Лаборатории

До начала XIX в. химическое образование было "кустарным". Обычно химии обучались либо у аптекаря, либо на стекольном заводе, либо в лабораториях при рудниках, а также селитроварнях.

В университетах с химией знакомились лишь поверхностно: в основном при изучении медицины, минералогии или физики. Это ознакомление редко сочеталось с лабораторно-практическим обучением. Например, в 1699 г. на медицинском факультете Лейпцигского университета удалось создать кафедру общей химии. Однако приглашенный на нее профессор Шайдер напрасно добивался у университетского начальства разрешения на оборудование лаборатории, хотя он был готов приобрести на собственные средства помещение, оборудование и приборы. Его предложение было отклонено, потому что "в сомнительных лабораториях обычно готовят не только соединения мышьяка, которые сами по себе ничего, кроме сильнейшего яда, не представляют, но и другие подобные ему вещества, создавая при их приготовлении величайший смрад, не говоря уже о том, что само испарение является ядовитым. А наряду с другими специфическими явлениями чад для ученых и всех студентов, занимающихся умственным трудом, почти невыносим" [84, с. 66]. Даже примерно 80 лет спустя администрация университета упорно придерживалась точки зрения, что "необходимости в подобного рода заведении нет и для университета это слишком дорого". И все это даже несмотря на то, что ландтаг^* ходатайствовал об организации химической лаборатории. Лишь спустя примерно 100 лет после Шайдера, в 1804 г., профессор К. Г. Эшенбах в результате длительной борьбы добился того, что для создания химической лаборатории в его распоряжение было предоставлено небольшое, мало приглядное помещение в Пляйсенбурге [84, с. 66]. И хотя столь неблагоприятное положение существовало не во всех университетах, все же характерно, что все большие открытия в последней трети XVIII в. были сделаны людьми, находящимися в стороне от университетской жизни, и даже нередко самоучками.

^* (Ландтаг - парламент в немецких государствах.- Прим. ред.)

Несколько более благоприятным для исследований положение было в академиях, особенно во Франции и Швеции. В Англии инициатива по оборудованию лабораторий и учебных центров находилась в основном в частных руках. Точно так же в немецких государствах отдельные лица создавали частные учебные и исследовательские центры, например И. Виглеб в г. Лангензальца и И. Троммсдорф в Эрфурте. Они готовили аптекарей, давая ученикам теоретическое и практическое химическое образование. Во Фрейберге при Горной академии тоже возникла исследовательская и учебная лаборатория, в которой работал В. А. Лампадиус, а в Йенском университете И. В. Дёберейнер ввел лабораторный практикум в преподавание химии в высшей школе.

Лаборатория Университета г. Альтдорфа (1700 г.)

Петербургская Академия наук работала в значительной мере благодаря плодотворной деятельности Ломоносова, способствовавшего развитию исследовательских работ и образования в России. В Петербург приглашались различные иностранные ученые, главным образом немецкие. В Италии, Испании и Нидерландах исследованиям и образованию в области естественных наук тоже уделялось значительное внимание. Здесь нет возможности останавливаться на особенностях системы образования в каждой стране. В общем в последней трети XVIII в. интерес к естественным наукам заметно возрос. Этому способствовали многочисленные учебники, которые в то время начали издаваться в основном не на латыни, а на национальных языках и стали доступны более широким кругам образованных людей. Они служили пособиями для самообразования и являлись источником не только общехимических сведений, но и специальных знаний для ремесленников, занимающихся крашением, дублением, изготовлением стекол, земледелием, металлургией [8, с. 70 и ел.]. К наиболее известным относилась книга Ж. Демахи "Лаборант в широком смысле", вышедшая в 1777 г. в Париже, а в 1801 г. в Лейпциге в немецком переводе [85], а также книги С. Гермбштедта.

В 1794 г. в Париже была основана Политехническая школа, которая изменила характер естественнонаучного образования и в которой проводились как практические, так и теоретические занятия. К этому времени химия благодаря системе Лавуазье стала намного понятнее. А Фуркруа и Л. Воклен, а также Ж. д'Арсе, не только читали лекции по основам химии, но и руководили занятиями в лаборатории. Гей-Люссак и Тенар проводили такую же работу, но в их маленьких лабораториях находилось место только для избранных.

В начале XIX в. в Англии врач Т. Томсон, подобно И. Троммедорфу из Эрфурта, ввел систематическое обучение химии. С 1818 по 1841 г. Томсон успешно руководил химическими занятиями в лаборатории в Глазго. Одновременно он способствовал развитию химии, написав учебник по химии, а также книгу "История химии"^*.

