Изучение химии в тот период все еще находилось в зачаточной стадии – только в 1788 году Антуан Лавуазье продемонстрировал, что воздух – это смесь газов, которые он называл кислородом и азотом. Важные открытия происходили постоянно. В 1820-х годах из каменноугольной смолы выделили лигроин (нафту), но теперь большим вызовом являлась возможность открыть входящие в его состав атомы и показать, как их можно модифицировать, чтобы создать другие компоненты. Оказалось, что нафта содержит бензол, и благодаря тщательному процессу фракционной дистилляции в ней обнаружили такие соединения, как толуидин и анилин. Химики, как правило, знали атомные комбинации каждой молекулы – сколько в ней элементов углерода, кислорода и водорода – но не как они соединялись. Их точные цепочки и места соединения, эти неуклюжие конструкции из металла и бусин, рядом с которыми (в дни докомпьютерных программ с трехмерными изображениями) гордые химики любили позировать для фотографий, – стали понятны только спустя несколько десятилетий.
Студенты Королевского колледжа проводили большую часть исследовательской работы без карты или компаса, и некоторые за это поплатились. Чарльза Мэнсфилда, одного из самых предприимчивых учеников Гофмана, отговаривали проводить опасный эксперимент с большими объемами каменноугольной смолы в Королевском колледже, но он все же не отступился от своего проекта и провел опыт в здании рядом с железнодорожной станцией Кингс-Кросс. Во время подготовки огромного количество бензола для Всемирной выставки в 1855 году начался пожар, в котором погибли и он, и его ассистент.
Профессора Гофмана больше всего интересовал анилин. Он проводил много времени в немецкой лаборатории, изучая его возможности, и продолжил исследования на Оксфорд-стрит. Главное, что он смог заразить своим энтузиазмом и студентов.
«Как учитель он был очень интересным и доступно излагал материал, – объяснял лорд Плейфер в лекции в память о Гофмане в 1893 году после его смерти. – Он осторожно продвигал свои аргументы и, делая заключение, становился убедительнее и словно бы оказывал особое доверие каждому отдельному ученику».
Фредерик Абель, один из изобретателей кордита[16], однажды задал себе вопрос: «Кто бы отказался работать, даже как раб, на Гофмана?» Прежде чем разобраться с взрывчатыми веществами, Абель провел анализ минеральных вод Челтенхема и исследовал воздействие различных веществ на анилин (одним из которых являлся ядовитый циан, наносящий безвозвратный урон глазам). Другой его ученик определил состав воздуха на горе Монблан.
Для химика, как ни странно, Гофман был достаточно неуклюжим человеком. Однажды он рассказал Абелю, что в молодости чуть ли не постоянно «бил» пробирки. «В работе с Гофманом скрывалось неописуемое очарование, – вспоминал Абель, – было приятно видеть его радость из-за достигнутых результатов или трогательное секундное уныние, когда за попыткой добиться результата, на который указывала теория, следовал провал. “Еще одна мечта пропала”, – говорил он жалобно, глубоко вздыхая».
Оказалось, что одним из главных талантов Гофмана был выбор правильного студента для определенной работы, а также нахождение огромного разнообразия тем для исследования. За первые пять лет он взялся за тридцать шесть различных проектов. Королева и принц-консорт часто посещали его лаборатории, и ученый несколько раз читал лекции в Виндзорском замке. В 1865 году в Королевском институте Гофман порадовал принца Альберта и других выдающихся деятелей демонстрацией с мячиками от крокета и стержнями. Возможно, королевской семье и нравились его странные буквальные английские переводы немецких идиом, но они точно интересовались работой студентов с почвой и растениями, в действительности им нравилось все, что могло иметь практическое применение.
Уильям Генри Перкин и его жена Джемима Харриетт в 1860 (Science Museum/ Science & Society Picture Library)
Уильям Перкин отметил, как его ментор ходил по лабораториям несколько раз в день и беседовал со студентами, словно любая работа была феноменально важна. Иногда она действительно имела значение, но чаще всего была обыденной и обреченной на провал. И почти постоянно казалось, что Гофман уже делал все это раньше. «Хорошо помню тот день, – говорил Перкин, – когда работа шла удовлетворительно и мы получили несколько новых продуктов. Гофман подошел и начал изучать продукт нитрирования фенола, который получил один из студентов с помощью паровой дистилляции. Поместив немного вещества в склянку, он обработал его едкой щелочью и сразу же получил красивую красную соль. Подняв на нас взгляд в своем характерном и полном энтузиазма стиле, он сразу воскликнул: „Джентльмены, в воздухе парят новые идеи!“[17]
Другой обход лаборатории был менее плодотворным. Однажды Гофман держал в руке стеклянную бутылочку с небольшим количеством воды и попросил студента налить в нее серную кислоту. От жара стекло лопнуло, и кислота вылилась на пол и брызнула в глаза профессора. «Гофмана отправили домой в кэбе[18], – вспоминал Перкин, – и ему пришлось несколько недель лежать в кровати в темной комнате». Несмотря на эти трудности, он так переживал из-за своей работы, что студентов попросили навещать его в мрачной спальне, чтобы сообщать о своих успехах и получать новые указания.
