Извечные загадки науки глазами дилетанта

4.3. Азот или «зот»?

 

 

       Итак, перед нами возникла новая, не менее, если не более, сложная загадка: какая связь между предположением о воде как веществе органическом, содержащем углеводородную группу CH2, и всей моей критикой опытов Дэви и других учёных, показавших, что побочным результатом электролиза воды является азотная кислота и аммиак? Ведь оба эти вещества мало того, что неорганические, но и азотосодержащие, и нет ли тут коренного противоречия во всей системе выдвинутых аргументов, сводящего все сделанные предположения к нулю?

 

       При таких обстоятельствах перед исследователем опять встаёт всё та же альтернатива: либо признать, что вся его система доказательств привела к абсурду, и он не в состоянии выпутаться из нагромождённых им противоречий, либо, если он убеждён в правоте своих взглядов, сделать следующий решительный, а, может быть, и решающий шаг в доведении начатого до конца.

 

       Первый путь неприемлем, а потому я беру на себя смелость выдвинуть следующее, вполне естественное в данной ситуации и в принятой мной системе координат предположение: азота, как такового, как одного из однородных химических элементов, входящих в таблицу Менделеева, вообще не существует в природе; то, что принимается за азот, есть на самом деле углеводородная группа CH2.

 

       Допускаю, что в этом пункте какой-нибудь ортодокс, не выдержав, воскликнет: «Ну, знаете, это уже слишком!» Что делать? Когда приходится распутывать сложный клубок ошибок, к которым все привыкли и, более того, принимают их за истину, то при распутывании этого клубка разочарования и даже лёгкие нервные потрясения неизбежны.

 

       Итак, мы уже знаем, что выдвинуть предположение и доказать его – вещи разные. Данное предположение легко укладывается в систему логических доказательств, но показать его правоту в системе доказательств эмпирических – гораздо сложнее. Разумеется, я не располагаю, да и не могу располагать прямыми доказательствами того, что это предположение верно, хотя, замечу, таковых не существует и относительно того, что азот есть именно тот самый азот, который вошёл в таблицу Менделеева в качестве элементарного вещества. Последнее утешает и вдохновляет. Однако, имеется немало косвенных доказательств правоты сделанного здесь предположения. Они могут легко превратиться в прямые: ведь многое зависит от того, как на них посмотреть – с недоверием или доброжелательно и заинтересовано. Ничего не поделаешь: в естественных науках, как и в общественных, такие вещи играют не меньшую, если не большую, роль.

 

       Итак, я выдвигаю гипотезу, что азот есть не что иное, как углеводородная группа CH2. Вспомним ещё раз, какую роль играет эта группа в органическом мире. Все углеводородные соединения, входящие составными элементами в любой живой организм либо в продукты, получаемые от переработки различных животных и растительных организмов, как-то: органические кислоты, спирты, дубильные вещества, эфиры, смолы, крахмал, жиры, сахара, белки – все они непременно содержат в своём составе в том или ином сочетании эту группу CH2.

 

       Но откуда берётся сама эта группа? Что является её источником? Существует ли эта группа в природе самостоятельно и если да, то в каком виде? Если на первые два вопроса в принятой здесь системе взглядов уже можно ответить утвердительно, зная формулу воды CH2O, то последний вопрос представляет пока что загадку. Загадка усложняется тем обстоятельством, что современная химическая наука утверждает, что вещества с формулой CH2 в свободном виде в природе не существует вообще. Да, говорят нам, оно входит необходимым составным элементом во все органические соединения, но, увы, его самого как отдельного элемента в природе не существует. Как говорится, странно, но факт. Последуем, однако, в данном случае принципу английского химика Бойля, который писал: «Я привык рассматривать мнения как монеты. Когда мне в руки попадает монета, я обращаю гораздо меньше внимания на имеющуюся на ней надпись, чем на то, из какого металла она сделана. Мне совершенно безразлично, вычеканена ли она много лет или столетий назад, или она только вчера оставила монетный двор. Столь же мало я обращаю внимания на то, прошла ли она до меня через много или мало рук, если только на своём пробирном камне я убедился, настоящая она или фальшивая, достойна ли она быть в обращении или нет. Если после тщательного исследования я нахожу, что она хороша, то тот факт, что она долгое время и многими принималась за фальшивую, не заставит меня отвергнуть её. Если же я нахожу, что она фальшивая, то ни изображение и подпись монарха, ни возраст её, ни число рук, через которые она прошла, не заставят меня принять её, и отрицательный результат от одной пробы, которой я сам подверг её, будет иметь для меня гораздо большее значение, чем все те обманчивые вещи, которые я только что назвал и которые доказывали бы, что она не фальшивая.»15

