Будрейко Е. Н.
Зарождение химической науки
Истокиотечественной химической науки восходят к XVIII в., когда была основанаПетербургская академия наук. По замыслу Петра I академия должна была выполнятьдве основные задачи: «науки производить и совершать» и «оные в народеразмножать». Для этого прежде всего требовалось подготовить кадры русскихученых в различных областях знаний и привлечь иностранных ученых дляисследования природных богатств России.
Ужес первых лет существования Академии наук с ней были связаны все научныедостижения в России. В ее стенах работали такие известные ученые, как Иоганн иДаниил Бернулли, Л. Эйлер, С.П. Крашенинников, П.С. Паллас, И.И. Лепехин, Н.Я.Озерецковский, Я.Д. Захаров и др.
Началозанятиям химией в Академии наук было положено в 1731 г. избранием в академики Иоганна Георга Гмелина (1709–1755). Гмелину принадлежит первоехимическое исследование, опубликованное в «Записках Петербургской академиинаук», статья «Об увеличении веса некоторых тел при обжигании».
Втечение XVIII в. химией в академии занимались Иоганн Готлоб Леман (1719–1767), ЭрикГустав (Кирилл Густавович) Лаксман (1737–1796), Тобиас Иоганн (Товий Егорович)Ловиц (1757–1804), Василий Михайлович Севергин (1765–1826), Апполос АпполосовичМусин-Пушкин (1760–1805) и др. Однако основные достижения этого столетия вобласти химии связаны с именем Михаила Васильевича Ломоносова (1711–1765).
ХотяЛомоносова благодаря исключительно многогранному характеру творческой(математика, физика, химия, науки о Земле, астрономия) и просветительскойдеятельности с полным правом называют ученым-энциклопедистом, егопреимущественное внимание было направлено на развитие физики и химии. Основноенаправление деятельности ученого в области химии – стремление обосновать последнююкак науку, опирающуюся на союз с математикой, механикой и физикой.
Кфундаментальным достижениям Ломоносова относятся следующие: он обратил внимание(1756) на основополагающее значение закона сохранения массы вещества вхимических реакциях; изложил (1741–1750) основы своего корпускулярного(атомно-молекулярного) учения, получившего развитие лишь спустя столетие;выдвинул (1744–1748) кинетическую теорию теплоты; обосновал (1747–1752)необходимость привлечения физики для объяснения химических явлений и предложилдля теоретической части химии название «физическая химия», а для практическойчасти – «техническая химия». Ломоносов первым начал читать в Петербургскойакадемии наук «Курс истинно физической химии».
В 1748 г. по инициативе ученого в России была построена первая химическаялаборатория, предназначенная для научных и учебных целей. Для этой лабораториион разработал широкую программу исследований, центральным пунктом которой былоизучение тех явлений, которые происходят в смешанном теле при химическомвзаимодействии.
Впериод 1748–1757 гг. работы ученого были посвящены главным образом решениютеоретических и экспериментальных вопросов химии. Проводя опыты по обжигуметаллов в запаянных сосудах, он показал (1756), что их вес после нагревания неизменяется и что мнение Р. Бойля о присоединении тепловой материи к металламошибочно; изучал жидкое, газообразное и твердое состояния тел; достаточно точноопределил коэффициенты расширения газов; изучал растворимость солей при разныхтемпературах; исследовал влияние электрического тока на растворы солей, установилфакты понижения температуры при растворении солей и понижения точки замерзанияраствора по сравнению с чистым растворителем; установил различие междупроцессом растворения металлов в кислоте, сопровождающимся химическимиизменениями, и процессом растворения солей в воде, происходящим без химическихизменений растворяемых веществ.
Ломоносовупринадлежит большое число практических изысканий. Он был создателем многих химическихпроизводств (неорганических пигментов, глазурей, стекла, фарфора); разработалтехнологию и рецептуру цветных стекол, которые употреблял для созданиямозаичных картин; изобрел фарфоровую массу. Занимался анализом руд, солей идругих продуктов; описал процессы получения железного купороса, меди из медногокупороса, серы из серных руд, квасцов, серной, азотной и соляной кислот.
ТрудЛомоносова «Первые основания металлургии, или рудных дел» (1763), в котором онрассмотрел свойства различных металлов, дал их классификацию и описал способыполучения, не только заложил первые блоки в основы русского химического языка, нои положил начало систематическим работам ученых последующих поколений поисследованию и освоению естественных богатств России.