^* (Т. Томсон был страстным приверженцем и одним из первых популяризаторов "химической атомистики" Д. Дальтона. В третье издание своего учебника "Системы химии", опубликованное в 1807 г., Томсон с разрешения Дальтона включил основные положения его "химической атомистики". В специальной главе этой книги "Гипотеза Дальтона о плотности атомов газов" Томсоном был сформулирован открытый Дальтоном закон простых кратных отношений, приведена таблица атомных весов и символы химических элементов, предложенные Дальтоном. См. об этом подробнее в книге [176, с. 244].- Прим. ред.)

Когда Юстус Либих вынужден был прервать обучение фармации в Университете г. Эрлангена и переехать в Париж, он пришел в восторг от того, как преподавали химию Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар, от четкости изложения их лекций и доказательств. Теория и практика в их системе преподавания сливались в единое целое. В автобиографических записках о годах учебы в Париже Либих писал: "Лекция состояла из разумно расположенного ряда явлений, т. е. опытов, связь между которыми дополнялась устными объяснениями" [83, с. 21]. Привязанность к своим учителям Либих сохранил на всю жизнь. После франко-прусской войны 1870-1871 гг. Либих выступал за примирение с Францией и призвал к сбору пожертвований среди немецких ученых для их французских коллег.

Лаборатория Химико-фармацевтического института Либиха (1840 г.)

В 1824 г. Либих по рекомендации А. Гумбольдта был приглашен заведывать кафедрой химии в Гиссенском университете. Из года в год он увеличивал число учеников, получавших у него систематическое химическое образование. "Для того чтобы обучать сразу многих, необходим систематизированный план или последовательный путь, который прежде должен быть продуман и опробован... Преподавание в собственном смысле, которое вели опытные ассистенты, существовало в лаборатории только для начинающих; мои специальные ученики занимались каждый соответственно полученной ими предварительной подготовке. Я задавал задачи и ждал их выполнения... Руководства в собственном смысле не было; я каждое утро принимал от каждого в отдельности отчет о том, что сделано им накануне... я соглашался или делал возражения. Каждый вынужден был искать собственную дорогу" [83].

Аудитория в Химико-фармацевтическом институте Либиха (реконструкция музея Либиха в Гиссене)

Лекции Либиха всегда сопровождались экспериментом. Он расширил лабораторный практикум, в котором студент шаг за шагом упражнялся в мастерстве: от затачивания ножа для материалов до собирания приборов, от работы с лабораторным стеклом до работы на кали-аппарате. Одновременно студент обучался обращению с химическими веществами, ему представлялась возможность проводить качественный и количественный анализ и готовить препараты. Тот, кто заканчивал обучение, получив свидетельство от Либиха, был готов к самостоятельной работе и имел на руках документ, пользующийся международным признанием.

Число учеников у Либиха росло быстрее, чем расширялись помещения его лаборатории. Ф. Вёлер писал Ю. Либиху: "Знаю ли я, что ты знаменит, что со всех концов света, из России, Норвегии, Англии, Ирландии и Китая, приезжают, чтобы увидеть тебя? Меня русские посещают только потому, что Гёттинген лежит на пути из России в Гиссен. Верно ли, что сейчас у тебя органическим анализом занимается молодой гренландец?" [32].

Обучение и исследовательскую работу Либих объединял в единое целое. Наиболее способные студенты работали над проблемами, особенно интересовавшими Либиха. Результаты этих работ публиковались Либихом совместно с его студентами. Международная известность лаборатории Либиха была обусловлена как используемым им его методом обучения, так и многочисленными научными результатами [86, с. 21 и сл.].

Благодаря созданной Либихом системе обучения и исследований развитие высшего химического образования достигло кульминационной стадии. Основной характер сложившейся таким образом системы образования сохранился вплоть до XX в. Эта система оказалась способной к дальнейшему развитию, она соответствовала возросшей потребности в кадрах химиков. В свою очередь она же активизировала эту потребность, способствуя росту личностей, которые были в состоянии использовать научные методы в науке, промышленности и сельском хозяйстве.

