4.4 Химия
4.4.035 Высокое давление Ипатьева
Химик-органик, военный инженер, генерал-лейтенант, организатор отечественной химической промышленности, председатель Научно-технического совета химической промышленности, директор Института высокого давления; заслуженный профессор Михайловской артиллерийской академии, академик Петербургской АН (РАН, АН СССР), член многих академий и университетов Старого и Нового Света; лауреат премии им. В.И. Ленина, кавалер французского ордена Почетного легиона, медалей Лавуазье, Бертло, Гиббса и др., заслуженный деятель науки и техники, «глава нашей химической промышленности» (В.И. Ленин) — Владимир Николаевич Ипатьев (1867—1952) является автором нескольких десятков книг, сотен научных статей и изобретений, основоположником каталитического органического синтеза, разработчиком метода высокого давления и аппарата («бомбы Ипатьева») для изучения превращения веществ при высоких давлениях и температурах.
Долгая плодотворная жизнь Владимира Николаевича Ипатьева в науке состояла из трех периодов: дореволюционного (1895—1917), советского (1917—1930) и американского (1930—1952).
Поскольку главные открытия были сделаны Ипатьевым в первый период, а самые важные работы написаны во втором, т.е. в России, мы и посвящаем научным достижениям ученого этот очерк.
Волей судеб оказавшись в Штатах, Ипатьев до последнего дня не порвал с родиной своих духовных связей, не раз безуспешно пытался вернуться домой. До 1936 г. все свои труды он печатал только в советских журналах и посылал дефицитное оборудование и лабораторный инвентарь в научные учреждения СССР.
Признанный в США «самым великим человеком во всей истории химии» (Ипатьев, к слову, не имел высшего химического образования) и названный в 1937 г. «Человеком года», профессор и директор Лаборатории катализа и высоких давлений Нортуэстернского университета все заработанные им деньги вкладывал в развитие лаборатории, приглашая на работу только русских и американцев, знавших русский язык.
Увы, сегодня горько осознавать справедливость слов ученика Ипатьева, американского профессора Г. Сайнса, сказанных им после смерти Владимира Николаевича на чужбине: «Вы, русские, не представляете себе, кого вы потеряли в лице Ипатьева, не понимаете даже, кем был этот человек. Каждый час своей жизни здесь, в США, всю свою научную деятельность он отдал России. Беспредельная любовь к родине, какой я никогда и ни у кого из эмигрантов не видел, была той почвой, на которой произрастали все выдающиеся результаты исследовательских трудов Ипатьева».
Но перейдем к фундаментальным научным достижениям химика, которые навечно остались в России. Главное из них — «Каталитические реакции при высоких температурах и давлениях» — так называлась докторская диссертация Ипатьева (1908), в которой ученый обобщил свои исследования 1901—1907 гг. и которая принесла ему мировую известность. Позднее Владимир Николаевич выпустил под этим названием одну из лучших монографий катализа. Эта проблема и стала делом всей его жизни.
Своими исследованиями каталитических явлений Ипатьев продолжил изыскания русских химиков К.С. Кирхгофа, Г.Г. Густавсона, Д.П. Коновалова и др., а также работы французского химика П. Сабатье в области гетерогенного катализа.
Развивая органический синтез с применением специальных катализаторов, Ипатьев вывел органическую химию на ведущее место и получил с помощью гетерогенного катализа, проводившегося в экстремальных условиях множество практически важных продуктов.
Главным объектом изучения ученого были пирогенетические реакции, проводимые с катализатором глиноземом (А12О3) при высоких давлениях (больше 300—400 атм).
Цикл исследований Ипатьева открыл его доклад «О двойном каталитическом разложений алкоголей» (1901) и множество статей, посвященных разработанным им «высокотемпературным» методам. Одна из реакций, открытых ученым, ныне носит его имя.
Блестяще обосновав теоретически введение в каталитическую практику высокого давления, Ипатьев сконструировал специальный высокопрочный аппарат с термометром и термопарой (1904). «Бомба Ипатьева» стала прототипом современных химических реакторов и автоклавов.
Владимир Николаевич с первых своих работ в этой области был уверен в их практической пользе. «Метод высоких давлений, введенный в науку по моему почину, — писал он, — получит исключительное значение в промышленности жидкого горючего, подобно тому, как он завоевал себе полное право гражданства в синтезах аммиака, мочевины, метанола и др. важнейших химических продуктов».
В 1909 г. Ипатьев применил высокие давления и для проведения неорганических реакций, в частности, вытеснения металлов из водных растворов солей водородом. Тогда же ученый получил из этилового спирта бутадиен (дивинил), нашедший мировое применение как основной мономер в производстве синтетического каучука.
Химик активно использовал многофункциональные катализаторы при крекинге, риформинге и других процессах переработки нефти, получил олефины из спиртов, первым из химиков осуществил полимеризацию этилена, указав на возможность получения полиэтилена различной молекулярной массы.
Результаты работ Ипатьева нашли практическое воплощение в получении полиэтилена, изопрена, жидкого топлива из угля, в переработке нефти.
В годы Первой мировой войны глава Химического комитета при Главном артиллерийском управлении генерал-лейтенант Ипатьев, осуществляя снабжение фронта продуктами военной химии и руководство строительством новых химических предприятий, не забывал и про науку, но вернулся к ней вплотную уже после Гражданской войны.
1920-е гг. оказались наиболее плодотворной порой для научного творчества ученого. В частности, он установил, что ароматизация (процесс обогащения нефтяного сырья ароматическими углеводородами) необходима не только для получения из нефти бензола, толуола и их производных, но и для повышения антидетонационных свойств моторного топлива, что было тут же внедрено в практику моторостроения.
Эти и другие труды ученого подняли химическую промышленность СССР на уровень с западноевропейской, и даже превысили его.
В США особо отметили заслуги Ипатьева в изготовлении высококачественных бензинов для американской авиации в период Второй мировой войны. Три завода, производящие это топливо, поставили в СССР и разместили их в Уфе, Красноводске и Орске.
P.S.I. В первой трети XX в. научная общественность не сомневалась, что нашедшие широкое применение методы высокого давления в химии будут увенчаны Нобелевской премией.
Так и случилось — в 1931 г. немецкие химики-технологи Ф. Бергиус и К. Бош, последователи В.Н. Ипатьева, получили эту премию — «За заслуги по введению и развитию методов высокого давления в химии», с лестным панегириком: «Введение методов высокого давления в химию представляет собой эпохальное событие в области химической технологии».
Для большинства химиков осталось неясно, почему Королевская АН заслуги Ипатьева приписала другим лицам. Объяснение тому историки науки видят в том, что у русского ученого не было должным образом оформленного патента. Как правило, русские изобретатели вообще мало заботились о своевременном патентовании своих открытий.
Не исключено также, что Нобелевский комитет в данном случае, как и в ряде других, оказался в плену не научных, а политических пристрастий.
С одной стороны русские эмигранты не могли простить Ипатьеву его «сотрудничество с Советами», усугубленное еще тем обстоятельством, что в доме его брата Николая в Екатеринбурге была в 1918 г. расстреляна царская семья.
С другой — европейцы всегда относились с предубеждением к научным достижениям россиян. Да и немецкий концерн «И.Г. Фарбениндустри», к тому времени подмяв под себя экономику западноевропейских стран, диктовал свою волю фактически всей Европе.
P.S.II. Нобелевский лауреат Ф. Бергиус позднее сам признал, что, в частности, его метод деструктивной гидрогенизации углей до жидкого моторного топлива был целиком основан на работах В.Н. Ипатьева.