 

       Попробуем и мы на своём «пробирном камне» испытать, в самом ли деле верно утверждение, что в природе не существует вещества CH2 в свободном виде. Оно уже наперёд не может не вызвать большого сомнения, поскольку группа CH2 слишком распространена в органическом мире, часто образуя весьма длинные цепи молекул различных органических веществ.

 

       Для лучшего понимания сказанного обратимся к следующему любопытному обстоятельству. В органической химии углеводороды классифицируют в соответствии с двумя так называемыми гомологическими рядами: предельными углеводородами и непредельными. Гомологическим рядом называют такой ряд органических соединений, все члены которого обладают сходными химическими свойствами и сходным строением, причём каждый последующий член ряда отличается от предыдущего именно на группу CH2. На последнее обстоятельство обращаю особое внимание.

 

       Формулы рассматриваемых рядов углеводородов в порядке возрастающего числа атомов углерода в их молекулах выглядят так:

 

Предельные углеводороды: CH4 (метан), C2H6 (этан), C3H8 (пропан), C4H10 (бутан) и т.д.

Непредельные углеводороды: C2H4 (этилен), C3H6 (пропилен), C4H8 (бутилен) и т.д.

 

       В ряду непредельных углеводородов сразу же бросается в глаза явная аномалия, а именно, отсутствует первый член, соответствующий метану предельного ряда. Во всём же остальном принцип, согласно которому каждый последующий член ряда образуется прибавлением к предыдущему группы CH2, сохраняется для обоих рядов.

 

       Все вещества обоих рядов существуют в природе, но в природе, как нам говорят учёные, по неизвестным причинам отсутствует сама разность, то есть группа CH2, которую по аналогии с метаном предельного ряда можно было бы назвать «метиленом».

 

       По каким же причинам не было обнаружено это соединение? В данном случае их может быть две. Первая причина: группа CH2 действительно не существует в природе. Вторая причина: она существует, но её свойства таковы, что её весьма трудно определить.

 

       Что группы CH2 нет в природе в качестве самостоятельного вещества, в это невозможно поверить; против такого предположения восстаёт разум и интуиция. Однако, надо заметить, что данное вещество не очень-то искали. Его объявили несуществующим, исходя главным образом из теоретических соображений. Объясняется это следующим образом: углерод есть четырёхвалентный элемент. Каждый атом углерода имеет четыре единицы валентности, за счёт которых он может присоединять к себе другие атомы или атомные группы. Водород же одновалентен. Следовательно, атом углерода может присоединить к себе четыре атома водорода. В этом случае все его валентные связи становятся насыщенными до предела. Исходя из этого, метан – первый член предельного ряда, схематически можно изобразить так:

 

 

       У непредельных углеводородов в молекулах, согласно теории, имеются двойные или тройные связи между атомами углерода. К примеру, этилен схематически выглядит так:

 

 

       Таким образом, и тут все валентные связи углерода оказываются при деле, что и обеспечивает, согласно теории, возможность его самостоятельного существования.

 

       Другое дело группа CH2. Если представить его в свободном состоянии, то это выглядело бы, согласно тем же существующим представлениям, так: 

 

 

       Такая картина не укладывается в рамки теории, поскольку углерод в этом случае сохраняет две свободные незаполненные валентные связи, а это уже не укладывается в теорию, и потому группе решительно отказано в самостоятельном существовании.

