1817. Справочник Гмелина
Сейчас все мы привыкли к химическим базам данных, и новое поколение молодых исследователей уже просто не представляет, как можно было без интернета находить информацию о физических и химических свойствах веществ, ЯМР- и ИК-спектры, планировать синтез и при этом даже находить, где можно дешевле купить исходные вещества.
Кого-то, увы, такая доступность информации разбаловала: бывает, что некоторые студенты и аспиранты, раз за разом очищая один и тот же растворитель перегонкой, смотрят в интернете его температуру кипения, хотя, казалось бы, на третий-четвёртый раз константу вещества можно было бы и запомнить. С другой стороны, у моих ровесников и моих учителей были свои базы данных – иногда они пахли пылью и продуктами разложения лигнина, часто их нельзя было открывать на рабочем месте, а только в читальном зале библиотеки. Как вы поняли, это были бумажные справочники, энциклопедии и знакомые практически любому органику десятки и сотни томов, которые носили имя русского химика-органика Фёдора Фёдоровича Бейльштейна. Но и бумажными базами данных химики пользовались отнюдь не всегда.
В 2017 году можно отметить два века с момента появления первой химической базы данных. В 1817 году мало кому известный немецкий профессор Леопольд Гмелин вписал себя в историю химии, по сути дела совершив в ней ни много ни мало информационную революцию. С появлением первого тома справочного издания «Руководство по теоретической химии» («Handbuch der theoretischen Chemie»), в котором были изложены все известные в то время опытные данные по органической и неорганической химии, мир химии начал меняться, и все без исключения химики почувствовали и ощутили эти перемены. Детище Гмелина существует и поныне, хотя сам создатель вряд ли бы сейчас узнал плоды своих дел – его имя носит база данных, объединяющая информацию о неорганических и металлоорганических веществах.
Чтобы понять, чем же была так ценна реализованная на практике идея Леопольда Гмелина, придется заглянуть в прошлое задолго до его жизни. До появления письменности, как, впрочем, и долгое время после столь полезного изобретения, методические указания о получении таких полезных материалов, как металлы, керамика, косметика и лечебные снадобья, передавались из уст в уста от мастера подмастерью. Даже те рецепты, которые были записаны – на египетских папирусах, шумерских глиняных табличках или китайской тряпичной бумаге – как правило, излагались так, что наиболее ценным секретам мастерства придавался вид мистических метафор, а эти метафоры мог понять только избранный или хотя бы посвященный в секреты ремесла. Не способствовало свободному распространению правильной научно-технической информации и то, что все эти рецепты переписывались от руки, и при таком способе копирования ошибки неизбежны.
Появление в Европе книгопечатания в конце XV века не стало немедленным решением для сохранения и копирования методик и научных технологий: ремесленники и алхимики поначалу с осторожностью отнеслись к новой технологии. Однако, после того как итальянский алхимик, металлург и архитектор эпохи Возрождения Ванноччо Бирингуччо в 1540 году доверил печатному станку свой трактат «Пиротехния» (Pirotechnia), отношение алхимиков к новым информационным технологиям изменилось (правда, Леонардо да Винчи так и не решился напечатать свои труды и трактаты при жизни). Работу Бирингуччо можно считать первой изданной книгой по химии, она сдергивала мистическую завесу с огромного количества технологий – от литья церковных колоколов до получения дымного пороха. Успех «Пиротехнии» показал, что печатный станок можно использовать не только для тиражирования Святого Писания или разоблачающих памфлетов, и вскоре стали появляться всё новые и новые печатные книги с рецептами алхимиков.
В XVII веке появился новый стиль технических публикаций: стали издаваться книги, содержавшие не только набор технологий производства тех или иных химических продуктов, но и попытку объяснить эти технологии, привлекая для этого объяснения существующие в те времена теоретические воззрения. В XVIII веке с увеличением числа университетов и началом преподавания там химии появилась новая разновидность напечатанных книг по химии: их можно назвать первыми учебниками по прикладной химии. Зачастую кроме химии в них излагались основы медицины, как это, например, делал Герман Бургаве из Лейденского университета, или минералогии – эту дисциплину включал в свои работы Торбен Бергман из Университета Упсалы. Появление учебников, конечно, позволяло и студентам, и людям, занимавшимся практической химией, быть в курсе новых химических открытий, но и тиражирование этих книг создавало определённые проблемы. Основная сложность заключалась в том, что до XIX века в химии не было единого мнения и единых подходов по тому, как называть химические вещества, в то время как линнеевская единая классификация растений и животных появилась еще в 1735 году.