ТрадицииМ.В. Ломоносова, связанные с изучением руд и минералов России, были продолженыво второй половине XVIII и начале XIX в., когда были выполнены многочисленныехимические исследования прикладного характера. Особое значение в этот периодимела просветительская деятельность русских химиков.
И.Г.Леман, занявший после М.В. Ломоносова кафедру химии Петербургской академии науки принявший заведование химической лабораторией, исследовал сибирскую свинцовуюруду – крокоит, описал русские минералы, содержащие вольфрам и хром, издал(1772) переведенные на русский язык руководства по минералогии и пробирномуискусству.
Э.Г.Лаксман изучал минеральные богатства Алтая и Восточной Сибири. Будучинепримиримым противником сжигания лесных массивов с целью накопления золы, котораябыла необходима для получения поташа – главного исходного материала впроизводстве стекла, Лаксман разработал новый беспоташный способ изготовлениястекла на основе природной глауберовой соли (десятиводного сульфата натрия). Онтакже предложил (1769) способ получения поваренной соли из рапы соляных озер еевымораживанием и выпариванием; разработал технологию селитры, соды и квасцов.
Втечение всего XVIII в. развитие химических знаний получало действеннуюподдержку со стороны руководства Академии наук, будь то ее первый президентЛ.Л. Блюментрост (1725–1733) или первая женщина-директор Е.Р. Дашкова(1783–1796).
Впериод конца XVIII – начала XIX столетий наибольший вклад в развитие химическойнауки внесли академики В.М. Севергин и Т.Е. Ловиц.
В.М.Севергин с 1793 г. – академик (профессор) Петербургской АН. В 1805–1826 гг. онв знак признания высоких научных заслуг шесть раз подряд избирался членомКомитета правления академии. Основные научные работы Севергина посвящены общейи неорганической химии. Он развил химическое направление в минералогии, считаяглавной задачей этой науки исследование состава и строения минералов; впервыесформулировал понятие о парагенезисе («смежности минералов»); стоял у истоковколориметрического анализа; предложил (1795) способ количественных определений,основанный на сравнении интенсивности окраски растворов.
Севергинбыл автором первых русских руководств по химии и химической технологии«Пробирное искусство, или руководство к химическому испытанию металлических руди других ископаемых тел» (1801), «Способ испытывать минеральные воды» (1800), «Наставлениео лучших способах добывать, приготовлять и очищать селитру в России…» (1812).Он также перевел с французского и переработал «Словарь химический» (т. 1–4, 1810–1813),был основателем и редактором (с 1804) «Технологического журнала».
Т.Е.Ловиц открыл (1785) явление адсорбции углем в жидкой среде и предложил способыочистки на этой основе воды, спирта и фармацевтических препаратов; внес существенныйвклад в учение о растворах солей и кристаллохимию; разработал способы полученияледяной уксусной кислоты, кристаллической глюкозы, безводных диэтилового эфираи спирта, а также разделения солей бария, стронция и кальция.
Кконцу XVIII в. появились первые в России работы в области химии и технологииплатины и хрома. Почетный член Петербургской академии наук А.А. Мусин-Пушкинполучил ряд «тройных» комплексных солей платины – хлорплатинаты магния, бария инатрия, амальгаму платины, разработал способ получения ковкой платиныпрокаливанием ее амальгамы. Он впервые получил и описал золь металлическойртути, открыл хромовые квасцы, исследовал сплавы платины с медью и серебром.
Созданиеуниверситетской науки. Формирование научных школ
ЕслиXVIII столетие можно назвать периодом зарождения российской химической науки, тоXIX в. делится на два периода: первая половина – становление отечественнойхимии, вторая половина – утверждение российских ученых в профессиональноммировом сообществе. При этом выдающиеся открытия Д.И. Менделеева и А.М.Бутлерова стали логическим следствием той огромной деятельности русских ученых,направленной на популяризацию химических и химико-технологических знаний, наразвитие отечественной промышленности, которая велась ими с начала века.
Петербургскаяакадемия наук, в которой в XVIII в. была сосредоточена практически всяроссийская химия, не потеряла своего значения и в последующее столетие. В 1803 г. был принят ее новый устав, в котором она определялась как главное ученое учреждение страны, ав ее задачи входило усовершенствование наук, просвещение, а такжеусовершенствование мануфактур, ремесел и фабрик.
