Альфред Вернер
Академик И.И. Черняев писал в 1966 году:
«Прошло более полвека со дня присуждения А. Вернеру Нобелевской премии за созданную им координационную теорию. Плодотворность ее ощущается все время, и с помощью современных методов исследований в области строения молекул обнаруживаются новые факты, неизменно укрепляющие оставленное Вернером научное наследство. Что касается практического значения реакций комплексообразования, то сейчас трудно назвать отрасль химической промышленности, в которой они хоть в какой то мере не участвовали бы.
Я полагаю, что работы А. Вернера во всей их совокупности до сих пор еще не оценены полностью, но при всех обстоятельствах богатейшая химическая жизнь этого великого ученого вызывает удивление и глубокую благодарность».
Альфред Вернер родился 12 декабря 1866 года в городе Мюлузе (Эльзас). Он был четвертым ребенком в семье токаря Жана Адама Вернера.
Его мать, Саломея Жанетта Вернер, происходила из богатой протестантской семьи. Домашние «бразды правления» находились у нее в руках. В шесть лет мальчик пошел в начальную школу. Уже тогда проявились его поразительные способности, учитель часто говорил ему: «Ах, Альфред, если бы ты только захотел, то мог бы стать первым учеником».
В 1878 году Альфред окончил начальную школу. После этого юноша поступает в Техническое училище. Здесь Альфред входил в число лучших учеников - он учился увлеченно, можно сказать вдохновенно. Именно в училище Вернер увлекся химией. В домашних условиях он начал проводить химические опыты. Вместе с тем юный ученый интересовался литературой, искусством и в особенности архитектурой.
Незадолго до окончания училища Вернер написал свое первое научное сочинение «Сообщение о мочевой кислоте и о рядах теобромина, кофеина и их производных» (сентябрь 1885 года).
Интересно, что об этой работе Вернер вспомнил в речи по случаю присуждения ему Нобелевской премии: «Не имея никаких собственных экспериментальных данных, я просто скомпилировал работы о соединениях мочевой группы, которая, как я полагал в своем юношеском энтузиазме, воплощала в себе всю органическую химию… Я пошел к директору химической школы в Мюлузе профессору Эмилио Нелтингу… и показал ему работу. Он взял ее и велел мне прийти через восемь дней. Точно в назначенный срок я пришел, полный радужных надежд. И хотя профессор высказал много хвалебных слов о моей работе, он не скрыл от меня, что переворота в органической химии я не произвел и что мне еще предстоит много учиться. Я был до известной степени удовлетворен его отзывом и немедленно спросил, сколько, по его мнению, мне потребуется времени, чтобы стать профессором. Он улыбнулся и ответил, что придется запастись терпением лет на семь восемь».
В октябре 1885 года Альфреда призвали в германскую армию в качестве «одногодичного вольноопределяющегося». Отслужив ровно год в городе Карлсруэ Вернер тотчас же уволился из армии.
Альфред решил продолжить образование в Цюрихском политехникуме - одном из самых передовых учебных заведений в Европе. Осенью 1886 года он успешно сдал экзамены. В то время в политехникуме преподавали такие крупные химики, как А. Ганч. Г. Лунге. Г. Гольдшмидт, Ф. Тредуэлл. Вернер всю жизнь с теплотой и благодарностью вспоминал этих учителей, давших ему превосходную школу. Успеваемость Альфреда была высокой, хотя позднее он говорил: «Мои учителя и однокурсники знали меня как не всегда усердного, но всегда веселого студента». На последнем, четвертом, курсе Вернер решил специализироваться в области органической химии. В дипломной работе подробно описал синтез некоторых органических и неорганических соединений. В августе 1889 года Вернер окончил Цюрихский политехникум и получил звание технического химика.
По предложению одного из преподавателей профессора Г. Лунге, Альфред стал внештатным (неоплачиваемым) ассистентом в его химико технической лаборатории. «Возможно, лучше бы мне пойти на фабрику. - писал он отцу, - но признаюсь, что я считаю ученую карьеру своим призванием».
Тогда же под руководством профессора А. Ганча Вернер начал свою докторскую диссертацию. Учителя и ученика сравнивает Г. Кауффман: «Во многих отношениях эти два человека представляли собой резкую противоположность. Ганч был худощав, сдержан, умерен в своих житейских потребностях и всегда себя держал в руках. Вернер, напротив, был склонен к полноте, общителен, любил табак и алкоголь, временами был слишком эмоциональным и даже экспансивным».