Развитие химии приводило к увеличению количества новых веществ, и это обстоятельство побудило ряд авторов составлять химические словари. Первым человеком, написавшим такую книгу, был Пьер-Жозеф Маркер, его словарь был напечатан на французском языке в 1766 году, а год спустя переведен на английский Джеймсом Кейром. Кейр издал свой собственный словарь в 1789 году, а в 1795 Уильям Николсон, конкурируя с Кейром, опубликовал свой словарь, который переиздавали до 1853 года. Однако вал новых химических открытий приводил к тому, что информация в таких источниках быстро устаревала.
Попытку разрешить ситуацию предпринял шведский химик Якоб Берцелиус. Его альманах Arsberättelse om Frangstegen i Physik och Chemie (Ежегодный доклад о прогрессе в физике и химии) издавался с 1822 до 1845 года на шведском, французском и немецком языках, и был ценным подспорьем для европейских учёных. Однако Берцелиус описывал прогресс в химии весьма избирательно – шведский учёный обладал скверным характером и весьма пренебрежительно (а иногда и унизительно, и не стесняясь в выражениях) относился к теориям, которые не совпадали с его собственными воззрениями. Поэтому «Руководство…» Гмелина оказалось весьма кстати и очень быстро получило признание как ценный образец химической литературы. В некрологе Гмелина, опубликованном в ежеквартальном журнале Лондонского химического общества в 1855 году, поясняется причина этого признания: «Другие люди, писавшие о Химии, в действительности располагали большой объем материала в систематическом порядке; но, если говорить о полноте, достоверности подборки и связности расположения материала, «Руководство…» Гмелина не имеет себе равных».
Такой подход и такие навыки систематизации достались Леопольду Гмелину не только как носителю немецкой педантичности и туманной учёности – он знал о химии с младых лет, поскольку его род был широко известен своими занятиями химией, фармацией и медициной. Родоначальником химической династии Гмелиных был Иоганн Георг Гмелин (ок. 1674-1728), аптекарь в немецком городе Тюбинген. Один из сыновей Иоганна Георга, тоже Иоганн Георг (1709–1755), даже какое-то время преподавал химию в России, из которой в 1745 году вернулся в родной город, заняв должность профессора медицины в Университете Тюбингена.
После смерти Иоганна Георга Гмелина-младшего заведующим кафедрой медицины в Тюбингене стал его брат, Филипп Фридрих Гмелин (1721–1768), кроме медицины он преподавал ботанику и химию. Сын Филиппа Фридриха, Иоганн Фридрих (1748–1804) в 1772 году получил должность доцента в Университете Тюбингена, но спустя три года подался в Геттингенский университет, где в 1780 году и дослужился до полного профессора (одновременно химии и медицине). В 1788 году в Геттингене родился сын Иоганна Фридриха – Леопольд Гмелин.
Закончив в 1804 году Геттингенскую гимназию, Леопольд на несколько месяцев вернулся в родовое гнездо Гмелинов, в Тюбинген, где он работал в семейном фармацевтическом деле, попутно посещая лекции в Университете Тюбингена, однако систематическое образование решил получить все же в Геттингене. Получив степень бакалавра Геттингетского университета в 1809 году, он снова вернулся в Тюбинген, где начал изучение химии пигментов животного происхождения, которое потом и продолжил в Вене. В 1812 году на основании своих исследований он написал диссертацию и получил степень доктора медицины в Геттингетском университете (по слухам, Леопольду пришлось заниматься научной работой в родном городе и в Вене, так как из-за участия в дуэли его присутствие в Геттингене на какое-то время было нежелательно).
В 1813 году Леопольд отправился в исследовательскую экспедицию в Италию. В ходе поездки он проводил геологические изыскания, результаты которых затем опубликовал. После возвращения в Германию Леопольд посетил Гейдельбергский университет, где ему предложили прочитать несколько лекций, после которых пригласили на должность приват-доцента (в немецкой образовательной системе приват-доцент выполнял некоторые функции преподавателя без соответствующей зарплаты, сохраняя право претендовать на звание профессора), а в 1814 году его приняли уже на должность полноценного доцента медицинского факультета Гейдельбергского университета, естественно – с оплатой. Новое назначение не охладило любви к химии и химическим исследованиям. Зимой 1814-15 годов в компании кузена, Кристиана Готлоба Гмелина, тоже химика (позднее он вписал себя в историю химии, в 1827 году первым описав красную окраску пламени солями лития), Леопольд посетил Париж. Там оба Гмелина работали в лаборатории Луи Николя Воклена и встречались с ведущими французскими химиками, включая Жозефа Гей-Люссака и Луи Тенара.