 

       Но это в теории. Мы уже убедились в том, что теория далеко не всегда даёт адекватную картину действительности. Но попробуем вопреки теории сделать предположение, что такое соединение не только возможно, но и возможно именно как соединение весьма прочное и устойчивое в химическом отношении. Это может иметь место либо вследствие симметрии молекулы, либо потому, что молекула CH2 существует в сдвоенном, строенном и проч. Состоянии (допускается же теорией существование молекул воды в множественной связи), либо как бесконечно замкнутая цепь из произвольного числа групп. Имеется же окись углерода CO, где углерод двухвалентен; допускается же существование окиси азота NO, где, вопреки теории, азот двухвалентен. Принимая же во внимание широкое распространение группы CH2 в органических соединениях, а также принципиальную возможность её существования в свободном состоянии, можно считать, что она действительно существует именно в таком состоянии.

 

       Но предположим, что эта группа в самом деле существует в природе. Тогда естественно признать, что она не обнаружена потому, что обладает такими свойствами, которые весьма затрудняют её обнаружение. Если это так, то з известной долей уверенности уже априорно можно попробовать определить её физические свойства. Надо полагать, что это вещество должно, скорее всего, представлять собой газ, который бесцветен, не имеет запаха, химически неактивен, в воде нерастворим, то есть, иными словами, обладает такими свойствами, которые делают его практически незаметным и трудно определимым.

 

       В этой связи посмотрим, какими свойствами обладает азот. Кстати, учёным, установившим, что воздух состоит из смеси двух газов – азота и кислорода, был всё тот же Лавуазье. Так вот, чистый азот – это бесцветный газ, не имеющий запаха, мало растворим в воде, в химическом отношении весьма инертен. При обычной температуре он почти неспособен вступать в соединения (уже по этим причинам совершенно несостоятельны были предположения Дэви, что в его опытах по «разложению» воды образование азотной кислоты было якобы обязано азоту воздуха). Азот не поддерживает дыхания, за что и получил своё название – «нежизненный» (от греч. а – отрицательная частица и zoos – живой).

 

       Как мы видим, свойства азота весьма близки к предполагаемым свойствам группы CH2. Для сравнения возьмём ещё первый член гомологического ряда предельных углеводородов метан – CH4, наиболее близкий по составу к группе CH2. Так вот, метан – лёгкий горючий газ, не имеющий запаха и почти нерастворимый в воде. При обычных условиях метан реагирует только с фтором и хлором. Как видно из свойств метана, он во многих отношениях похож и на азот, и на CH2. Отличаясь от этой группы на два атома водорода, он приобретает большую лёгкость и горючесть.

 

       На основании вышеприведенных фактов можно сделать следующий предварительный вывод: то, что на самом деле является молекулярной группой CH2, было в своё время ошибочно принято за элементарный газ, который в соответствии со своими свойствами был наречён «азотом».

 

       В самом деле, разве нельзя допустить, что учёный, первый обнаруживший группу CH2 и не зная её химического состава, столкнувшись с тем, что она химически инертна, не разлагается на составные элементы, не поддерживает жизни, бесцветна, без запаха, пришёл к естественному в этих условиях выводу, что данное вещество однородно по составу. Признавали же долгое время воду за однородное вещество! Другими словами, азот дал о себе лишь тот минимум информации, который был обусловлен средствами воздействия на него и задачами исследователей. Всё, что позже не укладывалось в однажды определённые представления, относилось, как и во многих других аналогичных случаях, к «аномалиям» азота. Сразу замечу, что эти «аномалии» азота проявляют удивительное совпадение со свойствами и химической структурой не какого-нибудь вещества, но именно группы CH2. Поэтому, как и в случае с водой, можно предположить, что эти совпадения носят отнюдь не случайный характер, что в них имеется определённая закономерность, проливающая свет на истинную природу азота.

 

       Мнение об элементарном строении азота утвердилось отнюдь не сразу. Напротив, немало сил было затрачено на попытки разложить его. Кстати, герой известной повести Бальзака «В поисках абсолюта» был занят именно проблемой разложения азота. Лишь после того, как все такие попытки потерпели неудачу, было признано, что азот есть, наряду с кислородом и водородом, элементарный газ.