В лабораториях Ф. Вёлера в Гёттингене, Р. Бунзена в Гейдельберге, Р. Фрезениуса в Висбадене, О. Л. Эрдмана в Лейпциге последовали примеру преподавания в Гиссенском университете. Однако в самых крупных немецких государствах - Пруссии^* и Австрии - химическое образование оставалось довольно отсталым. Поэтому Либих подвергал критике застой в развитии химии в этих странах. Изменения там произошли только после революции 1848 г.^** [87].

^* (В XVII в. на территории Германии образовалось много независимых государств (княжеств, герцогств, королевств), среди которых наиболее значительными были Пруссия и Австрия. Объединение Германии практически завершилось в 1871 г. образованием Германской империи.- Прим. ред.)

^** (Буржуазно-демократическая революция 1848-1849 гг. в Австрии началась в марте 1848 г. Окончательно была подавлена в марте 1849 г. В результате революции был проведен ряд буржуазно-либеральных реформ, в частности реформа образования.- Прим. ред.)

Во второй половине XIX в. были созданы новые химические институты в Берлине, Бонне и Лейпциге, которые по сравнению с уже существовавшими были значительно крупнее и оснащены более современным оборудованием. Значение химико-технического образования еще более возросло благодаря созданию высших химических школ в ряде городов: в Аахене (1870 г.), Дрездене (1875 г.), Мюнхене (1877 г.), Берлине (1879 г.), Киле (1880г.), Страсбурге (1885г.), Гёттингене (1888г.), Гейдельберге (1892 г.), Галле (Халле) (1894 г.), а вскоре и в Вюрцбурге, Бонне, Карлсруэ, Данциге (ныне Гданьск, ПНР.- Ред.), Бреслау (ныне Вроцлав, ПНР.- Ред.) и т.д.

Лаборатория Й. Я. Берцелиуса была еще похожа на кухню; лаборатория Либиха была вначале тоже так примитивна, что он мог в ней работать только в теплое время года, а все приборы и вещества должен был изготавливать сам. Я. Фольгард так описывал химическую лабораторию того времени: "Посредине, на плите, стоят несколько небольших печек с раскаленным углем; газа в то время еще не было, а пламени спиртовок хватало только для обогрева маленьких приборов. На одном столе в большой фарфоровой чашке выпаривается какаягто жидкость, на другом в огромной стеклянной реторте перегоняется кислота. Вдруг реторта лопается - кислота выливается на раскаленный уголь и мгновенно все помещение наполняется густым дымом и едким паром. Вентиляции нет, быстро распахиваются двери и окна, а учитель и его ученики выбегают на воздух и находятся там до тех пор, пока не рассеется дым" [97, с. 56].

Однако вскоре положение изменилось, и многие созданные в конце XIX в. лаборатории уже отвечали всем требованиям проведения экспериментальных работ (вплоть до середины XX в.).

Прежде всего химики усовершенствовали освещение и вентиляцию. Были сконструированы вытяжные шкафы; до этого длительные работы с плохо пахнущими или "едкими" веществами приходилось проводить не в помещении, а на открытом воздухе. Газовое освещение, появившееся в последней трети XIX в., облегчило условия работы, так же как и создание водопровода (хотя в некоторых лабораториях даже во второй половине XIX в. приходилось вручную качать воду из колодцев).

Электричество стало использоваться для освещения только в конце "классического этапа" развития химии. В Англии Г. Дэви и в России В. В. Петров^*, используя большие батареи Вольта и угольные электроды, получили электрическую дугу. После открытия Фарадеем в 1831 г. явления электромагнитной индукции были созданы достаточно мощные генераторы. После этого в некоторых местах (на маяках, на улицах и заводах) Европы и Америки засветились дуговые лампы.

^* (Василий Владимирович Петров (1761-1834) - русский физик, один из, первых отечественных электротехников, академик Петербургской АН с 1809 г. В 1802 г. получил электрическую дугу с помощью созданной им крупнейшей для того времени гальванической батареи. В. В. Петров указал на возможность практического применения электрической дуги.- Прим. ред.)