Вто же время в начале XIX столетия, особенно после Отечественной войны 1812 г., в развитии химии в России появились новые черты. Смена мануфактурного производствафабрично-заводским выдвинула перед учеными множество практических задач, связанныхс рациональной постановкой и усовершенствованием способов производства. Это привелок тому, что на смену ученому-просветителю пришел ученый-естествоиспытатель, которыйвидел свою задачу в практическом применении научных знаний. Иными словами, задачейхимической науки в этот период стала помощь развитию промышленности и сельскогохозяйства на базе природных ресурсов страны.
Нарубеже XVIII–XIX вв. произошли изменения и в системе подготовки специалистов иорганизации научных исследований. В период развивающихся капиталистическихотношений расширение торговли, оснащение армии и флота, рост металлургическихпроизводств и химических промыслов во многом зависели от наличия собственныхспециалистов: горных инженеров, химиков, геологов, артиллерийских офицеров, врачейи др. С этой целью создаются такие специальные учебные заведения, как Горноеучилище, Артиллерийская академия, Инженерное кадетское училище, Медико-хирургическаяакадемия и др.
Вначале XIX в. в различных городах России открываются новые университеты исоздаются научные общества. В 1802–1803 гг. восстанавливаются университеты в Дерптеи Вильнюсе. В последующие годы были открыты университеты в Казани (1804), Харькове(1805), Петербурге (1819). Петербургскому университету, в отличие отМосковского (1755), Казанского и Харьковского университетов, которые готовилипреподавателей для гимназий и других школ, было поручено готовить профессоров инаучных работников.
Соткрытием университетов начинается новый период в развитии химии в России –период университетской науки, характерный появлением русской профессуры, русскихучебников и журналов по химии, химических лабораторий. В университетах начализарождаться русские научные школы.
Формированиеи деятельность отечественных научно-педагогических школ происходили на фонепринципиальных изменений в мировой химической науке, заключавшихся в том, что впервые десятилетия XIX в. химия на базе новой парадигмы, основанной накислородной теории Лавуазье (конец XVIII в.) и атомно-молекулярном ученииДальтона и Авагадро (начало XIX.), твердо встала на путь самостоятельногоразвития. Более того, начался процесс ее дифференциации на отдельные области:неорганическую, органическую, аналитическую химию.
Вэтой ситуации основной задачей, стоявшей перед российскими университетами, сталопривлечение молодежи к изучению естествознания и химии в частности. Эта задачарешалась в первую очередь путем написания оригинальных учебных руководств.
В1810–1830 гг. русскими химиками была проделана огромная работа по созданиюучебно-методических основ преподавания химии, написанию отечественныхруководств по химии. Так, в 1808 г. А.И. Шерер (1772–1825), профессорПетербургской медико-хирургической академии, Главного педагогического институтаи Горного кадетского корпуса, а с 1815 г. – академик Петербургской академии наук издал первый русский учебник – «Руководство к преподаванию химии» (в двухчастях). В «Предуведомлении» он писал о своем стремлении прежде всего к тому, чтобыпреподавание химии было «практическим и основательным».
В1813–1817 гг. было издано пятитомное энциклопедическое руководство «Всеобщаяхимия для учащих и учащихся» профессора химии Харьковского университета Ф.И.Гизе (1784–1821). Это уникальное издание впервые ознакомило русского читателя сновейшими теориями и открытиями в химии: представлениями К. Бертолле охимическом сродстве, законами Пруста, Рихтера, электрохимическимипредставлениями Г. Дэви и Я. Берцелиуса и др.
Однакодля начинавших изучать химию его руководство было слишком объемистым. Поэтому, начинаяс 1820 г., профессора русских учебных заведений издают ряд новых руководств похимии.
Первойкнигой, достаточно полно отражавшей последние достижения науки и излагавшейфакты и теории химии в компактной и доступной форме, стал учебник Г.И. Гесса«Основание чистой химии» (1831), который вплоть до выхода в свет «Основ химии»Д.И. Менделеева (1869) был принят в учебных заведениях России в качествеосновного руководства по химии.
Висторию мировой и отечественной химии имя Германа Ивановича Гесса (1802–1850)вошло не только благодаря его знаменитому учебнику. В первую очередь онизвестен как создатель первой в России научной школы химиков-неоргаников, одиниз основоположников термохимии.
