К 200-летию Г.И.Гесса

«Характер прямой и благородный...»

7 августа 1802 г. в семье женевского художника Гесса появился на свет мальчик, которого при крещении нарекли Германом Генрихом. Отец вскоре покинул Швейцарию. Ему предложили место гувернера в богатом русском семействе, обитавшем в подмосковном имении. Спустя три года туда приехала жена с малолетним сыном. С той поры судьба Германа Гесса навсегда оказалась связанной с Россией. В ее историю он вошел как Герман Иванович Гесс.

О детских и юношеских годах Г.И.Гесса известно очень мало. Хорошее начальное образование он получил под руководством учителей, обучавших детей владельцев имения. В 15-летнем возрасте Герман уезжает в Дерпт (ныне Тарту, Эстония). Здесь он сначала учится в частной школе, а затем в гимназии, которую с блеском заканчивает в 1822 г.

Где продолжать образование? Этого вопроса для него не существует. Конечно, в Дерптском университете, основанном в 1802 г., на медицинском факультете. И не потому, что его так уж привлекает профессия врача – там хорошо поставлено преподавание естественных наук, в том числе химии. Диссертация на степень доктора медицины, которую Гесс защитил в 1825 г., имела чисто химическую направленность: «Изучение химического состава и целебного действия минеральных вод России».

На факультете был сильный состав преподавателей. Наибольшее влияние на Гесса оказал профессор Готфрид Озанн, специалист в области неорганической и аналитической химии. Ему принадлежали исследования платиновых руд, в которых, как ему представлялось, он обнаружил три новых элемента, что, увы, оказалось заблуждением. Озанн одним из первых предложил применять уравнения для записи химических реакций.

Он не только привил Гессу вкус к аналитической химии, но и сыграл важную роль в его дальнейшем совершенствовании как исследователя.

Гессу при содействии Озанна предоставили полугодичную командировку в Стокгольм, в лабораторию Йенса Берцелиуса. Туда молодой стажер из России прибыл в июле 1825 г. Гесс занимался анализом некоторых минералов. Великий шведский химик говорил о Германе как о человеке, «который много обещает. У него хорошая голова, он, по-видимому, обладает хорошими систематическими знаниями, большой внимательностью и особым рвением». Остается лишь пожалеть, что работать Гессу у Берцелиуса довелось недолго. Но переписка между ними продолжалась много лет.

Вернувшись в Дерпт, Гесс получил назначение в Иркутск, где ему предстояло заниматься врачебной практикой. Он выполнял свой долг, но куда более привлекали его естественно-научные занятия. Гесс анализировал минеральные воды, минералы (кстати, он открыл четыре новых минерала — уваровит, гидроборацит, вертит и фольбортит), проводил геологические наблюдения в окрестностях Иркутска. Сообщения о достижениях посылал в Петербургскую академию наук. Там их встречали с интересом, руководство академии уже было наслышано о Гессе, знало лестные отзывы о нем Берцелиуса и Озанна. По заслугам Герман Иванович Гесс в октябре 1828 г. избирается адъюнктом Академии по химии. Это дало ему возможность возвратиться в Петербург.

У него окончательно созрело намерение посвятить свою деятельность исключительно химическим исследованиям. Еще в Иркутске он внимательнейшим образом проштудировал многотомный «Учебник химии» Берцелиуса — подлинную энциклопедию химических знаний того времени. Уже одно это позволяло ему считаться самым эрудированным химиком в России. Биографы Гесса высказывали предположение, что именно монография Берцелиуса пробудила у него честолюбивое желание самому написать руководство по химии. Эта задумка вскоре превратилась в действительность.

«У меня нет иного желания, кроме как добиться хорошей репутации в России посредством проведения обширных химических работ в различных направлениях», – признавался Гесс в письме президенту академии в июле 1831 г.

Но он пока твердо не знает, какое именно направление исследований станет для него главным, хотя уже избран экстраординарным академиком (ординарным стал в 1834 г.). Гесс в конце 1820-х – начале 1830-х гг. обучает основам химических знаний цесаревича Александра, будущего императора Александра II, – немаловажная деталь биографии ученого.

Вернувшись в Петербург, Гесс более не покидал пределов России. Единственным исключением стало путешествие летом 1838 г. по Германии, Швейцарии и Франции. Он познакомился со многими химиками — Р.Бунзеном, Ф.Велером, Ю.Либихом, П.Дюлонгом, Ж.Дюма, Ж.Гей-Люссаком, а также с астрономом и физиком Д.Араго.

У него была дружная семья: супруга Женни Эне и четверо дочерей — Лунда, Анна, Аделаида и Эмма. К сожалению, мы ничего не знаем о судьбах его потомков.

