зернышко железное, а другое… алмазное? А может, из графита? Или сажи? Ведь свободный углерод встречается в природе в виде трех аллотропных видоизменений!
И не один углерод.
В 1912 году в снегах Антарктиды были найдены дневники капитана Скотта, погибшего вместе с товарищами на обратном пути от Южного полюса. Страницы, исписанные неверным почерком умирающего, поведали людям трагическую историю мужественных первопроходцев ледяного континента. Отлично снаряженная экспедиция потерпела неудачу потому, что ни с того ни с сего вдруг распаялись металлические резервуары с керосином, лишив людей тепла и горячей пищи.
Ни с того ни с сего? Ой ли! Нет, у всякого физического явления есть свои причины.
При температурах ниже 13 градусов с оловом может стрястись несчастье: металл заболевает. Обыкновенное белое олово с удельным весом 7,3 переходит в свою аллотропную модификацию — серый кристаллический порошок удельного веса 5,7. Из-за разницы в плотностях объем металла увеличивается на четверть. Понятно, что при таких метаморфозах оловянный спай разрушается. Этот недуг металла называется «оловянной чумой».
Странно: металл — и вдруг может заболеть! Интересно (это факт): «здоровое» олово способно по-настоящему заразиться от «чумного».
Первый диагноз «оловянной чумы» был поставлен задолго до того, как экспедиция Скотта отправилась в Антарктиду. Еще в конце XVIII века петербургский академик Петр-Симон Паллас установил, что олово, подобно мифическому Янусу, двулико. Многолики и другие элементы, например сера. Не удивительно ли: перед нами совершенно различные вещества, а изображаются они одним и тем же химическим символом? Добро бы речь шла о разных агрегатных состояниях: твердом, жидком или газообразном. А то ведь и серое олово и белое — оба твердые кристаллические тела!
И оба неразличимы по реакциям в пробирке. Короче, один и тот же химический индивид.
С каждым днем становилось все очевиднее: чисто химических методов недостаточно, чтобы досконально разобраться в природе таких сложных систем, как сплавы, и чтобы отграничить смеси от соединений, чистые вещества от примесей. Нужно было подытожить и обобщить богатейший опыт, накопленный порознь смежными областями знаний, наметить новые пути исследований. Нужен был могучий синтетический ум, чтобы слить в единый сплав разрозненные идеи, сделать смелые, качественно новые теоретические выводы.
Ученого с таким складом ума дала мировой науке Россия.
…2 января 1914 года. Только что отпразднован Новый год. Многим и невдомек, что над миром, как и больше ста лет назад, вновь сгущаются грозовые тучи. Пройдет несколько месяцев — и грудь многострадальной Европы перережут глубокие шрамы окопов. Заброшенные нивы ощетинятся всходами смерти: штыками и колючей проволокой. В воздухе засвистит смертоносный металл, ядовитыми клубами поплывут над землей боевые отравляющие вещества…
И труд многих поколений химиков и металлургов станет орудием кровавых преступлений империализма. Неужели это проклятье будет вечно висеть над наукой?
Тогда еще ни один человек в мире не догадывался, что над зловещим ночным заревом войны займется заря новой жизни, возвещенной залпом «Авроры».
А сегодня ничего не подозревающие ученые и педагоги съехались на свой обычный форум, чтобы обменяться мыслями и опытом, чтобы потолковать о путях развития науки на благо мира и созидания.
Впрочем, форум не совсем обычный. На пригласительных билетах значится: «I Всероссийский съезд преподавателей физики, химии и космографии». Однако знаменательно не то, что на нем впервые собрались вместе представители столь разных наук. Наук, которые в те годы предпочитали идти каждая своей дорогой, не нарушая границ, свято оберегавшихся столетними традициями. Именно здесь, в России, на этом съезде, впервые в мире будут сформулированы революционные идеи, которые сообщат мощный импульс научным исследованиям в совершенно новом направлении.
На кафедру поднимается человек средних лет. У него коротко остриженные волосы и пушистые гренадерские усы. Высокий лоб, проницательные, чуть насмешливые глаза.
— В развитии наук существуют периоды, когда накопление новых данных заставляет внимательно вглядываться в историю прошлого, — начинает он. — При неудержимом движении вперед назревает потребность в критическом рассмотрении главных понятий, составляющих фундамент научного знания.
Аудитория слушает с нарастающим вниманием. Еще не все знают этого скромно одетого человека, имя которого вскоре прогремит на весь мир. Некоторые слушатели еще раз украдкой заглядывают в список докладчиков: «Акад. Н. С. Курнаков. Соединение и химический индивид».
Само собой разумеется, этому докладу предшествовали долголетняя исследовательская работа и многочисленные публикации Курнакова, а также его сподвижников и учеников.
— …для химии беспримерный рост фактического материала, неожиданные открытия новых областей требуют пересмотра наших воззрений на логическую структуру таких понятий, как элемент, соединение, раствор, индивид, которые, казалось бы, установлены с незыблемой прочностью великими основателями нашей науки.
Докладчик вспоминает знаменитый спор между Бертолле и Прустом.
— Установление закона кратных отношений и тесно связанной с ним атомистической теории составляет эпоху в истории химии. До тех пор не делалось принципиального различия между понятиями соединения и однородной смеси. Если же «истинные» соединения обладают постоянным составом, то, конечно, главной задачей химии должно стать их всестороннее изучение. Этим были заранее указаны объекты исследования и определена область развития химии как точной науки на целое столетие вперед.
Пока что выступающий говорит общеизвестные вещи. Но вот педагоги начинают переглядываться и что-то быстро писать в толстых блокнотах.
— Закон постоянных и кратных отношений явился приложением учения о целых числах в химии. Атомистические формулы с целочисленными значениями для атомных долей сделали это приложение необыкновенно простым и наглядным. При таких условиях состав соединений получил совершенно определенное числовое выражение и само понятие о химическом соединении стало понятием математическим.
Между прочим, и математики (Куммер, Минковский) неоднократно подчеркивали тесную связь между учением о составе химических соединений и общей теорией чисел.
Математические операции с целыми числами, за которыми стояли «неделимые» атомы, позволяли проверять и даже предвидеть состав сложных тел. И усилия химиков, направленные на поиски и исследование подобных веществ, увенчались блистательным успехом. Достаточно напомнить, что теперь известно более 300 тысяч веществ, подчиняющихся законам Пруста и Дальтона. Это неминуемо вело ученых к убеждению, что постоянство состава — главный индивидуальный признак, характеризующий истинные объекты химического изучения. Таким телам присвоили звание «химических индивидов». Постепенно термины «соединение» и «индивид» стали равнозначными.
Но если стать на эту классическую точку зрения, то за бортом понятия «индивид» останется масса других веществ, которыми тоже занимается химия! Нет, объектом изучения в химии не могут быть одни лишь соединения постоянного состава. Тогда что же?
Напряжение в аудитории нарастает.