Всвоих термохимических исследованиях Г.И. Гесс значительно раньше Х.П. Томсена иП.Э. Бертло выдвинул (1840) положение, согласно которому величины тепловыхэффектов реакции могут служить мерой химического сродства. Открыл (1840)основной закон термохимии – закон постоянства количества тепла, доказал (1842)правило термонейтральности.
Фундаментальныетермохимические исследования Г.И. Гесса могли бы стать основой большойисследовательской программы его научной школы. Однако Гесс сознавал, что дляРоссии в тот период требовались специалисты не по термохимии, а по горному делу,металлургии и аналитической химии. Именно поэтому, создавая первую национальнуюрусскую школу химиков, ученый уделял большое внимание исследованиям именно вэтих областях. Среди его учеников такие крупные химики, как П.И. Евреинов(1812–1849), снискавший известность своими работами в области гальванопластики,с 1841 г. – управляющий лабораторией Департамента горных и соляных дел; П.П.Шубин (1817–1843), выполнивший ряд работ в области анализа различных руд, глин,минералов и определивший в 1842 г. атомный вес лантана; И.В. Авдеев (1818–1865),успешно занимавшийся химией бериллия и его соединений; И.П. Илимов (1820–1891),крупный специалист в области переработки жиров; Н.А. Иванов (1816–1883), талантливыйаналитик, выполнивший точные анализы многих минералов, руд и различных изделийметаллургических заводов, в частности первые анализы донецких каменных углей;А.А. Фадеев (1810–1898), выполнивший ряд исследований по химии взрывчатыхвеществ и в 1844 г. впервые в мире получивший в большом количестве чистыйпироксилин; Л.И. Шишков (1830–1908), создавший в Михайловском артиллерийскомучилище в Петербурге одну из лучших в России химических лабораторий ивыполнивший в ней ряд оригинальных исследований.
Первымучеником Г.И. Гесса по Главному педагогическому институту был один из наиболееярких педагогов-химиков XIX столетия, «дедушка русской химии» АлександрАбрамович Воскресенский (1809–1880). Его деятельности Россия обязана подготовкойцелой плеяды химиков. Из научной школы Воскресенского вышли такие известныеученые, как Д.И. Менделеев, Н.Н. Бекетов, П.А. Ильенков, М.В. Скобликов, Н.Н.Соколов, П.П. Алексеев, А.Р. Шуляченко, П.А. Лачинов, Н.К. Яцукович, Н.П.Лавров, И.А. Тютчев, Э.Ф. Радлов, Ф.Р. Вреден, В. Савич и многие другие.
Перваянаучная школа химиков-органиков
К40-м годам XIX в. в России сформировалось несколько химических центров, самымикрупными из которых были петербургский, московский и казанский.
Становлениенаучно-педагогической школы в Казанском университете связано с деятельностьюНиколая Николаевича Зинина (1812–1880), его ученика Александра МихайловичаБутлерова (1828–1886) и представителей бутлеровской химической школы ВладимираВасильевича Марковникова (1837–1904), Александра Никифоровича Попова(1840–1881), Александра Михайловича Зайцева (1841–1910), Флавиана МихайловичаФлавицкого (1848–1917). В конце XIX столетия преемницей бутлеровской школыстановится научно-педагогическая школа А.М. Зайцева, известная такимизамечательными именами, как С.Н. Реформатский, А.Н. Реформатский, Е.Е. Вагнер, А.А.Альбицкий, А.Е. Арбузов, Г.М. Глинский и многие другие.
Крометого, несмотря на превалирование исследований в области органической химии, вКазанском университете работали такие известные ученые-неорганики, как М.Д.Киттары (1825–1880) и К.К. Клаус (1796–1864), один из основоположников химииплатины, предложивший способы разделения и получения в чистом виде платиновыхметаллов и открывший в 1844 г. новый химический элемент – рутений.
Питомцыказанской химической школы, став известными учеными, создали крупные научныецентры в других российских городах: Н.Н. Зинин и А.М. Бутлеров вСанкт-Петербурге, В.В. Марковников в Москве, А.Н. Попов и Е.Е. Вагнер в Варшаве,С.Н. Реформатский в Киеве, А.А. Альбицкий в Харькове.