Вернер всю жизнь был благодарен Ганчу. Свой капитальный труд «Учебник стереохимии» (1904) он посвятил с благодарностью своему учителю.
В 1890 году в «Докладах Немецкого химического общества» появилась статья Ганча и Вернера «О пространственном расположении атомов в азотсодержащих молекулах». Ганч признавал, что «опубликованная теория во всем существенном является духовной собственностью А. Вернера, который совершенно самостоятельно со всей ясностью сформулировал ее основные положения со всеми важнейшими выводами».
В этой теоретической части докторской диссертации Вернера впервые получила прочную научную основу стереохимия азотсодержащих соединений. Вернер впервые высказал идею, что «три валентности атома азота в некоторых соединениях направлены к углам тетраэдра, четвертый угол которого занимает сам атом азота».
Защита докторской диссертации Вернера состоялась в октябре 1890 года в Цюрихской высшей школе. Один из оппонентов, профессор А. Абелянц, отметил в своем отзыве, что докторская диссертация Вернера - «выдающееся достижение», так как она не только внесла крупный вклад в объяснение хорошо известных случаев изомерии, но и привела к открытиям новых стерео изомерных азотсодержащих соединений.
Цюрихская высшая школа присудила Вернеру степень доктора философии «с особым признанием замечательных успехов». После защиты диссертации ученый полон оптимизма: «Я начинаю занимать свое место среди химиков нашего времени, и. если небо сохранит мне здоровье, я собираюсь превзойти их всех, одного за другим, так как слава -не пустое слово. Это личное удовлетворение человека, которое столь необходимо в моменты слабости».
В 1890-1891 годах Вернер занимался исследованием стереоизомерии производных бензгидроксамовой кислоты. Благодаря полученным экспериментальным данным, ученый сумел показать существование геометрической изомерии у некоторых производных бензгидроксамовой кислоты.
Большой интерес представляла теоретическая часть этой работы «К теории сродства и валентности». Вернер выдвинул оригинальные идеи о химическом сродстве: «сродство есть сила притяжения, действующая из центра атома равномерно ко всем частям его шарообразной поверхности». Принимая атом «ради простоты» шарообразным, он рассматривал его как определенную пространственную часть «единой материи».
В октябре 1891 года Вернер представил на суд Высшему швейцарскому ученому совету конкурсную работу и просил разрешить ему преподавание химии в Цюрихском политехникуме. Не дожидаясь его решения, ученый отправляется в Париж, где начал работать в термохимической лаборатории М. Бертло в «Коллеж де Франс».
«От Бертло в Париже, вспоминал впоследствии Вернер, я узнал, что вполне возможно разрешать химические проблемы на основе концепций, отличающихся от тех, которые признавались в то время». Здесь Вернер выполнил первое исследование по неорганической химии «Об основном нитрате кальция».
Весной 1892 года Вернер покинул гостеприимную Францию. В январе того же года Высший швейцарский ученый совет, рассмотрев его «конкурсную работу», признал, что ученый вполне достоин звания приват доцента. Вернувшись в Цюрих, ученый получил, наконец, возможность читать лекции перед студенческой аудиторией родного политехникума.
29 сентября 1893 года, всего в 27 лет, Вернера избрали профессором Цюрихской высшей школы. Это было признание способностей молодого ученого, что подтвердила появившаяся вскоре его знаменитая координационная теория.
В 1893 году немецкий «Журнал неорганической химии» опубликовал статью Вернера на 63 страницах «О строении неорганических соединений», ознаменовавшей новую эпоху в развитии представлений о природе и строении комплексных соединений. В ней автор мастерски изложил теорию, позволившую объяснить особенности строения значительного класса веществ - координационных, или комплексных, соединений.
По мере развития химии, открытия и изучения все новых и новых соединений ученые все чаще стали сталкиваться с координационными соединениями. Для объяснения их строения и свойств Вернером была разработана координационная теория, в основу которой легли положения стереохимии и теории электролитической диссоциации. По Вернеру, комплексные, или координационные, соединения построены следующим образом: в центре молекулы находится один атом или ион металла. Вокруг него расположены атомы и их группы, связанные с центральным атомом координационными связями. Эти атомы и группы называются лигандами. Типичные лиганды анионы кислот (кислотные остатки) и некоторые нейтральные молекулы (обычно небольшого размера, содержащие атомы кислорода, азота, фосфора, серы и др.). Наиболее распространенные лиганды в комплексных соединениях - вода, аммиак, оксид углерода.