Однако освещение дуговыми лампами требовало больших затрат, а время их горения было очень кратким. Только создание в восьмидесятых годах XIX в. Томасом Эдисоном^* ламп накаливания и изобретение в 1906 г. танталовой лампы привели постепенно к замене старых, основанных на горении способов освещения [98]. Керосиновые лампы и газовые фонари оказались последними этапами этой стадии развития освещения. И тем не менее свет свечи до сих пор сохраняет очарование. М. Фарадей в своих прекрасных, крайне интересных для чтения даже сейчас лекциях, которые вышли на немецком языке под названием "История свечи", писал: "Сравните блеск золота и серебра и еще большую яркость драгоценных камней - рубина и алмаза,- но ни то, ни другое не сравнится с сиянием и красотой пламени. И действительно, какой алмаз может светить как пламя? Ведь вечером и ночью алмаз обязан своим сверканием именно тому пламени, которое его освещает. Пламя светит в темноте, а блеск, заключенный в алмазе,- ничто, пока его не осветит пламя, и тогда алмаз снова засверкает. Только свеча светит сама по себе и сама для себя или для тех, кто ее изготовил" [99, пер. Драгуновой, с. 23-24].

^* (Томас Алва Эдисон (1847-1931) - выдающийся американский изобретатель. Среди его работ - значительное усовершенствование телеграфа, телефона, лампы накаливания (1879 г.), создание фонографа (1877 г.) - "отца" граммофона и "дедушки" патефона, постройка первой электростанции, энергия которой использовалась для общественных нужд. Эдисон был иностранным почетным членом АН СССР с 1930 г.- Прим. ред.)

С появлением в лабораториях более совершенного оборудования быстро возросли и расходы на их постройку и содержание. Так, создание лаборатории института Кольбе в 1866- 1868 гг. (по масштабам того времени - крупнейшей) стоило 240 000 марок. В лаборатории было свыше 132 рабочих мест. Пристройка для института, возглавляемого Т. Курцисом, при Гейдельбергском университете в 1892 г. обошлась в 503 000 марок. Строительство корпуса химического института, руководимого Эмилем Фишером, при Берлинском университете, в 1900 г. стоило уже 1 670 000 марок. Помещение этого института было рассчитано на 250 стажеров и 50 сотрудников. На строительство институтов неорганической, органической, технической химии и электрохимии при Высшей технической школе в Ганновере в 1911г. было израсходовано 1537 437 марок.

Химическая лаборатория 1890-х годов

К многочисленным расширенным или вновь построенным лабораториям и институтам при университетах в Германии в начале XX в. добавились также лаборатории и институты основанного в 1911г. Общества содействия развитию науки им. кайзера Вильгельма. Финансирование последних осуществлялось богатыми промышленниками, заинтересованными в практическом использовании научных достижений. Вследствие этого институты Общества отличались от институтов при учебных заведениях, поскольку были предназначены не для обучения, а специально для исследовательской работы. В начале XX в. стали возникать научные институты, специализирующиеся на изучении вопросов определенных областей химии: физической химии, биохимии, электрохимии, химии волокнистых веществ, общей химии. Решение проблем химии играло также важную роль в работе созданных при Обществе им. кайзера Вильгельма институтах, занимавшихся исследованием в области биологии, металлургии, переработки угля и кож. Стоимость Института общей химии достигла 1,1 млн. марок, а Института физической химии - 930 тыс. марок. Заработная плата в год у ассистента составляла примерно 1 500 марок; руководитель отдела в химической лаборатории фирмы "Фон Хейден" получал 6000 марок [90].

С появлением новых областей химии продолжали создаваться специализированные институты, например физико-химический, технологический, фармакологический, специальные исследовательские институты при сельскохозяйственных и лесотехнических высших учебных заведениях.

Понимание того, что наука приносит пользу развитию производства, что целенаправленное исследование способствует прогрессу промышленности и сельского хозяйства, что новые и лучшие виды продукции больше ценятся и приносят более высокую прибыль,- все это побудило промышленников к созданию лабораторий на предприятиях. В них проводились и небольшие, и довольно крупные исследовательские работы, на проведение которых выделялись значительные материальные средства.

В последней трети XIX в. сотрудничество между высшей школой и промышленностью расширилось. Уже Либих признавал это, и о значении химии он судил по ее роли в производстве. Г. Кольбе, А. В. Гофман и А. Байер придерживались такого же мнения. Однако не все профессора химии хорошо представляли себе связь науки с промышленностью. Они были сторонниками химического образования, подобного гуманитарному. Так, например, Р. Бунзен называл исследовательскую работу прекрасной, а ремесло - ужасным. В 1895 г. Р. Фиттиг критиковал тех, кто рассматривал химию как "дойную корову" [89, с. 6]. Эти ученые разделяли точку зрения Либиха, который подчеркивал: "Требования, диктуемые только практической целесообразностью, являются откровенным врагом науки, которая должна быть занята лишь поиском истины и первооснов сущего" [12]. Но такое слепое следование букве, а не духу высказываний Либиха неправомерно. На самом деле Либих подчеркивал преимущества теоретического изучения основ наук по сравнению с прикладными исследованиями отнюдь не в столь категорической форме. Либих отвергал принцип полезности для оценки важности науки, потому что наука всегда полезна в самом широком смысле. Однако требовать от науки только "полезности" все равно, что укладывать ее в прокрустово ложе.

