— Но все вопросы, связанные с винной кислотой, уже выяснены, — возразил Вант-Гоффу брат. — Установлено, что оба асимметрических углеродных атома имеют противоположное пространственное строение: один — левое, другой — правое, вследствие чего молекула неактивна.
— И все же теория становится теорией только тогда, когда все ее предвидения могут подтвердиться опытом. Ты займешься этой задачей. Для начала возьмем яблочную кислоту. Согласно теории, для этой кислоты возможны такие изомеры. — Вант-Гофф набросал формулы на листе бумаги. — Наша задача — синтезировать их.
Задача была нелегкой и требовала большого искусства от экспериментаторов. Вант-Гофф с исключительным упорством совершенствовал свое мастерство экспериментатора. Он добивался цели с помощью остроумно и всегда просто поставленных опытов. Ученый почти всегда мог заранее определить, получится опыт или нет, и в случае неудачи тут же предлагал новый вариант.
Исследования, которыми занимался младший брат, шли точно по плану. В конце 1885 года он защитил докторскую диссертацию, а вскоре опубликовал материал своих исследований в статье, носящей название «Вклад в ознакомление с яблочной кислотой».
В это время Вант-Гофф и его сотрудники обратились к другой группе явлений, которые стали предметом широких теоретических и экспериментальных исследований. Вант-Гофф заинтересовался законами Пфеффера об осмотическом давлении и работами Рауля, изучавшего свойства разбавленных растворов.
Явление осмоса было открыто в 1748 году французом Жаном Антуаном Нолле[308]. Он затянул пленкой из свиного мочевого пузыря цилиндр, наполненный спиртом, и поставил его в большой сосуд с водной. Через некоторое время пленка вздулась, так как в цилиндре давление повысилось; когда же пленку прокололи иглой, спирт начал выливаться из цилиндра сильной струей. Позже было установлено, что подобный эффект наблюдается у растительных и животных клеток, которые играют роль полупроницаемой перегородки. Совершенно естественно, что профессор физиологии. Пфеффер поставил задачу определить точные значения осмотического давления. Для исследований он использовал однопроцентный раствор сахара и получил неожиданно высокие результаты.
Вант-Гофф не собирался повторять опыты Пфеффера. Как следовало из статей этого ученого, эксперименты проводились им с большой точностью, и определение высоты водяного столба в сконструированном Пфеффером осмометре не вызывало сомнения. Но разве можно было принять объяснение Нолле, утверждавшего, что давление создается лишь водой, так как перегородка пропускает молекулы воды, но не пропускает молекулы спирта? Аналогичным было объяснение и в отношении раствора сахара. Много вечеров просидел Вант-Гофф в своем кресле у камина, а тетрадь его все оставалась чистой. Он пытался найти теоретическое объяснение и выразить его математической зависимостью.
«Почему бы не представить систему в осмометре «вода — полупроницаемая перегородка — раствор» в виде цилиндра с поршнем? Раствор находится на дне цилиндра, поршень представляет собой перегородку, а над ним — вода. Это же основной метод термодинамики. Принципы газовой термодинамики применимы также к свойствам разбавленных растворов».
Вант-Гофф нарисовал цилиндр с поршнем, в пространстве под поршнем он написал «Раствор», а над поршнем — «Вода». Стрелки, направленные из раствора к воде, показывали, что в растворе существует давление, которое стремится поднять поршень вверх.
«Сначала надо рассчитать, какая работа требуется, чтобы поршень под действием осмотического давления передвинулся вверх, но можно и наоборот — выяснить, какая работа необходима, чтобы вернуть поршень вниз, преодолев осмотическое давление».
Вант-Гофф провел математические расчёты, заполняя лист формулами, и вот он, конечный результат!
«Невероятно! Зависимость точно такая же, как и для газов! Выражение абсолютно идентично уравнению Клайперона — Клаузиуса!» Вант-Гофф взял лист и повторил все расчеты. «Тот же результат! Законы осмотического давления идентичны газовым законам. Если и константа имеет то же самое значение, тогда можно рассматривать молекулы разбавленного вещества как молекулы газа, представив себе, что растворитель удален из сосуда. Константу можно вычислить по данным Пфеффера». Он снова взял тетрадь, и перо быстро заскользило по бумаге. Для сахарных растворов константа имела такое же значение, что и газовая постоянная. Аналогия была полной.
308
Жан Антуан Нолле (1700–1770) — французский ученый, ученик Клермонта и Реомюра, профессор экспериментальной философии в Коллеж де Наварр, известен открытием осмотического явления (1748 г.) и исследованиями по электричеству, изобрел электроскоп (1747 г.). О Нолле см.: Храмов Ю. А., ук. соч., с. 198–199.