 

       Что же касается аномалий азота, то ещё известный химик Либих приводил в своей книге несколько опытов Фарадея, в которых последний обнаружил в ряде случаев аномальное появление аммиака. Фарадей наблюдал, что растительная клетчатка, льняное полотно, щавелево-кислый калий и многие другие, не содержащие азота органические вещества, при прокаливании с гидратом окиси калия, натрия или извести, которые также не содержат азота, выделяют аммиак – вещество азотосодержащее. Органические вещества при прокаливании без щелочей не давали реакции на аммиак; при прокаливании же со щелочами происходило образование аммиака. Можно было бы здесь усмотреть, как и в опытах Дэви с водой, действие азота воздуха, но Фарадей повторил эти опыты в атмосфере чистого водорода. В этом случае также, когда присутствие азота было совершенно исключено, аммиак не преминул образоваться.

 

       Другой не менее интересный опыт заключался в следующем: небольшое количество калия и цинка было прокалено вместе. Одна часть смеси была помещена в склянку, которую тотчас же закрыли; другая часть была растворена в воде, прозрачный раствор выпарен досуха и оставлен на сутки. По истечении некоторого времени в первой порции были обнаружены лишь сомнительные следы аммиака; в другой же порции, которая была растворена в воде, присутствие аммиака обнаруживалось без труда. Либих заключает: «…, следовательно, имелась какая-то неизвестная причина, вызывавшая образование аммиака, — это был вывод, к которому Фарадей пришёл на основании своих опытов.»16

 

       Итак, откуда в опытах мог появиться азот – вот в чём главный вопрос! Взглянем на них глазами предложенной здесь гипотезы. В опытах Фарадея образование аммиака было связано в первом случае с органическими веществами, содержащими в своём составе группу CH2; во втором же случае – с водой, которая согласно предложенной гипотезе содержит ту же группу. Поскольку, по моему убеждению, азот и группа CH2 – одно и то же вещество, то неизвестная причина, вызвавшая якобы аномальное образование аммиака в опытах с органическими веществами и водой, перестаёт быть таковой. В том и другом случае аммиак получался вследствие воздействия различных щелочей на органические соединения, содержащие группу CH2.

 

* * *

 

       Обратимся теперь к эпохе, менее отдалённой от нас по времени, — к эпохе становления атомной физики, эпохе открытия элементарных частиц и к одному с основоположников атомной физики Резерфорду с его опытами по изучению альфа-частиц, излучаемых эманацией радия в различных средах. Его опыт сводился, в общем, к следующему. В стеклянную или кварцевую трубку помещался радий, являвшийся источником излучения альфа-частиц. Трубка могла заполняться любым газом. На определённом расстоянии от источника излучения ставился экран из сернистого цинка, причём он располагался дальше расстояния максимального пробега альфа-частиц, которые не достигали его. Проделывая свои опыты в атмосфере водорода, Резерфорд заметил, что прохождение альфа-частиц через водород вызывает многочисленные слабые искрения на экране (сцинцилляции). Для исследования причин данного явления Резерфорд предпринял серию аналогичных опытов в различных газовых средах. Когда аппарат заполнялся сухим кислородом или углекислым газом, то число искрений сильно уменьшалось. Из этого Резерфорд сделал вывод, что искрения экрана связаны с наличием в атмосфере водорода. Совершенно неожиданный эффект был получен им, когда в аппарат был введён сухой воздух. Вместо предполагаемого уменьшения числа искрений на основании того, что воздух водорода не содержит, а состоит, как известно, из кислорода и азота, их число, наоборот, увеличилось. Данное обстоятельство весьма озадачило Резерфорда, поскольку опрокидывало сделанный им прежде вывод о связи искрений экрана с наличием водорода. Поскольку аномальный эффект наблюдался в воздухе, а не в кислороде или углекислом газе, то, естественно, он был отнесён на счёт азота. Для подтверждения этого предположения аппарат был заполнен химически чистым сухим азотом. Число искрений возросло ещё больше по сравнению с их числом в воздухе. Этот эффект Резерфорд так и назвал: «аномалией азота». Но самое интересное, он обнаружил, что атомы с большим пробегом, возникающие при пропускании через азот альфа-частиц, как по величине пробега, так и по яркости возбуждаемых ими искрений, чрезвычайно похожи на атомы водорода, и более того, они являлись, по его мнению, ничем иным как именно атомами водорода.

