Вскоре у противников Штаудингера появился существенный аргумент: в результате рентгеноструктурных исследований было установлено, что кристаллическая целлюлоза состоит из элементарных ячеек. По представлениям Негели мицеллы соответствуют мельчайшим кристаллам в кристаллических веществах.
Но Штаудингер считал, что в химии высокомолекулярных соединений это понятие следовало интерпретировать иначе: «Под мицеллами следует понимать коллоидные частицы, построенные из многочисленных более мелких молекул, связанных между собой при помощи вандерваальсовых сил».
Заслугой Штаудингера является то, что, введя понятие «макромолекулярные коллоиды», или, иначе, обозначив так класс высокомолекулярных соединений, он осознал и подчеркнул большое теоретическое и практическое значение размера молекул этих веществ.
В своих воспоминаниях Штаудингер писал о том, какими путями он доказывал существование макромолекул. Ему пришлось для этого создать новые методы исследования, которые значительно обогатили существовавшие ранее способы изучения низкомолекулярных веществ, поскольку известные и проверенные на бесчисленных примерах методы исследования низкомолекулярных веществ были совершенно непригодны для обнаружения макромолекул.
«Существование так называемых "макромолекул" Штаудингеру с сотрудниками удалось обосновать путем наблюдений, что "макрорадикалы" переходят неизменными из одного соединения в другое, — отмечается в книге «Биографии великих химиков». — Макромолекулы оказались идентичными с коллоидными частицами, которые, как предполагалось, состоят из "мицелл". Способность к набуханию и вязкость были основными показателями продуктов полимеризации, и Штаудингер сам внес значительный вклад в установление количественных соотношений между вязкостью и молекулярной массой веществ.
Для объяснения строения определенных природных веществ Штаудингер получил синтетические модельные вещества. Это позволило установить существенные закономерности и взаимосвязи, обусловливающие образование макромолекул. Штаудингер изложил результаты своих исследований и обрисовал затронутые при этом проблемы более чем в 400 публикациях. Среди них сообщения об определениях вязкости, обнаружении концевых групп, о превращениях макромолекулярных веществ в их производные, а также полемика с научными противниками, ставившими под сомнение существование макромолекул.
Некоторые представления Штаудингера не подтвердились, как, например, отрицание им вначале ассоциации молекул в разбавленных и концентрированных растворах полимеров. Неправильным оказалось и предположение, что цепеобразные молекулы должны представлять собой довольно жесткие палочки. Но в общем многочисленные основополагающие исследования Штаудингера в области препаративной и физической химии высокомолекулярных соединений принесли ему всеобщее признание».
В 1926 году Штаудингера пригласили занять должность ординарного профессора химии в университете Фрайбурга. До 1950 года ученый возглавлял Институт химии высокомолекулярных соединений этого университета. Он проявил себя не только как выдающийся ученый, но и как прекрасный воспитатель. Под его руководством начинали свой путь в науку такие известные химики, как В. Керн, Р. Зигнер и О. Швейцер.
В 1927 году Штаудингер женился на Магде Войт. Специалист по физиологии растений, она стала ему надежным товарищем в работе. Детей у супругов не было.
В 1953 году, спустя четверть века после осуществленной ученым большой работы, Штаудингер был удостоен Нобелевской премии по химии «за исследования в области химии высокомолекулярных веществ».
В своей нобелевской лекции «Макромолекулярная химия» Штаудингер сказал: «В свете новых знаний в области макромолекулярной химии чудо жизни в ее химическом аспекте открывается в удивительном богатстве и совершенной макромолекулярной архитектуре живой материи».
Широкое международное признание работ Штаудингера выразилось не только в присуждении ученому Нобелевской премии по химии. Он был избран почетным доктором шести различных высших учебных заведений и членом многих научных обществ.
В 1951 году ученый ушел (в отставку) из Фрайбургского университета, став во главе Научно-исследовательского института макромолекулярной химии. Эту должность Штаудингер занимал до 1956 года.
Еще велась полемика относительно правильности теоретических представлений о природе макромолекул, а уже началось практическое использование результатов работ Штаудингера. Вторая половина двадцатого века прошла под знаком быстрого роста производства искусственных высокомолекулярных соединений, что в просторечье зовется «пластиком». Начало этого бума застал и Штаудингер. Он умер во Фрайбурге 8 сентября 1965 года от болезни сердца.
ЛАЙНУС ПОЛИНГ
(1901–1994)
Дважды лауреат Нобелевской премии в предисловии к своему известному учебнику «Общая химия» для студентов писал: «Химики — это те, кто на самом деле понимает мир».
