С одного из таких писем я и хотел бы начать эту главу. Написано оно А. М. Горьким в 1925 году, а адресовано А. П. Карпинскому, И. П. Павлову, В. И. Вернадскому, Н. С. Курнакову, А. Е. Ферсману и другим.
Был и повод - серьезный, важный, злободневный, побудивший Горького его написать. Только сдается мне, что не просто славная дата (Академия наук отмечала в тот год свой 200-летний юбилей) всколыхнула вдруг в душе писателя такие воспоминания, такой силы эмоциональную волну, что он не мог не сесть за письменный стол, дабы сочинить небольшое послание маститым ученым. Дело тут, наверное, все же в ином - удивительном единении души и мысли, которое всегда было свойственно представителям русской интеллигенции в годину тяжких испытаний для Родины и которое проходило с ними затем через всю жизнь. Вот оно, это письмо:
"Вот что я хотел бы сказать людям науки. Я имел высокую честь вращаться около них в труднейших 1919-1920 гг. Я наблюдал, с каким скромным героизмом, с каким мужеством творцы русской науки переживали мучительный голод и холод, видел, как они работали и как они умирали. Мои впечатления за это время сложились в глубокий и почтительный восторг перед Вами герои свободной, бесстрашной исследующей мысли. Я думаю, что русские ученые их жизнью и работой в годы войны и блокады дали миру великолепный урок мужества и выдержки. История расскажет миру об этом страдном времени с той же гордостью русского человека, с какой я пишу Вам эти простые слова. В них нет никакого преувеличения".
Но великое, как известно, предстает в своем истинном свете лишь с расстояния. Время не стирает его значения, не умаляет выполненного, а лишь четче вырисовывает контуры уходящего ввысь небоскреба, каждый камень которого - открытия и познание, разгадывание тайны природы. И если б на всех камнях, входящих в кладку символического здания современной химии, высекались имена, многие из них были бы русскими. Потому что то было племя последователей, собирательный образ которых Ф. И. Тютчев выразил в удивительно верных и эмоциональных строках:
Враг отрицательности узкой
Всегда он в уровень шел с веком,
Он в человечестве был русский,
В науке был он человеком.
Именно такие люди и такие ученые - Л. А. Чугаев и Н. С. Курнаков, не колеблясь, приняли революцию.
А приняв, стали на нее работать так, как это умели делать только они по восемнадцать часов в сутки. Но чтобы без всякого преувеличения, как говорил А. М. Горький, понять и оценить, что же было сделано отечественными химиками в те первые послереволюционные годы, необходимо вернуться к науке дореволюционной, к тем годам, когда в неорганической химии появился новый крупный раздел - координационной химии.
Напомню читателю, что именно координационная химия, изучающая соединения, в которых можно выделить центральный атом и присоединенные к нему (координированные) лиганды (атомы, ионы, молекулы неорганической и органической природы), заняла чуть позже место на стыке двух больших, традиционно развивающихся областей химии - неорганической и органической. Это первая и главная ее особенность. И я уже упоминал ее. Однако есть и вторая.
С момента своего возникновения координационная химия становится объектом международного сотрудничества. Дело в том, что ее основа координационная теория, созданная в самом конце прошлого века выдающимся швейцарским химиком А. Вернером, отнюдь не сразу была принята химической общественностью, поскольку рушила классические представления, базировавшиеся на постулате о постоянстве валентности атомов. И потребовались объединенные усилия ученых многих стран, прежде чем она обрела право на жизнь.
В этом процессе "завоевания" координационной химией самостоятельности развития заслуги Льва Александровича Чугаева, естествоиспытателя с широким научным кругозором, отмеченного талантом выдающегося экспериментатора и незаурядного организатора, переоценить невозможно.
Ученик академика Н. Д. Зелинского, успешно специализировавшийся в первые годы работы в области органической и биохимии, обращается к новому направлению уже в 1906 году, защищая докторскую диссертацию в Московском университете на тему "Исследования в области комплексных соединений".
Есть серьезные основания полагать, что путь в химию комплексных соединений Л. А. Чугаеву открыл сам Д. И. Менделеев. Достаточно вспомнить, например, что из всех корифеев научной мысли России, где термин "комплексное соединение" появился еще в 1890 году, теорию А. Вернера с самого начала поддерживали лишь Д. И. Менделеев и (с некоторыми оговорками) Н. С. Курнаков, чтобы понять, сколь основательны подобные предположения. Что ж, талантом предвидения, как известно, обладают немногие, а лишь суперодаренные или даже гениальные исследователиНо так или иначе, только в последнее предреволюционное десятилетие Львом Александровичем выполняются блестящие исследования координационных соединений платины, кобальта, никеля и других металлов. Работы эти навсегда войдут в золотой фонд отечественной химии, поныне не утратив значения основополагающих.