 

       Возникает естественный вопрос: откуда мог взяться водород в химически чистом азоте? Резерфорд прямо пишет, что результаты опытов дают весьма сильное доказательство того, что частицы, освобождаемые из азота альфа-частицами, суть атомы водорода.17 Перед учёным встала непростая задача объяснить аномальное поведение азота. Естественно, что при этом он исходил из существующих представлений об азоте как химическом элементе, но не как молекуле, состоящей из атомов различных элементов, в том числе и водорода. Резерфорду не оставалось ничего иного, как предположить, что вследствие громадных сил, развиваемых при столкновении альфа-частиц с атомами азота, последний распадается, освобождая водородный атом, образующий, по его мнению, составную часть ядра атома азота. Этим объяснением удовлетворились, и оно было принято как окончательное вследствие отсутствия каких-либо иных рациональных объяснений.

 

       Однако, данное объяснение не может не вызвать ряд возражений и сомнений. Почему только азот подвергся такому разрушительному действию альфа-частиц, но не атомы других испытываемых газов? Почему энергии альфа-частиц было достаточно для разрушения такого прочного образования, каким считается атом азота, и недостаточно для разрушения других? Вместе с тем, если исходить из предположения, что азот есть не что иное, как молекулярная группа CH2, то легко находится объяснение появлению водорода: энергии альфа-частиц вполне, видимо, было достаточно для разрыва молекулярной связи между атомом углерода и атомами водорода в соединении CH2, что и служило причиной повышенного искрения на экране при проведении опытов в воздухе и в атмосфере чистого азота.

 

       С другой стороны, опыт Резерфорда можно вполне рассматривать как ещё одно подтверждение предположения, что азот есть вещество органическое, состоящее из атома углерода и двух атомов водорода. Что касается последнего, а именно, представления об азоте как молекуле, состоящей из соединения углерода и водорода, то об этом косвенно свидетельствует ещё одна, притом очень важная для нашей гипотезы «аномалия» азота.

 

       Дело вот в чём: атомные веса лёгких атомов выражаются формулами или 4n, или 4n+3, где n – целое число. Например, атомные веса кислорода и углерода выражаются формулой 4n. Атомный вес кислорода равен 16, то есть здесь n=4 (4 x 4 = 16); атомный вес углерода равен 12, здесь n=3 (4 x 3 = 12). Таким элементам, как фтор фосфор и др. отвечает формула 4n+3. Атомный вес фтора, например, равен 19; следовательно, принимая n=4, получим (4 x 4) + 3 = 19 и т.д.

 

       И вновь единственным элементом, не пожелавшим подчиниться этим формулам, был, разумеется, азот, атомный вес которого уже особо приходилось выражать персональной формулой 4n+2. В самом деле, поскольку атомный вес азота равен 14, то иной формулы к нему применить просто нельзя. Однако, и в данном случае, если рассматривать азот как группу CH2, то есть не как элемент, а как молекулу, состоящую из двух атомов, то становится ясным, почему он не подчиняется той закономерности, которая связывает все другие элементы. И вот тут-то вступает в действие ещё одно весьма важное обстоятельство. Дело в том, что молекулярный вес группы CH2, как и атомный вес того, что называется азотом, равен 14 (атомный вес углерода 12 + атомные веса двух атомов водорода 1+1, в сумме = 14). Совпадение атомного веса азота и молекулярного веса группы CH2 можно, конечно, снова принять за случайность. Но не слишком ли много таких случайностей? Если каждая случайность так или иначе отражает какую-то закономерность, то совпадающие и повторяющиеся случайности выражают уже саму закономерность.