Перкин, конечно, был очень прилежным учеником, и подготовительное обучение показалось ему легким. Он устроился у окна, глядя, как по Оксфорд-стрит едут кареты, запряженные лошадьми, и обсуждал общие интересы с человеком по имени Артур Черч, сидевшим напротив него. «Мы оба любили живопись и делали любительские наброски, – вспоминал Черч. – Меня представили его семье, и мы начали вместе писать картину. Наверное, это произошло сразу после выставки в Королевской академии в 1854 году, когда там разместили мое произведение».
Черч создал собственную домашнюю лабораторию, превратив в нее маленький птичник, и поэтому был рад видеть самодельную лабораторию Перкина на верхнем этаже на Кинг-дэвид-форт, где тот работал по вечерам и на выходных. Уильям любил брать работу на дом, особенно когда после завершения основного курса в 1855 году Гофман оказал ему честь и сделал своим самым юным ассистентом. «Студенты, работающие над исследованиями, казались мне сверхлюдьми», – вспоминал Перкин.
Его первой задачей было создать органические основы из углеводорода, но больше его интересовали результаты следующего задания, которое привело к написанию одной из его первых статей. В начале февраля 1856 года он подал в журнал Proceedings of the Royal Society краткий отчет «О новых веществах для окрашивания», которые открыл вместе с Артуром Черчем. «Это новое вещество, – писали они, – имеет необычайные свойства». Субстанция, которую они назвали нитрософенилин, была результатом эксперимента с водородом и дистилляцией бензола. Получился яркий красный цвет, который растворялся в спирте, приобретал оранжево-красный оттенок и переходил в желто-коричневый при добавлении щелочи. Они сделали вывод, что его «блеск напоминает мурексид», насыщенный пурпурный, изначально производимый из гуано[19].
Хотя Август Гофман был рад, чтобы его студенты публиковали работы (и в действительности сам направлял в журнал их статьи), он считал, что открытие цвета не имеет особой ценности. В каком-то смысле он был прав, поскольку Перкин и Черч не могли предложить никаких вариантов применения этого нового красителя, они продолжили заниматься другой работой. Но важно, что оба юноши были художниками и внимательно присматривались к тому, что другие могли посчитать просто совпадением.
Гофман столкнулся с другими дилеммами. Многие состоятельные патроны колледжа переживали, что химия не давала результатов, которые способствовали бы улучшению их материального благополучия. Все землевладельцы, которых вдохновил крестовый поход Юстуса фон Либиха, вскоре разочаровались, потому что институт, который они поддерживали, не стал спасением. Количество пожертвований стало снижаться, и колледж пришлось объединить с Горным училищем. Некоторые студенты на третьем году обучения Перкина поступили с единственной целью улучшить добычу угля.
Даже в 1856 году многие спорили и волновались о настоящих достоинствах чистой химии. Успешные практичные люди просто не верили ученым. Триумф Всемирной выставки 1851 года, во время которой Хрустальный дворец в Гайд-Парке стал домом впечатляющему разнообразию никогда не виданных прежде механизмов, намекал, что прогресса можно добиться, просто продолжая применять дешевую, но мощную энергию пара.
Проблема работы в области теоретической химии, с другой стороны, заключалась в том, что приложенные усилия редко приводили к чему-то хотя бы немного полезному.
В ежегодном отчете Королевского колледжа, опубликованном в 1849 году, Август Гофман рассказал о своем самом большом замысле: показать, как благодаря изучению химии можно искусственно синтезировать натуральные материалы. Он признал, что для этого необходима смесь терпеливой работы и удачи. И правда, ученый и его студенты просто пытались найти нечто выдающееся, как умелые художники, рисующие неопробованными материалами. «Возможно, нам повезет», – сказал ученый.
Но примерно к 1830 году стало ясно, что все вещества, выделенные из растительных и животных источников, содержат элементы углерода, водорода и кислорода, часто азота и серы (наука органической химии – сама по себе химия соединений углерода). Простое химическое соединение характеризовалось комбинацией его элементов. В школе Перкин изучил базовые истины: элементы представлены химическими символами, такими как C (углерод), H (водород), O (кислород), S (сера). Элемент здесь – субстанция, соединяющаяся с другими и создающая соединения, но которую нельзя разбить на более простые вещества. Когда соединяются два или более элемента, объединяются именно атомы разных элементов, создавая молекулы. Каждая молекула соединения содержит то же количество атомов, как и любая другая его молекула. Самый простой пример H