Общее число молекул или ионов, непосредственно связанных с центральным атомом, называется координационным числом. Известны молекулы с координационными числами от 1 до 12 (чаще всего встречаются 4 и 6). Лиганды вместе с центральным атомом образуют внутреннюю сферу комплекса. Известны координационные соединения, состоящие только из внутренней сферы, например карбонилы железа, никеля, хрома. Но в большинстве случаев вокруг внутренней сферы образуется еще и внешняя - из ионов, не связанных непосредственно с центральным атомом или ионом. Эти ионы обычно располагаются по вершинам правильных многогранников вокруг внутренней сферы и во многих химических реакциях участвуют различным образом: внутренняя сфера - как один многозарядный ион, внешняя сфера как обычные ионы. Простейший пример такого координационного соединения ферроцианид калия.
Вернер распространил стерео химические представления на область комплексных соединений. Созданная им координационная теория позволила представить пространственное строение этих соединений. Ученый предположил, что комплексные соединения с координационным числом 6 имеют пространственное строение октаэдра, а с координационным числом 4 - плоского квадрата.
В 1911 году Вернер обнаружил предсказанные ранее оптически активные неорганические изомеры - соединения кобальта, хрома, железа. Это было крупным успехом координационной теории. Оптическая активность перестала быть специфическим свойством молекул с асимметрическим атомом углерода. Вернер составил грандиозную программу изучения нового класса соединений и сумел силами своей научной школы заложить основу химии координационных соединений. Работы Вернера наметили пути дальнейшего развития неорганической химии и выявили общность в эволюции представлений о структуре и свойствах органических и неорганических веществ.
На основе координационной теории в наши дни объясняется химическое строение таких важных веществ, как хлорофилл, гемоглобин, лаки, ферменты.
Научные интересы Вернера не ограничивались разработкой проблем химии координационных соединений. В 1905 году он предложил близкий к современному вариант длиннопериодной системы химических элементов, а в 1907 году разработал новую теорию кислот и оснований которая стала важной предпосылкой создания в двадцатые годы теории кислотно основного катализа.
В 1913 году Вернер был удостоен Нобелевской премии «в знак признания его работ о природе связей атомов в молекулах, которые позволили по новому взглянуть на результаты ранее проведенных исследований и открыли новые возможности для научно исследовательской работы, особенно в области неорганической химии».
Со свойственной ему прямолинейностью цюрихский профессор заявил: «Я никогда не отвергал мысль, что когда нибудь это произойдет. Но я не ожидал, что это будет в этом году. Я знаю, что работал весьма тщательно. Химические исследования всегда были для меня удовольствием. И я испытывал ни с чем не сравнимое наслаждение, когда мне удавалось на основании размышлений прийти к новым выводам, которые можно было подтвердить экспериментально».
Своим многолетним трудом Вернер подвел прочный экспериментальный фундамент под созданное им координационное учение, утвердил его в науке, превратил из гипотезы в строгую, всесторонне обоснованную теорию. Из под его пера вышли 174 печатные работы, освещающие экспериментальные исследования, две монографии, сыгравшие большую роль в развитии науки, и много научно популярных статей.
Вернер женился 1 октября 1894 года. Его суженой стала 21 летняя Эмма Вильгельмина Гискер. приемная дочь протестантского пастора. Через три недели после свадьбы ученый принял швейцарское гражданство как лицо «безупречной репутации с годовым доходом 4000 франков».
В 1897 году в семье Вернеров родился сын, которого назвали Альфредом Альбертом Юлиусом, или, по домашнему, Фреди. После его рождения по проекту ученого был построен комфортабельный особняк. Весной 1898 года Вернеры вселились в этот прекрасный дом, в котором ученый жил до самой смерти.
В 1902 году в семье Вернера родился второй и последний ребенок - дочь Иоганна Эмма Шарлотта. Вернер души не чаял в детях. Во время каникул родители с детьми отправлялись на один из горных курортов. В то время ученый сильно увлекался альпинизмом. В молодые годы Вернер был также завзятым конькобежцем, увлекался и парусным спортом.
Уже в зрелом возрасте ученый увлекся охотой. В последние годы жизни он часто проводил свободное время в обществе своих друзей, играл на бильярде, в шахматы, карты.
Вскоре после получения Нобелевской премии самочувствие Вернера заметно ухудшилось. Диагноз врачей был неутешительным - общий атеросклероз. Болезнь медленно, но неуклонно прогрессировала. 15 ноября 1919 года Вернер скончался.