Как указывается книге «Великие ученые XX века»: «Выдающийся американский химик Лайнус Карл Полинг, или, как его фамилию переводили на русский в пятидесятых годах, Паулинг, родился 28 февраля 1901 года в Портленде. Его отец был фармацевтом, а мать — домохозяйкой. Когда мальчику было девять лет, отец умер и семья оказалась в затруднительном материальном положении.
Лайнус рос задумчивым и замкнутым мальчиком. Он часами мог наблюдать за жизнью насекомых, но особенно привлекали его минералы. Мир цветных камней манил и завораживал. Эта детская страсть к кристаллам иногда врывалась и во взрослую жизнь Полинга: несколько минералов ученый впоследствии изучил исходя из сформулированной им теории.
В тринадцатилетнем возрасте Лайнус впервые посетил настоящую химическую лабораторию. Увиденное там произвело на подростка такое впечатление, что он немедленно сам занялся опытами. "Химическую" посуду Лайнус позаимствовал на кухне у матери, а местом для изысканий избрал свою комнату».
Так и не окончив среднюю школу, в 1917 году Лайнус поступил в Орегонский государственный сельскохозяйственный колледж в городе Корвэллис. Чтобы добыть средства к существованию, студент мыл посуду в ресторане и сортировал бумагу в небольшой типографии.
По окончании колледжа в 1922 году он получил степень бакалавра по специальности «химическая технология». Осенью того же года в качестве аспиранта Калифорнийского технологического института в Пасадене Лайнус приступает к исследованию молекулярной структуры кристаллов с помощью дифракции рентгеновских лучей.
В 1923 году Полинг женится на Эйве Хелен Миллер. Супруги неразлучно прожили долгие и счастливые пятьдесят восемь лет. Эйва Хелен стала для Лайнуса и подругой, и помощницей, и соратницей. Она помогла мужу пройти через все тяжелые испытания.
В 1925 году молодой ученый защитил докторскую диссертацию по результатам исследования в области рентгеноструктурного анализа неорганических соединений. Одновременно он получил и степень бакалавра по математической физике. Полингу также присудили персональную Гугенхеймовскую стипендию, позволившую ему на два года отправиться на учебу в Европу. Здесь он занимался изучением атомной физики и квантовой теории под руководством таких известных ученых, как А. Зоммерфельд в Мюнхене, Э. Шрёдингер в Цюрихе, Н. Бор в Копенгагене и У.Г. Брэгг в Лондоне.
В 1927 году ученый вернулся в Калифорнийский технологический институт в качестве ассистента профессора химии. В этом институте Полинг с 1931 года занимал должность профессора химии, преподавал и вел исследовательскую работу до 1964 года.
Его первые исследования относились к кристаллографии. Полинг занимался расчетом величин ионных радиусов, составил их таблицы, сформулировал некоторые общие правила образования ионных кристаллических структур. За работы в этой области он первым получил премию И. Ленгмюра (1931).
Но главные научные работы Полинга посвящены изучению строения молекул и природы химической связи методами квантовой механики.
Наряду с американским физико-химиком Дж. Слэтером Полинг разработал квантовомеханический метод изучения и описания структуры молекул — метод валентных связей (1931–1934).
В тридцатые годы Полингу удалось объяснить молекулярное строение веществ на основании квантовохимических представлений, опираясь на работу Гейзенберга по расчету атома гелия, где немецкий физик ввел понятие «квантовомеханического резонанса». Вместо классической структурной теории Полинг предложил разработанную им «теорию резонанса».
Термин «резонанс» Полинг использовал как метафору. Теория резонанса исходит из того, что не каждую молекулу можно описать при помощи лишь одной электронной структуры и что в таких случаях «различные возможные электронные структуры находятся друг с другом в состоянии резонанса».
Поэтому химическая связь в подобных соединениях гибридна. Очень важное значение в созданной Полингом теории имеет разработанная им шкала электроотрицательности химических элементов, по которой можно оценивать энергию связи двух элементов и, таким образом, сделать вывод об ее устойчивости и характере. На этом основании ученый смог теоретически объяснить переходы от ионной связи к атомной. Полинг при помощи своей теории истолковал строение многих веществ. Квантовомеханическая теория химической связи — теория резонанса — позволила Полингу объяснить новые экспериментальные данные значительно лучше, чем с помощью классической теории химической связи, недостаточность которой он ощущал.
Ученый высоко оценивал влияние, которое оказала разработка учения о химической связи на развитие химии. Он писал: «Если темпы нынешнего научного прогресса сохранятся, уже у следующего поколения ученых будет такая теория валентности, которая превратит химию в столь же точную и действенную науку, как и теоретическая физика».