Висторию химии имя основателя казанской химической школы Н.Н. Зинина вошлоблагодаря открытому им методу получения первичных ароматических аминов изнитросоединений. Этот универсальный метод, который известен как «реакцияЗинина», позволил организовать производство широкого спектра соединений, впервую очередь a-нафтиламина (анилина) и бензидина, являющихся исходнымипродуктами для промышленности синтетических (фуксин, мовеин и др.) исубстантивных красителей. Открытие Зинина не только послужило основой новойотрасли промышленности – анилинокрасочной. Оно оказало значительное влияние наразвитие органической химии в целом, дало импульс многим новым самостоятельнымпроизводствам: фармацевтическому, фотохимическому, пластмасс и др.
Развитиехимической науки во второй половине XIX в.
Втораяполовина XIX в. представляет собой особый период в истории отечественной науки,в том числе и химии. Если в первой половине столетия достижения ученыхпрокладывали первые пути от аналитических исследований естественных богатствстраны к фундаментальным изысканиям, то во вторую половину на первый план вышлиработы фундаментального характера. Эпохой в истории мировой науки сталиоткрытие в 1869 г. Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834–1907) Периодическогозакона химических элементов и разработка в 1861–1870 гг. А.М. Бутлеровым(1828–1886) теории химического строения веществ.
Совторой половины XIX в. в развитии химии четко наметилась дифференциация на триосновные отрасли – неорганическую, органическую и физическую, а затем намножество других ветвей, более точно отражающих многосторонность предмета этойнауки. Первое место по объему изучаемого материала заняла органическая химия, инеудивительно: уже тогда насчитывалось более миллиона индивидуальныхорганических соединений, тогда как неорганических было известно не более 60–70тысяч.
Этообстоятельство вызвало необходимость упорядочения классификации органических соединенийи создания теоретических основ, объясняющих их бесконечное разнообразие прикрайне ограниченном составе.
Первыеобъяснения этому феномену появились еще в начале XIX в. в работах Я. Берцелиуса(Швеция), Ш. Жерара (Франция), Ю. Либиха и А. Кекуле (Германия). Они сводилиськ тому, что индивидуальность химического соединения определяет не только егосостав, но еще и структура молекул, которая бывает различной при одном и том жесоставе, т. е. изомерия молекул. В этой связи были выдвинуты первые структурныетеории, которые, однако, не объясняли главного: различия химических свойствизомеров.
Ответна вопрос о различии химических свойств органических соединений дал А.М.Бутлеров в своей теории химического строения. Он показал, что реакционнаяспособность молекул зависит от величин энергии химических связей между атомами,которые изменяются в результате взаимного влияния атомов и атомных групп вединой системе молекулы. Таким образом, в соответствии с его теорией сущностьхимического строения молекул заключается в энергетической неэквивалентностиразных химических связей, одинаково обозначаемых как С–Н, или в общем случаеА–В.
Теорияхимического строения стала первой действенной теорией реакционной способностивещества и впоследствии вошла в преобразованном виде в состав новыхквантово-химических концепций.
Оцениваявклад казанской научной школы в развитие мировой и отечественной химии, один изее лидеров академик А.Е. Арбузов отмечал, что созданная А.М. Бутлеровым иразвитая его учениками теория химического строения позволила расшифроватьструктуру органических соединений различных классов и наметить пути их синтеза.Тем самым был сделан принципиально новый шаг в развитии органической химии.Казанская школа обогатила химию новыми оригинальными синтезами органическихсоединений: спиртов различных классов, непредельных кислот, оксикислот, лактонов,фосфорорганических соединений.
Всеэти исследования укрепляли и развивали теорию химического строения, а такжесовершенствовали методы органической химии и готовили основу для внедрениямногих практически важных веществ в промышленность.
Достиженияхимической науки второй половины XIX в. во многом обусловлены работамипетербургских ученых. Академия наук, Петербургский университет, Горный институт,Медико-хирургическая академия, Михайловская артиллерийская академия, Технологическийинститут, Земледельческий (Лесной) институт образовали крупнейший научный центр,оказавший огромное влияние на развитие не только отечественной, но и мировойнауки. В каждом из этих учреждений сложилась своя школа химиков, характернаяиндивидуальностью и направленностью исследований и руководимая такимиблестящими учеными, как Д.И. Менделеев, А.М. Бутлеров, А.А. Воскресенский, Н.Н.Зинин, А.Е. Фаворский и др.