Полнота и качество химического образования в значительной степени связаны с наличием соответствующих учебных руководств. В течение трех первых десятилетий XIX в. в России фактически не появилось такого учебника химии, который бы в доступной форме излагал предмет и освещал новейшие достижения науки. Те руководства, которые были изданы (вклад их авторов собственно в химию – А.И.Шерера, И.И.Гизе, А.А.Иовского, Н.П.Щеглова – не являлся сколь-либо заметным), при отдельных достоинствах все же отражали вчерашний день химических воззрений.

Гесс четко осознавал сложившееся положение вещей: «В России чувствуется более, чем когда-либо, необходимость изучать химию, и на это нужно тем более обратить внимание, что до сих пор не имелось ни одного хотя бы самого посредственного труда на русском языке, посвященного отрасли точных наук». Несмотря на игнорирование трудов вышеупомянутых авторов, Гесс в целом был прав. Эти слова он написал в докладной записке Конференции Петербургской академии наук 7 октября 1831 г. Записка была приложена к экземпляру учебника Гесса «Основания чистой химии», только что увидевшего свет.

Учебник стал подлинным событием в отечественной химической литературе – своеобразным прообразом менделеевских «Основ химии». Труд Гесса состоял из трех частей. В первых двух рассматривались 54 простых тела и важнейшие неорганические соединения; в третьей – кратко излагалась органическая химия, сведения о химическом анализе, а также описывались химические приборы и приемы.

«Я предполагаю у своих читателей или слушателей первоначальные познания в физике и сразу вступаю в область химии. Я начинаю с того, что даю им представление о химическом соединении, говорю о химическом сродстве, о кратных отношениях, о знаках и формулах. Я всегда начинаю с опыта и вывожу из него заключения», – замечал Гесс в письме к Берцелиусу.

«Основания чистой химии» оказались настолько замечательным руководством, что выдержали семь изданий (последнее — в 1849 г.). В каждое новое издание автор вносил необходимые изменения и дополнения: «Я… не щадил трудов, дабы книга моя соответствовала современному состоянию науки», – замечал Гесс в предисловии к 7-му изданию.

Написание учебного руководства в особенности требует продуманного плана последовательного изложения материала. Раздумывая об этом, Гесс, в частности, задавался вопросом, в каком порядке описывать отдельные химические элементы. В свое время подобная проблема встанет и перед Менделеевым. Для обсуждения различных вариантов Гесс ввел в учебник специальную главу, которую дополнял от издания к изданию. В 7-м издании он четко сформулировал свои представления о классификации элементов: «Мы можем образовать следующие 5 групп:

1	2	3	4	5
Йод Бром Хлор Фтор	Теллур Селен Сера Кислород	Водород	Углерод Бор Кремний	Азот Фосфор Мышьяк

В 1-й и 2-й группах атомные веса увеличивались снизу вверх, в 4-й и 5-й – сверху вниз».

Представления о подобных группах элементов уже имели место, однако Гесс сделал существенное добавление: он как бы привел эти группы в сопоставлении. Хотя, по мнению Гесса, «эта классификация еще очень далека от того, чтобы быть естественною, но все-таки она соединяет элементы в группы весьма сходные, и с расширением наших знаний она может усовершенствоваться». Например, в плане систематизации металлов, которые «при настоящем состоянии науки нет возможности разделить на группы вполне естественным путем».

Несомненной заслугой Гесса было то, что в учебнике он использовал разработанную им русскую химическую номенклатуру. Под названием «Краткий обзор химического именословия» она вышла отдельным изданием в 1835 г. (в работе принимали также участие С.А.Нечаев из Медико-хирургической академии, М.Ф.Соловьев из Петербургского университета и П.Г.Соболевский из Горного института). Она была дополнена Д.И.Менделеевым и во многом сохранилась до настоящего времени.

На протяжении почти трех десятилетий учебник «Основания чистой химии» в высших учебных заведениях России был основным руководством по химии. По нему училось целое поколение отечественных химиков, в том числе Д.И.Менделеев и А.М.Бутлеров. В Музее-архиве Д.И.Менделеева хранится экземпляр «Оснований», где на титульном листе написана фамилия ученого. Этим учебником пользовались также Н.Н.Зинин и А.А.Воскресенский.

Термохимия – один из важнейших теоретических и практических разделов физической химии, наука о тепловых эффектах, сопровождающих химические и физико-химические процессы.

Создание той или иной научной дисциплины во многих случаях связано с именами нескольких исследователей; действительные вклады каждого из них впоследствии по-разному оцениваются историками науки. Однако в настоящее время никто не оспаривает роль Гесса как основателя современной термохимии. Прежде всего потому, что он первым сформулировал в 1840 г. ее фундаментальные законы.