Весной 1815 года Леопольд вернулся в Гейдельберг уже на должность директора химического института, который в те времена ещё представлял собой подразделение медицинского факультета. Из-за того, что химический институт не являлся самостоятельным, его материально-техническая база не была идеальной для проведения химических исследований. Несмотря на это, в 1817 году Леопольд Гмелин отказался от предложения Берлинского университета занять профессорскую должность, освободившуюся после смерти Мартина Генриха Клапрота. Узнав о такой верности Гейдельбергу, администрация университета вскоре повысила Леопольда до полного профессора (одновременно химии и медицины) и выделила ассигнование на оборудование новой химической лаборатории. Однако вряд ли Леопольд рассчитывал, что отказ Берлину подстегнёт его карьеру в Гейдельберге, скорее всего желание остаться было связано с личными причинами.
В 1816 году Леопольд Гмелин женился на Луизе Морер, дочери местного священника. Желание Луизы быть ближе к семье, возможно, и повлияло на решение Гмелина остаться в Гейдельберге – несмотря на то, что предложение Берлинского университета было не единственным за его долгую научную карьеру, он отказался от всех (порою весьма выгодных предложений), и оставался работать в Гейдельберге до своей отставки в 1851 году. Гмелина высоко ценили и как преподавателя, и как удачливого исследователя. Ставший под его руководством самостоятельным подразделением химический факультет Гейдельбергского университета процветал, а на закате своей карьеры Леопольд Гмелин позаботился и о будущем факультета, передав пост декана факультета Роберту Бунзену. Умер Леопольд Гмелин после нескольких сердечных приступов в 1853 году.
Научные работы Леопольда Гмелина были посвящены многим областям естествознания – от изучения химии переваривания пищи до анализа редких минералов. Работая над законами постоянства состава и эквивалентов вещества, Гмелин предложил эквивалентные веса элементов, его учение об эквивалентах показалось современникам более логичным, чем представления Джона Дальтона об атомных весах. Среди представительного списка соединений, открытых Гмелиным, можно отметить таурин (C2H7NO3S) и гексацианоферрат(III) калия K3[Fe(CN)6] (он назвал это соединение «красной кровяной солью», какое-то время это вещество называли «солью Гмелина»). Гмелин является автором некоторых привычных нам терминов, наиболее известными из которых являются «кетон» и «сложный эфир». Все эти открытия, бесспорно, важны, но ни одно из открытий Гмелина не вызвало столь значительного изменения сознания химиков, как его «Руководство…».
Первое издание эпохального труда Гмелина растянулось на период с 1817 по 1819 годы, оно получило название «Руководство по теоретической химии» (Handbuch der theoretischen Chemie), впоследствии справочник стал называться «Руководство по неорганической химии». Два тома первого издания были посвящены неорганической химии, а в третьем томе рассматривались материалы из тогда ещё молодой органической химии. В третьем издании справочника (1827-1829) быстрое развитие органической химии привело к тому, что изначальное соотношение неорганика: органика 2:1 превратились в 1:2. Леопольд Гмелин участвовал в пересмотре и изменении содержания своего справочника до самой смерти.
За время профессиональной деятельности Гмелина в теоретических представлениях химии произошло несколько существенных изменений, ведущие учёные того времени часто критиковали идеи друг друга, очень часто отношение к идеям конкурента переносилось на самого конкурента. Язык и тон этих дискуссий, что устных, что письменных, сейчас скорее бы напомнил нам обсуждение какого-либо вопроса в социальных сетях, но не научную дискуссию на конференции или страницах научных журналов. Самым интересным оказалось то, что все химики девятнадцатого века, независимо от того, чью химическую теорию они в определённый момент поддерживали, восприняли справочник Гмелина как авторитетное руководство, равно полезное и для изучающих химию, и для уже сложившихся исследователей. Ключом к успеху «Руководства…» послужило несколько факторов.
Во-первых, «Руководство…» было всеобъемлющим для своего времени. В нём была предпринята попытка описать все известные на тот момент элементы и соединения, а также их наиболее важные свойства хотя бы в той степени, насколько это было возможно в ситуации, при которой скорость выхода из печати новых книг гораздо уступала скорости появления новых открытий. Во-вторых, Гмелин делал всё возможное, чтобы не оказаться втянутым в те самые нездоровые баталии, которыми были заняты его современники. В некрологе, уже упоминавшемся выше, говорится о том, что «…ему удалось смотреть на всё в высшей степени объективно, и, хотя, естественно, по существу каждого спора он обладал своим собственным мнением, но никогда его не выпячивал, в первую очередь – при составлении «Руководства…»». Возможно, что умение не усугублять ситуацию и не участвовать в слишком эмоциональных научных дискуссиях, решая вопросы не эмоциями, а логикой, пришло к Гмелину после истории с дуэлью, из-за которой он должен был на некоторое время покинуть Геттинген, ну а может быть на его характер повлияла женитьба, точнее семья жены – все же его тесть был пастором.