Однако настоящий размах исследования в области координационной химии получили у нас в стране только после Великой Октябрьской социалистической революции. В мае 1918 года по инициативе Л. А. Чугаева создается Институт по изучению платины и других благородных металлов, издающий (через два года после основания) журнал "Известия Института по изучению платины и других благородных металлов".
Можно много говорить о том, чем стал для становления координационной химии в стране и мире этот институт и его "Известия". Но думаю, что лучшей и выразительной оценки, данной его трудам профессором Г. Б. Кауфманом (США), быть все же не может. "Тридцать два тома "Известий" подобны тридцати двум фортепианным сонатам Людвига ван Бетховена. Сонаты Бехтовена были написаны в 27-летний период (с 1796 по 1823 гг.), за время которого проявился его редкий талант композитора и совершенствовалось мастерство формы.
Подобным образом и тома "Известий", появившиеся в свет примерно за такой же период, свидетельствовали об успехах советских исследований в области платиновых металлов со времени скромных начинаний в годы хаоса гражданской войны до полного их совершенствования в послевоенный период XX века".
Теория А. Вернера, как и все новое, не вписывающееся в жесткие рамки сложившихся мнений, шла к признанию трудными путями. Секрет столь долгого непонимания большой химией нового дочернего направления, по сути дела, прост: получить соединения, возможность существования которых предсказывала теория Вернера, ученым не удавалось. В числе этих "неуловимых" были и соединения четырехвалентной платины. И лишь в 1915 году Л. А. Чугаеву и Н. А. Владимирову эту "брешь" удалось ликвидировать. А десять лет спустя решением IV Менделеевского съезда по чистой и прикладной химии полученные ими комплексные соединения стали называться солями Чугаева. Эти исследования и позволили Льву Александровичу открыть в дальнейшем так называемую амидореакцию, послужившую основой создания теории кислотно-основных свойств комплексных соединений (автор - академик А. А. Гринберг).
Какими сложными, а главное, какими суперважными проблемами занимались тогда в Институте платины, можно судить хотя бы по тому факту, что новый класс координационных соединений двухвалентной платины (названный позднее аномальными аммиачнонитрильными соединениями), открытый Л. А. Чугаевым совместно с его учеником В. В. Лебединским, вплоть до 1961 года представлял собой серьезную загадку. Целый ряд работ ученого по изучению комплексных соединений с циклообразующими лигандами позволил ему вывести правило, известное теперь как "правило циклов" Чугаева. Но почему все-таки изучению платины и созданию в стране платиновой промышленности уделял Лев Александрович такое внимание?
Потому что даже относительный достаток драгоценного металла означал для страны реальную возможность освобождения экономики от зависимости, в которую ее поставили разруха, голод и враждебные силы капитала.
А еще потому, что Л. А. Чугеез писал: "До последнего времени лишь малая доля платины выделялась и очищалось на русских заводах, главная же масса руды направлялась для этой цели за границу. То же самое целиком относится к спутникам платины, заводской добычи которых в России не существует. Едва ли нужно говорить о крайней ненормальности такого положения вещей".
Создание Платинового института исправляет эту ненормальность в самые сжатые сроки. Здесь в тесном содружестве с заводскими лабораториями разрабатываются и внедряются в производство новые методы получения платины, родия, осмия и рутения, радикально улучшается и видоизменяется методика анализа сырой платины, рафинированных (очищенных от примесей) металлов и полупродуктов производства. И уже к 1929 году промышленность страны вырабатывает все металлы платиновой группы, причем они значительно превосходят по качеству продукцию старейших зарубежных фирм.
Но Лев Александрович мечтает не только о том, чтобы крепла и развивалась отечественная наука, чтобы могущественней день ото дня становилась ее индустрия, он думает еще и о том, чтобы как можно больше людей и в минимально сжатые сроки овладели бы знаниями, бывшими до сей поры им недоступными. И он без колебания вступает в свободную ассоциацию деятелей науки и культуры по развитию и распространению естественнонаучных знаний.
Ассоциация возникла по инициативе А. М. Горького, академиков И. П. Павлова, А. А. Маркова, В. И. Вернадского и И. И. Бардина в Петрограде. В апреле 1917 года в переполненном до отказа Михайловском театре Лев Александрович, избранный в организационный комитет ассоциации, выступает перед собравшимися с блистательной речью. К счастью, текст ее сохранился все в тех же бесценных архивах.