Более или менее осмысленное изучение тепловых явлений, сопровождающих химические реакции, началось примерно в середине XVIII в. Важнейшие выводы из калориметрических исследований были сделаны Дж.Блэком (в Шотландии), А.Лавуазье и П.Лапласом (во Франции), позднее В.Румфордом, Г.Дэви и Дж.Дальтоном (в Англии). В России М.В.Ломоносов определял теплоты растворения, Г.Рихман сформулировал правило об изменении температуры при смешении жидкостей.

Большое значение имела формулировка П.Дюлонгом и А.Пти закона постоянства атомных теплоемкостей. Он оказался важной вехой в развитии атомно-молекулярного учения и в немалой степени повлиял на становление термохимии.

В целом «багаж», накопленный термохимическими исследованиями к началу 1830-х гг., содержал множество экспериментальных данных. Но они еще не имели должных обобщений, потому что никто не изучал тепловые эффекты химических процессов систематически.

Именно систему внес в исследования Гесс. Его работы, по существу, открыли новую эпоху в отечественной химии вообще. Как замечал П.И.Вальден, «Гесс должен быть признан одним из крупнейших русских химиков; измеряя его научные заслуги международным масштабом, необходимо считать его великим химиком, имя которого занимает почетное место в истории химии».

Гесс дал формулировки двух фундаментальных термохимических законов.

Первый закон: «Когда образуется какое-либо химическое соединение, то при этом всегда выделяется одно и то же количество тепла независимо от того, происходит ли образование этого соединения непосредственно или же косвенным путем и в несколько приемов». Этот закон «постоянства сумм тепла» Гесс огласил в докладе на Конференции Академии наук 27 марта 1840 г.

Второй закон состоит в следующем: «Если вы приготовите два раствора нейтральных солей, имеющих одинаковую температуру и образующих при обменном разложении две новые соли, то температура их смеси не изменится; в других случаях изменение температуры едва заметно, так что эти нейтральные растворы, смешиваясь друг с другом, оказываются термонейтральными». Закон термонейтральности ученый предал гласности 16 октября 1840 г.

Проводя свои исследования, в качестве «сверхзадачи» Гесс имел в виду доказательство предположения, в конечном счете не подтвердившегося. Есть основания полагать, что на направление мыслей Гесса повлияли работы немецкого химика Иеремии Рихтера. В конце XVIII в. он пришел к выводу: при образовании соединений элементы взаимодействуют в строго определенных пропорциях (позднее названных эквивалентами). Рихтер ввел также понятие «стехиометрия». Приняв во внимание принцип кратных отношений элементов в соединениях, Гесс и попытался распространить его на тепловые эффекты. «…Я обратился к явлениям теплоты и стал измерять теплоту, отделяющуюся при различных химических процессах», – писал он. Но его попытки представить теплоту как вид материи, связанной с атомами и, следовательно, точно так же подчиненной закону кратных отношений, были обречены на неудачу. Гесс был приверженцем теории теплорода, которая еще в середине XIX в. имела немногочисленных сторонников. Однако это не помешало ему прийти к правильным выводам, воплотившимся в термохимические законы.

Но почему Гесса, зарекомендовавшего себя превосходными работами по аналитической химии, привлек предмет, которым ранее он никогда не занимался? То был итог долгих раздумий. О них он поведал Конференции Академии наук 21 октября 1842 г.: «…среди явлений, сопровождающих всякое химическое соединение, имеется одно весьма существенное, которое не было достаточно изучено, — именно, выделение тепла. Я уже несколько раз возвращался к этому вопросу, что видно из доклада, прочтенного в Академии в 1831 г. Однако только в 1839 г. после продолжительных размышлений мне пришло в голову, что как раз явления, мало бросающиеся в глаза, могут быть наиболее поучительными. После некоторых поисков я остановился на измерении количеств теплоты, выделяемых при соединении серной кислоты с водой в различных пропорциях».

Между тем у Гесса были более далеко идущие планы. В том же 1831 г. он предположил, что теплота, выделяемая при химических реакциях, может служить мерой химического сродства: «Чем сильнее взаимное сродство, тем более тепла и отделяется». А в 1840 г. он писал Берцелиусу: «У меня уже нет никаких сомнений по поводу основного вопроса: выделяемое тепло есть мера сродства. Это сообщает всей химии иной характер: может быть, мне выпадет на долю счастье – открыть общий закон сродства, но во всяком случае я уверен в том, что приготовил путь к этому открытию». И наконец, в 1845 г. (в 6-м издании «Оснований чистой химии») он подводит определенный итог: «Если будущность оправдает мнение, что количество отделяющейся теплоты есть мера сродства… то измерение его есть путь, который поведет к основанию теории химических соединений».

Спустя несколько десятилетий это положение прямо повлияло на формулировку принципа максимальной работы Бертло–Томсена.