Рабочий стол химика (1890 г.)

Преподаватели высшей школы знали, что большинство выпускников химических отделений поступают на работу в промышленность. Эти выпускники поддерживали связь со своими бывшими преподавателями, из первых рук получали информацию о результатах новых научных работ и зачастую некоторые из этих результатов использовали в промышленности.

Кое-кто из преподавателей высшей школы, например Г. Кольбе, получивший несколько патентов на проведение химических процессов, или В. Оствальд, сами искали контакты с промышленностью и предлагали разработанные в их лабораториях методы для создания промышленного производства. К химикам, работающим в высших учебных заведениях, промышленники часто обращались за консультациями и помощью. Появляющиеся за счет этого дополнительные доходы были довольно значительными, а для многих химиков-преподавателей жизненно необходимыми, так как только ординарные (т.е. штатные) профессора были достаточно обеспечены материально. Это способствовало созданию химиками собственных предприятий или широкому участию в работе уже существующих производств [90, с. 267 и сл.].

В стены научных институтов стал проникать дух конкуренции, и заметно проявилась тенденция к засекречиванию научных работ (что еще с XVIII в. было характерно для стремящейся к господству буржуазии). Э. Эрленмейер, который в качестве одного из ведущих химиков принимал участие в промышленных предприятиях, резко критиковал и эту "секретность" в университетских лабораториях, и многочисленных "охотников за патентами". Ф. Бейлыытейн высказывал сожаление, что на международной выставке химической промышленности в результате пристрастного решения лучшие оценки получила продукция фирм, в которых члены жюри были держателями акций или активно участвовали в работе этих промышленных объединений. Бейлынтейн приводил такой яркий пример создания атмосферы секретности: ему хотели представить химика, получающего индиго искусственным путем, но Бель-штейн не должен был видеть, из каких склянок были взяты вещества [90, с. 281 и ел.].

В XX в. исследовательские институты создавались не только при высших учебных заведениях и в промышленности. Городские и государственные власти также все чаще создавали химические лаборатории для специальных целей. В 1897 г. К. Вихельхаус опубликовал обзор о возможности профессионального использования химиков на государственной службе в Пруссии. Он считал необходимым использование химиков в бюро по регистрации изобретений и выдаче патентов, в отделах здравоохранения, пищевой промышленности, в криминалистической и судебной практике, на заводах по изготовлению взрывчатых веществ и боеприпасов, на монетных дворах и в таможенных управлениях, в технических контрольных ведомствах, в организациях министерства торговли, в городских управлениях рудниками и металлургическими предприятиями, на фабриках по изготовлению фарфора, для контроля за работами фабрик и для работы в технических исследовательских учреждениях [91, с. 299].

В других европейских странах и в США создание химических учебных и исследовательских центров происходило медленнее, чем в Германии. В Англии в 1845 г. был создан химический колледж под руководством А. Гофмана - ученика Дибиха. Франция, когда-то передовая в области химии страна, имела, согласно докладу А. Вюрца (1869 г.), только один химический институт, соответствующий уровню развития того времени. [92]. Однако к началу XX в. большинство стран Европы и Северной Америки уже располагали высокоэффективными химическими институтами. Среди них особенно выделялись такие, как Университетский колледж в Лондоне, руководимый У. Рамзаем, Физико-химический институт В. Оствальда в Лейпциге, Институт радия в Париже, возглавляемый М. Кюри. Их заметная роль в науке определялась, во-первых, личностью руководителей и их педагогическим талантом, а во-вторых, результативностью работ, проводимых в этих институтах. В основе функционирования этих учреждений лежал принцип: обучение должно способствовать развитию склонностей к самостоятельной работе и мышлению. Однако этот принцип намного легче было провозглашать, чем осуществлять. Одних только знаний и навыков профессоров для этого не было достаточно, характер преподавателей тоже играл важную роль. Преподаватель должен был воспитывать не слепо доверяющих ему студентов, а способных к критическому осмыслению знаний учеников, даже если эти ученики выступали против теории, созданной их преподавателем [93, 94].