Третьим фактором, способствовавшим успеху «Руководства…» Гмелина, было то, что его труд был тщательно систематизирован, организация содержания была продумана на высшем уровне, и, самое главное, все факты и данные сопровождались ссылками на оригинальные источники. Основой для создания и модернизации «Руководства…» была постоянно пополнявшаяся Гмелиным картотека – отдалённый предшественник современной электронной базы данных Gmelin database. Применение картотеки для систематизации уже встречалось в естествознании: тот же Карл Линней, составляя основы классификации растений и животных, использовал карточки, но Гмелин не только первым применил этот подход в химии, но и сделал его максимально эффективным. По отзывам современников, Гмелину особо нравилось удалять из картотеки неправильные или дублирующиеся данные. Так, услышав в 1829 году о том, что два соединения, считавшиеся разными, оказались одним и тем же веществом, Фридрих Вёлер пошутил, что когда это дойдёт до Гмелина, тот, вероятно, воскликнет: «Gott sie Danke, dass es eine Säure weniger geibt» (Хвала Господу, ещё одной кислотой меньше!).
Первый том четвёртого издания книги Гмелина, которая называлась уже просто «Руководство по химии» (Handbuch der Chemie), вышел в 1843 году. Гмелин руководил созданием первых четырёх томов, но пошатнувшееся здоровье не позволило ему полноценно работать над пятым томом (напечатан в 1852 году), и четвёртое издание было закончено помощниками Леопольда Гмелина – Карлом Листом и Карлом Краутом, которые ориентировались на рукописные записки патрона. До конца 1870-х годов Краут добавил несколько дополнительных томов к четвертому изданию «Руководства…», попутно готовя к печати пятое издание (которое также успел запланировать Гмелин незадолго до своей смерти).
Пятое и последующие издания «Руководства…» обобщали материал только по неорганической и металлоорганической химии (стоит отметить, что термин «металлоорганическая химия» появился не в 50-х годах ХХ века, как полагают многие, а на столетие раньше: он был введён в обращение в 1850-е годы синтезировавшим цинк-, ртуть- и оловоорганические соединения Эдуардом Франкландом). Нишу по систематизации органических соединений заполнил справочник, который начал создавать в 1881 году русский химик Фридрих Конрад (Фёдор Фёдорович) Бейльштейн (1838-1906). Дополненные и пересмотренные издания справочника Бейльштейна, также как и «Руководство….» Гмелина, переиздавались и после его смерти.
В 1920-е годы задача постоянного пополнения и корректировки справочников Гмелина и Бейльштейна отошла институтам Гмелина и Бейльштейна соответственно. Оба эти института являлись подразделениями основанного в 1911 году Института развития науки Кайзера Вильгельма. В 1925 году в редакции «Руководства…» Гмелина начал работать немецкий химик Эрих Пич, в 1936 году он стал главным редактором и оставался ответственным за обновление «Руководства…» до расформирования Института Кайзера Вильгельма в 1946 году, после чего Институт Гмелина стал подразделением образовавшегося в те времена Института имени Макса Планка.
В 1950-е годы стараниями Пича и его коллег «Руководство…» вошло в новую эру – эру обработки данных с помощью механической сортировки перфокарт и передачи данных по телетайпу, но уже тогда было понятно, что рано или поздно такие операции станут проводиться электроникой и компьютерами. В начале 1970-х Марго Беке-Геринг (бывший профессор Университета Гейдельберга, ставшая директором Института Гмелина в 1969 году) подписала соглашение между Институтом и издательской корпорацией Springer-Verlag, и позднее издательство действительно позволило вступить «Руководству…» в век цифровых технологий.
Во второй половине ХХ века значительные изменения произошли и с печатными изданиями «Руководства…», которое с каждым изданием становилось все больше и всё полнее. С 1958 года содержание «Руководства…» и заголовки разделов стали печатать и на немецком, и на английском, с начала 1980-х годов основным языком «Руководства…» стал английский. С 1997 стала коммерчески доступна года электронная версия «Руководства…» – база банных Gmelin, а с 2009 года эта база данных (вместе с электронной базой данных Beilstein и некоторых других) была интегрирована в химическую информационную систему Reaxys издательской корпорации Elsevier. Доступные в сети версии базы данных Gmelin не содержат ряда материалов (в первую очередь диаграмм и таблиц), которые были включены в издания «Руководства…», напечатанные до 1975 года, поэтому в библиотеках многих университетов продолжают хранить сотни томов «Руководства…», к которым до сих пор обращаются для прояснения деталей, о которых не получается узнать в сети. Так что, когда вы в очередной раз запустите на своем компьютере Reaxys, чтобы найти температуру плавления хлорида алюминия или спланировать синтез, будем надеяться, что вы вспомните о Леопольде Гмелине, потомке династии химиков и фармацевтов, который сделал очень много для того, чтобы облегчить жизнь нам – химикам XXI века.
