Теория изоморфизма

Окончательное выделение химии в самостоятельную науку и важные открытия в физике изменили отношение людей к естественным наукам. Однако, в то время как в Англии и Франции развитие естествознания и техники поощрялось обществом, в Германии оно тормозилось консервативными силами. Хуже всего обстояло дело в Пруссии.

        Берлинский университет, основанный в 1809 г, не привлекал молодежь изучать естественные науки. Университет испытывал материальные затруднения; кроме того, экспериментальные исследования в нём не поощрялись. К первым профессорам химии Берлинского университета принадлежит Мичерлих, возглавлявший там кафедру с 1822 по 1863 г.

      Эйльгард Мичерлих (Eilhard Mitscherlich) родился 7 января 1794 года в семье пастора в маленьком селении Нёйенде на севере Германии (ныне Вильгельмсхафен) . Он был вторым ребёнком в семье.

В юности он мечтал изучать культуру народов Востока.

В 1811- 1813 г.г. изучал филологию в Гейдельбергском университете с упором на персидский язык, а затем в Париже изучал историю и культуру народов Востока. В 1814 г. защитил диссертацию и стал доктором философии.

      В 1813 году он отправился в Париж, чтобы получить разрешение присоединиться к посольству, которое Наполеон основывал в Персии.

    Отречение Наполеона Бонапарта в 1814 г. положило этому конец, и Митчерлих решил изучать медицину, чтобы пользоваться той свободой передвижения, которую обычно допускали на Востоке для врачей. Он начал в Гёттингене с изучения химии, и это настолько увлекло его, что он отказался от идеи путешествия в Персию.

В 1818 Мичерлих отправился в Берлин, где занимался в лаборатории Генриха Фридриха Линка. Предпринял попытку занять должность профессора химии в университетах Галле или Берлина, но получил отказ и совет сначала опубликовать результаты своих исследований.

         Работы Мичерлих обратили на себя внимание Берцелиуса, у которого Мичерлих проработал год в его лаборатории в Стокгольме. В 1819 году Берцелиус предложил Прусскому министру образования Мичерлиха в качестве преемника Мартина Генриха Клапрота в Берлинском университете. Министр не сразу выполнил это предложение, но он получил для Мичерлиха правительственный грант, чтобы позволить ему продолжить свои исследования в лаборатории Берцелиуса в Каролинском институте в Стокгольме. Мичерлих вернулся в Берлин в 1821 г., а в 1822 г. он занял место умершего Клапрота в Берлинском университете.

            В то время в Берлинском Университете не было не только необходимого оборудования, но даже помещений для лабораторных занятий студентов изучавших естественные науки. Поэтому Мичерлих, как и другие химики - Потт, Маргграф, а также его непосредственный предшественник Клапрот, вынужден был работать в химической лаборатории Прусской Академии наук.

      Эта лаборатория была значительно расширена Мичерлихом и оборудована по образцу лаборатории Берцелиуса, Там Мичерлих организовал механическую мастерскую, в которой изготовлялись лабораторные приборы и аппараты, зачастую создаваемые по его собственным эскизам.

        Мичерлих сопровождал свои лекции в университете демонстрацией физических и химических опытов, а для студентов, особенно интересующихся экспериментальной работой, он вёл по понедельникам в академической лаборатории практические занятия. Впоследствии из-за большого наплыва желающих заниматься химическими работами Мичерлих стал допускать к ним лишь наиболее способных из своих учеников. Среди них были: Густав Мангус, который устроил впоследствии на своей квартире в Берлине первую физическую лабораторию, и Адольф Франк - основатель немецкой промышленности калийных удобрений.

     Господствовавшие тогда в Пруссии дворянство и правящий королевский двор вследствие их отсталости и недальновидности не смогли и не захотели понять громадную пользу химии для развития экономики страны. Поэтому Мичерлих не получил средств на строительство университетской химической лаборатории. Вероятно, в этом кроется причина того, что впоследствии научные интересы Мичерлиха сместились в сторону физики, минералогии и геологии. Преподавательской деятельностью Э. Мичерлих занимался до конца жизни. Лишь за несколько месяцев до смерти он перестал читать лекции студентам. Его сменил сын Александр, выдержавший к этому времени экзамен для занятия должности доцента.

         За сорок пять лет научной деятельности Мичерлих провел исследования в различных областях естествознания. Им были выполнены физико-химические работы (преимущественно в области кристаллографии), исследования по неорганической, органической химии, в области физиологии, а также геологии.

        Труды Мичерлиха по кристаллографии способствовали созданию классификации элементов и разработке более точных методов определения атомных масс.

Главную заслугу Мичерлиха составляет открытие изоморфизма: он обнаружил, что «равному числу атомов, если они соединены одинаковым образом, присущи одинаковые кристаллические формы». Согласно этому закону, два соединения могут образовывать смешанные кристаллы (изоморфные смеси), только когда они имеют аналогичный состав. И наоборот, если имеется изоморфная смесь, можно заключить, что закристаллизовавшиеся совместно вещества имеют одинаковый состав. Основываясь на том, что массы изоморфных соединений соотносятся между собой, как массы элементов, из которых они состоят, Мичерлих создал метод определения атомных масс исходя из результатов анализа веществ. Вместе с установленным в том же году Дюлонгом и Пти правилом постоянства атомных теплоемкостей это позволило Берцелиусу максимально точно определить атомные массы элементов в твердом состоянии и создать предпосылки для систематизации элементов.