Но о чем может говорить ученый перед голодными, продрогшими солдатами? Конечно, о том, что может дать их стране, их революции наука, просвещение. Он говорит о том, что понятно каждому, что доходит до сердца.
Он говорит, что благодаря русской революции "удается нанести смертельный удар ненавистному милитаризму и упрочить в странах всего мира демократический режим".
Мало, до обидного мало прожил Лев Александрович Чугаев. Он погиб от брюшного тифа в сентябре 1922 года. Но продолжает жить и работать его Платиновый институт (учрежденный одновременно с Институтом физико-химического анализа, возглавляемым Н. С. Курнаковым) - один из двух первых научно-исследовательских институтов, созданных Академией наук при Советской власти. А начатое им дело - в надежных руках учеников. Их у него много, и каждый - гордость нашей науки: академики В. Г. Хлопин, И. И. Черняев, А. А. Гринберг, члены-корреспонденты АН СССР В. В. Лебединский, Н. К. Пшепицын, И. И. Жданов и многие, многие другие.
И то, что отечественной химии координационных соединений характерны сегодня высочайшие темпы развития - безусловная их заслуга. В первую очередь это относится к химии комплексов с органическими лигандами, в качестве которых могут выступать стабильные молекулы (этилен, бензол, окись углерода) или нестабильные в обычных условиях соединения - свободные радикалы.
Но чтобы все эти соединения получили "права гражданства", потребовались пионерские исследования И. И. Черняева и А. Д. Гельман в СССР и несколько позже Дж. Чатта (в Англии); систематические работы по химии комплексов с ароматическими системами (П-комплексов), выполненные школами Э. О. Фишера в ФРГ и А. Н. Несмеянова в СССР. Методы синтеза таких комплексов и многочисленных производных, разработанные этими учеными и их учениками, позволили получить и подробно исследовать реакционную способность почти всех переходных элементов периодической системы, выяснить многочисленные аспекты влияния координации на свойства лигандов.
Интерес к перечисленным соединениям, ставшим теперь объектами неорганической, органической и собственно координационной химии одновременно, не случаен. История естествознания последних десятилетий дает немало примеров особенно плодотворного развития науки на стыках разных областей человеческого знания.
Но среди причин, определивших такой, невиданно высокий взлет координационной химии, прикладное значение научных результатов должно быть поставлено на первое место. Хотя и чисто теоретическую значимость проведенных исследований было б ошибкой недооценить. Так, изучение электронного строения комплексов переходных металлов дало развитию теории химической связи гораздо больший импульс, чем все исследования простых неорганических и многих органических соединений.
Достижения советской координационной химии позволили, например, установить, что такие непоколебимые, обязательные принципы описания химических связей, как валентный штрих, числовая валентность, направленные валентности, обязательность спаривания электронов и т. д., оказываются вовсе и не необходимыми. И на смену классическому описанию электронного строения молекул приходит периодическая их систематизация с позиций метода молекулярных орбиталий (МО).
Сейчас этот метод уже общепринят и служит основой интерпретационных схем современных физико-химических методов исследования строения и свойств координационных соединений. С его помощью изучают, например, электронную структуру комплексов. Можно с уверенностью сказать, что ни одно из направлений науки не стимулировало так развитие теории химической связи и строения молекул, как координационная химия.
Это и неудивительно. Потому что только она поставляла и непрерывно поставляет исследователям все новые классы "странных" соединений с необычным составом, структурой и свойствами, принципиально не укладывающимися в рамки классических представлений. Более того, способность к насыщению координационных валентностей оказалась в природе чрезвычайно распространенной. В той или иной степени она присуща практически всем элементам периодической системы.
Однако число "странных" соединений сейчас столь велико, что решить, является ли их "поведение" правилом или исключением из него, не всегда легко. Возникают, например, трудности с определением понятий не только валентности, но и координационного числа. Например, в высококоординационных соединениях тяжелых металлов расстояния металл-лиганд (даже при одинаковых лигандах) варьируют в столь широких пределах, что нахождение границ внутренней сферы комплекса довольно затруднительно. Отсюда неопределенность и в принципиальнейшем для химии вопросе: какое же взаимодействие металл-лиганд можно считать "настоящей" химической связью? Ведь не случайно выдающийся советский химик И. И. Черняев, ученик и последователь Л. А. Чугаева, писал: "Весь прогресс современной химии, включая и органическую, зависит от нашего понимания химии комплексных соединений". А сам Лев Александрович, характеризуя научную политику созданного им Платинового института, непременно подчеркивал: "...в этом учреждении разработка чисто научных вопросов чрезвычайно тесно связана, и можно сказать, переплетена с разработкой вопросов технического порядка, которые по преимуществу интересуют практиков".
