Чувствовать или видеть? Химия XXI века

Чувствами: нюхали (будущий академик Н. Зелинский отравился ипритом).

Пробовали на вкус — ученые обязаны были указывать вкус вещества в описании. К. Шееле проводил эксперименты с открытой им синильной кислотой. Наутро его нашли мертвым. Химик оставил запись о том, что синильная кислота пахнет горьким миндалем.

Слушали: бухнуло — значит взрывоопасно. Г. Дэви начал свою карьеру в качестве помощника аптекаря и вскоре был уволен за то, что устраивал слишком много взрывов. Р. В. Бунзен ослеп на один глаз в результате взрыва цианистого какодила.

Видели, конечно, но мало — цветные реакции. Г. Галилей первым среди всех астрономов применил телескоп для изучения звезд и планет. Он совершенно погубил свое зрение. Галилей восхищался Солнцем и проводил долгие часы, беспрерывно смотря на него, что стало причиной разрушения сетчатки глаза. Последние 4 года жизни ученый был практически слеп.

Даже плакали от лука, например, или слезоточивых газов!

Но Водемон на вопрос Иоланты «Неужели глаза даны за тем, чтоб только плакать?» ответил: «Солнце, небо, звезд сиянье, море в блеске голубом, всю природу и созданья мы лишь в свете познаем! Кто не знает блага света, первый миру дар Творца».

И постепенно химики стали изобретать и применять различные микроскопии и спектроскопии, которые помогли заглянуть вглубь молекулы и Вселенной?

Полтора века назад, в 1859 году, немецкие химик Роберт Вильгельм Бунзен и физик Густав Роберт Кирхгоф создали метод атомно-эмиссионной спектроскопии для исследования элементного состава веществ.

Таким образом, появилась спектроскопия (видеть спектр) — приборная придумка физико-химиков, чтобы задействовать не только видимый свет, но и весь диапазон электромагнитных волн от гамма-лучей до радио.

Она позволила, не разрушая химическим методом образцы, разобраться, из чего они состоят, и даже не иметь их в лаборатории, а изучать прямо в космосе. Например, гелий был открыт сначала на Солнце именно благодаря спектроскопии.

…Мирская наука, соединившись в великую силу, разобрала, в последний век особенно, все, что завещано в книгах святых нам небесного, и после жестокого анализа у ученых мира сего не осталось изо всей прежней святыни решительно ничего. Но разбирали они по частям, а целое просмотрели, и даже удивления достойно, до какой слепоты. Тогда как целое стоит пред их же глазами незыблемо, как и прежде, и врата адовы не одолеют его. (Ф. М. Достоевский. «Братья Карамазовы». Слова отца Паисия к Алеше у кельи старца Зосимы).

С одной стороны, автору часто приходилось слышать, что метод плохой, потому что: мессбауэровская спектроскопия — ничего не видит, кроме железа и олова; рентгенофазовый анализ — не чувствует фазы с малым содержанием; микрозонд — не различает железо (II) и железо (III). И так далее, и тому подобное… Метод исследования вещества не может быть плох. У него есть области применения и ограничения — «пользуйтесь шляпой по назначению».

С другой стороны, нередко «постановка задачи» рядовыми исследователями сводится к полувосклицательному-полувопросительному стону: «Сними! Что получится?»

И третье. Профессионал-методник ищет исследовательские задачи под имеющийся метод. И это понятно, так как создание, содержание и развитие современных лабораторий мессбауэровский, ЯМР-, ЭПР-спектроскопий, ретгеноструктурного и микрозондового анализа и т. п. требует от сотрудников немалых организационных и интеллектуальных усилий.

Это путь вынужденный и порождает монометодный снобизм. Рано или поздно такой исследователь все равно обратится к дополняющим и уточняющим методам исследования. Перед обычным исследователем вещества, которое к тому же часто является «черным ящиком», стоит задача выбора необходимого (получение объективной взаимоперекрывающейся информации) и достаточного (ограниченность времени и средств) набора современных методов для получения информативной системы признаков, объективно характеризующих предмет исследований. За 40 лет работы я лично побывал в обеих шкурах.

Ножницы между разработчиками физических методов исследования вещества и пользователями катастрофически расходятся. Уже в 1985 г. насчитывалось до 100 различных методов с модификациями, в которых было сложно ориентироваться. За четыре прошедших десятилетия их количество увеличилось до 370. Большинство пользователей не могут ориентироваться даже в их названиях, которые в статьях часто даются в аббревиатурах. Только в документах IUPAC их упоминается около 116!

Для преодоления этого положения изданы десятки монографий с названиями «Инструментальные метода анализа…», «Физические методы исследования…» и т. п. Они достаточно полны для углубленного изучения студентами соответствующих специальностей и избыточно полны для рядовых пользователей.

Хотелось бы приблизить рядовых пользователей к профессионалам-мéтодникам, помня слово Э. Ферми:

«Профессионал — это человек, знающий стандартные ошибки в своей области и умеющий их избегать».

Нобелевская премия по химии 2014 года присуждена скорее за технику, чем за исследовательскую химию. И это не исключение. Разработка 20 методов спектроскопии удостоена Нобелевки. Так что в XXI веке физико-химия в основном приборная.

Что еще почитать по теме?

Химия — это плохо?
Топохимия — это поверхностная химия?
Можно ли посчитать химию? Квантовая химия