Занимаясь исследованием состава фосфорнокислых и мышьяковокислых солей, Мичерлих сделал наблюдение, что соли их, отвечающие одним и тем же основаниям, кристаллизуются в одинаковых формах. Отдельные факты, предугадывавшие эту теорию, были известны до Мичерлиха. Однако Мичерлих установил теорию изоморфизма совершенно самостоятельно. В подтверждение своей теории, Митчерлих получил селеновую кислоту и показал изоморфизм её солей с солями серной кислоты; исследовал соли марганцовистой и марганцовой кислот и показал изоморфизм первых с сернокислыми, а последних с хлорными солями. Открытие изоморфизма имело громадное значение для химии и минералогии. Берцелиус тотчас же воспользовался изоморфизмом для выяснения атомного состава различных веществ. Лабораторные исследования он проводит в лаборатории Прусской Академии наук, так как в университете не было лаборатории.

         В 1823 году Митчерлих был избран иностранным членом Шведской королевской академии наук.

С открытием изоморфизма кристаллическая форма стала очень важным признаком для характеристики веществ. В минералогической классификации (Розе) изоморфизм произвел значительный переворот. В 1826 г. Мичерлих установил диморфизм кислой фосфорно-натровой соли и серы, а вслед за тем и некоторых других веществ. Явлением диморфизма объяснился и тот факт, что углекислый кальций является в природе в двух кристаллических формах (арагонит и известковый шпат). В 1833 г. Мичерлих произвел целый ряд тщательнейших определений плотностей пара многих веществ и при этом проверил объемные законы Гей-Люссака.

     Мичерлих занимался также геологическими исследованиями, посвященными вопросу о природе вулкан ических сил.

Большое научное значение имеют его работы, касающиеся искусственного получения минералов. В области органической химии Мичерлиху принадлежит ряд важных работ, касающихся бензола и его производных (1834).

В 1829-1833 гг. Мичерлих издал «Учебник химии» в двух томах.

        Мичерлих был выдающимся педагогом и много сделал для организации системы химического образования в Пруссии. Преподавательской деятельностью Э. Мичерлих занимался до конца жизни.

Профессор Берлинского университета (с 1822), Мичерлих был членом Прусской академии наук (1821), иностранным членом Лондонского Королевского общества (1828), Парижской академии наук (1852, иностранным членом -корреспондентом Петербургской академии наук (1829).

     Митчерлих был почётным членом почти всех крупных научных обществ, был награждён золотой медалью Лондонского Королевского общества за открытие закона изоморфизма. В 1855 году Мичерлих был избран иностранным почётным членом Американской академии искусств и наук.

На его дочери Агнес Софии Фридерике был женат хирург Вильгельм Буш. Его внук агрохимик Эйльхард Альфред Мичерлих.

     В декабре 1861 года проявились симптомы болезни сердца, но Мичерлих смог продолжить свою академическую работу и работал до декабря 1862 года. Он умер в Шёнеберге недалеко от Берлина 18 августа 1863 года и был похоронен на кладбище Святого Матфея в Шёнеберге, недалеко от могилы Густава Кирхгофа и Леопольд Кронекер.

Исследуя в 1818 году фосфаты и арсенаты, он обнаружил, что "вещества различной химической природы во многих случаях могут обнаруживать одинаковые или, по меньшей мере, очень близкие кристаллические формулы". На основании дальнейших исследований он пришёл к выводу: "Равному числу атомов, если они соединены одинаковым образом, присущи одинаковые кристаллические формы, эта кристаллическая форма определяется не только природой атомов, но также их числом и способом соединения".

Из работ Мичерлиха в области органической химии большое значение имело исследование образования диэталового эфира из этанола (1834). В 1836 г. Берцелиус для обозначения таких реакций ввёл термин "катализ".

Синтезировав нитробензен и другие производные бензена, Мичерлих заложил тем самым основы промышленности красителей.

Изучение реакций углеводов, крахмала и процессов брожения имели большое значение для развития химии сахаров и создания сахарной промышленности. Он объяснил процесс распада тростникового сахара на виноградный и фруктовый сахар, т.е. инверсию.

Мичерлих был широко известным педагогом. О его двухтомнике "Учебник химии" Либих сказал: "Это самая лучшая книга из всех, которые мне встречались''.

По предложению Мичерлиха его ассистент Август Троммер разработал известный способ обнаружения различной природы углеводов, известный до настоящего времени как "проба Троммера".

        Будучи членом научной группы медицинского ведомства, Мичерлих разработал мероприятия по улучшению гигиенического обслуживания населения и усовершенствования техники криминалистической экспертизы: усовершенствовал пробу Марша на мышьяк и дал новую, более чувствительную методику для обнаружения следов свободного белого фосфора (проба Мичерлиха на фосфор).

        Исследовательская и преподавательская деятельность Мичерлиха в первой половине XIX в. заложила фундамент для быстрого развития химии, делавшей в то время еще первые шаги. Результаты химико-кристаллографических работ, равно как и широкое применение физических методов в химических исследованиях, позволяют по праву считать Мичерлиха одним из первых физикохимиков, хотя он и не оказал такого значительного влияния на развитие этой области науки, как его современники Бунзен и Копп.