 

       Рассмотренные здесь «аномалии» воды и азота, взятые сами по себе, мало что говорят и остаются непонятными и рационально необъяснимыми отклонениями. Взятые же в своей системной совокупности, а также в связи с общей идеей их непременной взаимозависимости, они отражают уже вполне определённую закономерность, которая служит подтверждением выдвинутых предположений о природе воды и азота. Главное же, на что хотелось бы обратить внимание, что все рассмотренные выше «аномалии» исчезают как по мановению волшебной палочки при допущении, что вода есть органическое соединение, включающее группу CH2. Азот, в свою очередь, есть не что иное, как сама эта группа. В этом случае всё разом становится на свои места без всяких натяжек и дополнительных искусственных построений. Находят своё естественное и закономерное объяснение такие «аномалии», как температура кипения воды, скорость её проникновения в живые клетки, образование азотной кислоты и аммиака при электролизе воды, атомный вес азота, его поведение при облучении альфа-частицами, образование аммиака из органических соединений и воды и т.д.

 

* * *

 

       В результате проведённого исследования так называемых аномалий воды и азота, анализа их чудесных и не столь чудесных метаморфоз, равно как и короткого путешествия в историю возникновения представлений об их химическом составе и строении, нельзя не прийти к естественному выводу, что бытующие представления о воде и азоте не соответствуют их подлинному облику и содержанию. На этом основании я считаю, что выдвинутая мной гипотеза о том, что вода и азот являются веществами органическими и что их химический состав определяется, соответственно, формулами CH2O и CH2, в гораздо большей мере отвечает действительности, нежели существующие взгляды на них.

 

       Из этих двух формул следует не только то, что вода и азот вещества органические, но – и это самое главное, — что химический состав воды и химический состав воздуха тождественны: тот и другой состоят из углеводородной группы CH2 и кислорода, но только в разных структурных модификациях. Но тем самым прежде оборванные нити единства жизни, единства всех трёх сфер – гидросферы, атмосферы и биосферы – связываются прочными и неразрывными нитями в систему взаимозависимости явлений органического мира, опирающуюся, как на фундамент, на общее для всех трёх сфер вещество – CH2, как бы его при этом не называть.

 

       В самом деле, если верна гипотеза, что вода есть органическое вещество, что состав воздуха и воды идентичен (как тут не вспомнить ещё раз Аристотеля и других древних мудрецов!), если то и другое – лишь модификации одного и того же вещества, тогда можно считать решённой задачу как об устойчивом и постоянном источнике пополнения атмосферы, так и об углеродном питании растений, а значит – и о жизни на Земле вообще. В этом случае, три означенных сферы – уже не конгломерат случайных и малосвязанных друг с другом образований, но в полном смысле единая органическая система в неразделимой взаимосвязи и взаимозависимости всех её компонентов.

 

       Под конец данного раздела ещё одно маленькое замечание. Могут заметить, что если автор прав в своих предположениях, то это, видимо, можно легко доказать в любой лаборатории практически, т.е. опытным путём. Чего, казалось бы, проще! Однако, если бы это было и на самом деле так просто, то не нужно было бы так подробно описывать здесь те многочисленные блуждания, которыми шла человеческая мысль, чтобы в конечном итоге окончательно запутаться. И это не только в рассматриваемом здесь вопросе, а повсюду. Я уже молчу о той области, которой занимаюсь профессионально – политике и философии. Да, разумеется, я как автор, думал о возможности самого experimentum crucis, то есть решающего эксперимента, с помощью которого можно было бы раз и навсегда поставить все точки над i. Но такого эксперимента не может быть в принципе. О любом опыте всегда можно сказать, что в нём не соблюдены все условия, что он «грязен», что не учтено влияние разных побочных факторов и т.д., и т.п. Вот почему представляется, что только путём логико-теоретического сопоставления многочисленных обстоятельств, различных факторов и данных, равно как их философско-теоретического осмысления можно прийти к каким-то адекватным выводам. Однако, и в этом случае нет никаких гарантий тому, что в каком-то звене не допущена ошибка. Но ведь если бояться ошибиться, то не следует браться за науку вообще, где, выражаясь словами поэта, на грамм добычи – тысячи тонн словесной руды.