В 1840 г. Гесс замечал в письме к Араго: «Когда мы будем точнее знать те количества теплоты, которые выделяются при взаимодействии нескольких элементов, тогда количество теплоты, выделяющееся при сгорании органического вещества, будет важным фактором, который приведет нас к более глубокому познанию строения этого вещества. Я совершенно убежден, что мы будем иметь правильное представление только тогда, когда нам удастся отразить в наших формулах соотношение количеств тепла, как мы даем сейчас относительные числа для весовых атомов. Термохимия, во всяком случае, обещает нам снять покров тайны с законов химического сродства, до сих пор не разгаданных».

Панегирик термохимическим работам Гесс продолжает и в письме Араго в 1841 г.: «Каким бы ни было исследуемое вещество, термохимия открывает новые возможности для наших исследований. Она по своей природе является для химика тем же, чем микроскоп для натуралиста, подзорная труба для астронома». В этой образной характеристике есть, конечно, доля преувеличения. Но, несомненно, Гесс, как никто иной, понимал значимость термохимических исследований для будущего химии.

Экспериментальные работы Гесса составили обширный цикл под названием «Термохимические исследования». Они публиковались на немецком и французском языках, на русский же были переведены в конце 1950-х гг. Но об этом речь пойдет дальше.

Петербургский климат, к которому так и не привык Гесс, погубил его в расцвете сил. Его памяти посвящалось много прочувственных слов. Непременный секретарь Академии наук П.Н.Фус писал в некрологе: «Гесс имел характер прямой и благородный, душу, открытую для возвышеннейших человеческих наклонностей… Будучи слишком восприимчив и скор в суждениях, Гесс легко предавался всему, что казалось ему добрым и благородным… Гесс имел от природы колкий ум и пытливый темперамент.

…В гостеприимном доме его немногие избранные друзья собирались вечером по вторникам беседовать о различных ученых предметах. Здесь-то особенно мы имели случай не раз удивляться гибкости, своеобразности и глубине его ума, разносторонности его познаний, правдивости его возражений и искусству, с которым умел он по воле своей направлять и в случае надобности услаждать беседу».

Но шли годы, имя ученого окутывалось пеленой забвения. Среди отечественных химиков не нашлось достойных приверженцев термохимии. Фактически у Гесса не было учеников. Да и откуда им взяться, если русская химия только-только начинала становиться на ноги, а, следуя западной моде, стремительно развивались работы, связанные с синтезом органических соединений.

Европейское научное сообщество также безразлично отнеслось к наследию Гесса. Вальден замечал: «Гесс и его законы представляют поучительный пример умственной инертности исследователей; в то время, когда они были опубликованы, химики и физики не были в состоянии оценить все значение этих трудов; впоследствии, когда термохимические исследования вошли в моду… интересы дня были отведены в совершенно другое русло, и в конце концов оказалось, что через несколько десятилетий совсем забыли об этих законах».

Лишь сорок лет спустя о Гессе вспомнил Вильгельм Оствальд. Человек исключительной широты интересов, он немало внимания уделял истории науки. В 1889 г. Оствальд основал серийный выпуск публикаций «Классики точных наук». Каждый выпуск посвящался конкретному ученому, перепечатывались его важнейшие работы, сопровождаемые подробными комментариями составителя. Трое российских ученых получили доступ в «Классики»: М.В.Ломоносов, Д.И.Менделеев и Г.И.Гесс. Уже само помещение имени Гесса в этот ряд говорит о многом. В посвященном Гессу выпуске «Классиков» (1890) воспроизводился текст «Термохимических исследований». Оствальд дал к ним следующий «Комментарий»: «В этой работе, отмеченной гением, мы видим общий план развития современной термохимии; последующие исследования должны осуществить программу, намеченную здесь».

Не найдя должного признания в России, исследования по термохимии переместились во Францию, где тон им задавал Пьер Бертло. Среди его учеников был Владимир Федорович Лугинин. По возвращении в Россию он организовал при Московском университете (1891) термохимическую лабораторию. Отечественная термохимия начала постепенно возрождаться.

В 1948 г. было опубликовано двухтомное издание «Люди русской науки». Но среди химиков, которым посвящались статьи, не было Германа Ивановича Гесса. Лишь в середине 1950-х гг. его термохимические работы были переведены на русский язык и вышли в свет в академической серии «Классики науки». Инициатор издания, член-корреспондент АН СССР Анатолий Федорович Капустинский, прокомментировал труды Гесса и написал большую аналитическую статью.

Так имя Германа Ивановича Гесса было раз и навсегда возвращено истории отечественной и мировой химии.

Библиография:

Гесс Г.И. Термохимические исследования. Редакция и статья А.Ф.Капустинского. М.: Изд-во АН СССР, 1958; Соловьев Ю.И. Герман Иванович Гесс. М.: Изд-во АН СССР, 1962.

 

Д.Н. Трифонов