Исследованияв области нефтехимии
В1868–1885 гг. кафедру органической химии Петербургского университета занималА.М. Бутлеров. Здесь, как и в Казанском университете, им была созданакрупнейшая химическая школа, знаменитая такими именами, как А.Н. Вышнеградский,Г.Г. Густавсон, М.Д. Львов, В.В. Марковников, А.Е. Фаворский и др. Влаборатории Бутлерова проводили свои первые исследования будущие видные ученыеВ.Е. Тищенко, Ф.М. Флавицкий, Е.Е. Вагнер, Д.П. Коновалов, И.А. Каблуков и др.
Говоряо вкладе А.М. Бутлерова и его учеников в развитие отечественной химическойнауки, нельзя обойти вниманием такую широко развившуюся область, как нефтехимия,в становление которой бутлеровская школа наряду с Д.И. Менделеевым, а позднее –Н.Д. Зелинским, С.С. Намёткиным, Л.Г. Гурвичем, С.В. Лебедевым, Б.А. Казанскими другими, внесла огромный вклад.
Наоснове теории химического строения представителями школы Бутлерова былосуществлен синтез олефиновых и парафиновых углеводородов состава C5–C10 –основы химии углеводородов, которая стала впоследствии базой для развитиянефтехимии, являющейся основным поставщиком карбюраторных и дизельных топлив исмазочных материалов для авто- и авиамоторостроения.
ИсследованияА.М. Бутлерова по полимеризации низкомолекулярных олефинов и по синтезууглеводородов изостроения, выполненные им с целью экспериментальногоподтверждения своей теории, составили научную основу синтеза компонентоввысококачественных авиационных топлив. Уплотнение олефиновых углеводородов поБутлерову приобрело важное значение также для синтеза присадок, улучшающихвязкостные свойства смазочных масел.
Представителюбутлеровской школы Г.Г. Густавсону принадлежит заслуга открытия многообразныхпревращений углеводородов и их производных в присутствии галогенидов алюминия.Особое значение приобрела реакция алкилирования ароматических углеводородов вприсутствии хлористого алюминия, что обусловливается ценностью её продуктов каквысокооктанового компонента авиационных топлив и сырья для промышленностиорганического синтеза и искусственного каучука.
Неменьший вклад в науку о химии нефти внёс ученик А.М. Бутлерова, В.В.Марковников, посвятивший более 20 лет своей научной деятельности исследованиюсостава кавказской нефти. Исследование нефтей в период интенсивной разработкикавказских месторождений в последней четверти XIX столетия было сосредоточеноглавным образом в Московском университете в лабораториях Н.Д. Зелинского и В.В.Марковникова.
Особоевнимание В.В. Марковников уделял выделению нафтеновых углеводородов из нефтипутём многократной дробной разгонки её и изучению свойств выделенныхуглеводородов. Химические методы идентификации нефтяных углеводородов, разработанныеучёным, нашли применение во всех лабораториях мира. По этим же реакциямосуществляется синтез многих органических соединений.
Особоезначение для развития нефтехимии имеют исследования русских учёных в областиациклических углеводородов, являющихся одной из главных составных частей нефти.Еще в 70-х годах XIX в. их открыл адъюнкт-профессор Петербургского горногоинститута Ф.Р. Вреден. Впоследствии более 60 ациклических углеводородов впервыесинтезировал и изучил Н.Д. Зелинский. Многие углеводороды этого классасинтезировали Н.М. Кижнер, Н.Я. Демьянов, С.С. Намёткин, Б.А. Казанский идругие химики. Их работы создали стройное учение об ациклических углеводородах,имеющих важнейшее значение в переработке нефти.
М.И.Коновалов, ученик и близкий помощник В.В. Марковникова, обогатил нефтехимиюодним из наиболее надёжных методов определения структуры парафиновыхуглеводородов – реакцией нитрования парафинов слабой азотной кислотой. Знаниеструктурных особенностей парафинов, входящих в состав бензиновых фракций нефти,необходимо для определения моторных свойств бензинов. Нитрование по Коновалову,развитое в последующие годы советскими химиками, в частности П.П. Шорыгиным иА.В. Топчиевым, приобрело большое промышленное значение.
М.И.Коноваловым были выполнены также ценные исследования по выяснению состава истроения нафтеновых углеводородов, выделенных из кавказских нефтей.