Это незыблемое правило соединения практики с теорией оказывается неприкосновенным и в дальнейшей деятельности института. В 1926 году, например, уже после смерти Льва Александровича его ученик и последователь И. И. Черняев открывает закономерность трансвлияния лигандов в координационных соединениях. Суть ее заключается в том, что взаимное влияние лигандов в координационных соединениях переходных элементов в основном направлено по транскоординате (напротив друг друга).
А это уже открывает практике уникальную возможность управления реакциями замещения.
Впоследствии учение о взаимном влиянии лигандов в координационных соединениях было развито и расширено в трудах многих советских ученых.
А в 40-х годах представители советской школы во главе с И. И. Черняевым, В. Г. Хлопиным, А. А. Гринбергом и Б. П. Никольским активно включаются в разработку координационной химии актинидов (радиоактивных элементов). Тему научного поиска определяют практические задачи советской атомной промышленности, Работы по синтезу и изучению комплексов тория, урана приводят к накоплению обширнейшего экспериментального материала, в свою очередь ставшего основой новых теоретических обобщений. Было установлено, например, что уран, торий, плутоний наиболее прочные связи образуют с кислородом. А когда академик В. И. Спицын и его ученики открывали соединения, содержащие плутоний и нептуний в высшей (-1-7) степени окисления, этот чисто теоретический вывод нашел блестящее подтверждение.
Сегодня комплексные соединения с успехом используются в строительной технике и медицине, в нефтяной промышленности и теплоэнергетике при очистке вод и реактивов, активно применяются в процессах очистки промышленных выбросов для охраны окружающей среды.
Особенно широки перспективы использования комплексных соединений в сельском хозяйстве. Дело в том, что многие микроэлементы, необходимые для жизнедеятельности растений, содержатся в почве в трудноусвояемом состоянии, так что роль их комплексных соединении для перевода в растворимую форму трудно переоценить - они живительный "концентрат", эликсир здоровья для урожая.
Советская школа координационной химии внесла существенный вклад к в становление химической промышленности пашей страны. Взять хотя бы процесс очистки азотоводородной смеси от окиси углерода в производстве синтетического аммиака, представлявший прежде чрезвычайную сложность. Выполненные в начале 30-х годов в Московском химико-технологическом институте имени Д. И. Менделеева фундаментальные исследования по изучению абсорбции (поглощения) вредной для окружающей среды окиси углерода растворами аммиакатов меди выявили оптимальные условия, при которых окись углерода поглощается наиболее полно. Сегодня мощность заводов, использующих во всем мире этот метод, составляет до 9 миллионов тонн.
Или взять другую важнейшую область практического использования достижений координационной химии - металлокомплекспыи катализ с участием комплексных металлов, родоначальниками которого по праву считаются выдающийся русский химик-органик М. Г. Кучеров, французский химик и минералог Ш. Фридель и американский ученый Дж. Крафтс. Результаты внедрения катализа в производство были столь ошеломляющие, что достоверно оцепить экономическую его отдачу практически невозможно.
И здесь тоже нет никаких преувеличений. Ведь сейчас многие продукты основного органического синтеза (винилацетат, уксусный альдегид и почти вся уксусная кислота) получают с помощью комплексов металлов.
Только продукция промышленного синтеза, базирующегося на реакциях, где в качестве катализатора используют комплексы кобальта или родия, исчисляется миллионами тонн.
Вот она - поистине многотоннажная химия. Значительную часть полимерных материалов (полиэтилен, полидиены и т. д.) тоже получают с помощью таких катализаторов. А ведь совсем недавно, всего лишь в начале 70-х годов, предположения выдающегося английского химика Найхолма о том, что в 80-х годах большая часть основного органического синтеза будет производиться с помощью металлокомплексных катализаторов, считалось чуть ли не утопическим.
Но как ни важен для экономики всех стран столь результативный практический "выход" исследований пометаллокатализу, теоретическое значение таких работ непреходяще. Потому что именно этот метод невиданно укрепил позиции восходящей еще к Д. И. Менделееву химической теории гетерогенного (гетеро - от греческого "другой", "разный") катализа, при котором процесс протекает в жидкой или газовой фазах, а ускорение осуществляет твердый катализатор.
Но возможности координационной химии отнюдь не исчерпаны. И мы вправе ожидать еще и еще новых успехов от практического применения комплексов со связью "металл - металл". Советскими исследователями уже синтезированы содержащие связи "металл - металл"