Висторию науки о химии нефти вошли также работы учеников В.В. Марковникова Н.Я.Демьянова и Н.М. Кижнера. Предметом их изучения являлись такие важные аспекты, каксинтез ациклических углеводородов, их изомеризация, расширение и сужениециклов.
Большоезначение организации переработки нефти на научных основах придавал Д.И.Менделеев. Он отмечал: «Истребление нефти с помощью сжигания над паровиками ипросто на полях, как это практиковалось и практикуется в Баку, не может неподлежать полному осуждению и против него надо действовать». Учёномупринадлежат классические исследования по определению тепловых свойств нефтей инефтепродуктов, а также установлению закономерностей их изменения. ТрудыМенделеева по выяснению химической природы отдельных углеводородов, входящих всостав нефти, по разработке методов ректификации, непрерывного однократногоиспарения, холодного фракционирования избирательными растворителями долгоевремя служили источником идей, определявших новые направления внефтепереработке. В XX в. изыскания в области термической переработки нефтиполучили широчайшее развитие благодаря трудам Н.Д. Зелинского, А.В. Летнего, А.Н.Никифорова, В.Г. Шухова, М.А. Капелюшникова и других.
Обобщаяработы, выполненные в последние три десятилетия XIX в., можно сказать, что вэтот период были сформированы новые перспективные направления развитияорганической химии, которые приобрели большое практическое значение в следующемстолетии; открытие новых реакций и закономерностей усилило синтетическуюорганическую химию и значительно расширило представления химиков о новыхклассах соединений. Иными словами, были заложены основы современнойорганической химии.
Исследованияв области неорганической химии
Мощнымнаправлением исследований, которое сформировалось в петербургском научном центрев 1870–1880-е годы, являются физико-химические изыскания, включавшие в себя триосновных вектора: изучение состояния вещества (газообразное, жидкое, твердое)как основного фактора, определяющего специфику механизма реакций; изучениепричин взаимодействия веществ; изучение зависимости свойств вещества от егосостава и строения.
Вразработке этого нового направления центральное место занимают работы Д.И.Менделеева и его учеников.
Крупнейшимвкладом Д.И. Менделеева в науку стал открытый им в феврале 1869 г. периодический закон химических элементов Этот закон и разработанная на его основепериодическая система элементов послужили фундаментом для современного учения остроении вещества, в частности для атомной и ядерной физики XX в. На этом жефундаменте построена вся современная система химии как единая целостностьтеорий, отражающих закономерности химической организации вещества и позволяющихрешать основные задачи этой науки, в том числе получения материалов с заданнымисвойствами.
Д.И.Менделееву принадлежит также ряд других основополагающих работ в области общейхимии, химической технологии, физики. Он осуществил фундаментальный циклисследований (1865–1887) в области растворов, создал гидратную теорию растворов,заложил основы химии соединений переменного состава, открыл «температуруабсолютного кипения жидкостей», предложил общее уравнение состояния идеальногогаза (уравнение Клайперона–Менделеева).
Д.И.Менделеев принадлежал к числу тех отечественных ученых, которые не только ясноосознавали глубокую взаимосвязь и взаимозависимость фундаментальныхисследований, прикладных изысканий и развития химической промышленности, но ипринимали деятельное участие в решении целого ряда технологических проблем. Так,выступая за быстрейшее развитие нефтяной промышленности и рациональнуюпереработку нефти, он первым обосновал вопрос о географическом размещениинефтеперерабатывающей промышленности, выдвинул ряд предложений по коренномуулучшению транспортировки нефти и нефтепродуктов, предложил принцип дробнойперегонки при переработке нефти. Выступая за расширение и техническое улучшениедобычи угля, ученый выдвинул идею подземной газификации углей. В начале 1890-хгодов он совместно с И.М. Чельцовым принимал участие в разработке бездымногопороха.
Всфере интересов Д.И. Менделеева были вопросы химизации сельского хозяйства.Всвоих работах он доказывал необходимость развития туковой промышленности наоснове отечественного сырья, необходимость переработки костей, добычифосфоритов, производства суперфосфата, преципитата и сложных удобрений.
Продолжениемклассических исследований Д.И. Менделеева в области растворов и в то же времяначалом нового этапа в их развитии стали работы будущих академиков ДмитрияПетровича Коновалова (1856–1923), Владимира Александровича Кистяковского(1865–1952), а также Александра Александровича Яковкина (1860–1936).
Д.П.Коновалов в 1881–1884 гг. открыл законы, устанавливающие зависимостьотносительного состава компонентов в газовой и жидкой фазах растворов от давленияпара и температуры кипения двойных жидких систем. Он создал основы теорииперегонки жидких смесей, развил представление о критическом состоянии всистемах жидкость–жидкость, указав области их гомогенности и расслоения. Егоработы носили четко выраженный физико-химический характер; они находились напороге перехода химии к химической термодинамике, кинетике и катализу.Коновалов сформулировал представления об автокатализе, вывел уравнение дляскорости автокаталитических реакций (1887) и впервые ввел (1885) понятиеактивной поверхности гетерогенных катализаторов.
В.А.Кистяковский стал одним из первых «объединителей» (1888) химической теориирастворов Менделеева и физической теории электролитической диссоциацииАррениуса. Он создал новое направление в науке – коллоидную электрохимию, развилпервые электрохимические представления о коррозии металлов, ставшие основой дляразработки мер защиты металлов от коррозии.
Значительныйвклад в создание основ электрохимии на первом этапе ее развития внес один из крупнейшихпредставителей московской химической школы Иван Александрович Каблуков(1857–1942). Он открыл ряд закономерностей в области химии неводных растворов, установиланомальную электропроводность электролитов в органических растворителях, независимоот В.А. Кистяковского ввел представление о сольватации ионов, изучал фазовыепревращения расплавленных солей, многое сделал для сближения физической ихимической теорий растворов. Работы И.А. Каблукова подготовили почву длябольшого цикла систематических термохимических исследований будущих поколенийхимиков.
Работысамого И.А. Каблукова и его учеников в области термохимии в значительнойстепени опирались на традиции лугининской научной школы.
Прогрессв этой области прежде всего зависел от разработки её экспериментального метода– калориметрии, позволяющего определять, в частности, теплоты горения различныхвеществ. Профессором Московского университета Владимиром Федоровичем Лугининым(1834–1911) были получены надёжные экспериментальные данные теплот сгорания дляболее 200 соединений, которые вошли в мировую справочную литературу. Ихсравнительный анализ, осуществлённый учёным в 1880–1890-е годы, позволилосуществить важные структурно-термохимические закономерности для разных классоворганических соединений (кетонов, альдегидов, спиртов, сложных эфиров).Существенные изменения Лугинин внёс и в технику калориметрии. Им былиусовершенствованы методы определения теплот испарения жидкостей и теплоёмкостейтвёрдых и жидких тел. Предложенные им методы не утратили всоего значения и внастоящее время. В 1892 г. в Московском университете Лугининым была созданапервая в России образцовая термохимическая лаборатория, ныне носящую его имя.
Особойпрактической направленностью отличались работы Александра АлександровичаЯковкина в области растворов. Он впервые подробно исследовал поведение хлора вводных растворах, разработал методы обезвоживания природных солей, предложилспособ производства чистого оксида алюминия, на основе которого был пущенпервый в России глиноземный завод.
Принципиальноновой важной отраслью химии, возникшей в конце XIX столетия, была химическаякинетика. Она появилась как своеобразная реакция на успехи органическогосинтеза, базировавшегося на бутлеровской теории химического строения. Приизучении многочисленных реакций синтеза, более всего реакций гидратации идегидратации органических соединений, обнаружилось, что характер теченияреакций и выходы готовых продуктов зависели не только от природы исходныхреагентов, но и от растворителей, примесей, температуры и давления. Былозамечено и такое явление, как зависимость хода реакций от особенностей тонкогостроения молекул реагентов. Систематическим изучением всех этих явлений иобобщением результатов наблюдений занялся ближайший коллега Д.И. Менделеева поПетербургскому университету профессор Николай Александрович Меншуткин(1842–1907). Особый интерес представляют его работы в области этерификацииспиртов и гидролиза эфиров, начатые в 1877 г. и продолжавшиеся более 30 лет. Посредством измерения скоростей реакций он открыл закономерности, устанавливающиевлияние строения спиртов и органических кислот на скорость и пределэтерификации, установил влияние на ход реакций природы растворителя и термодинамическихусловий. Работы Н.А. Меншуткина наряду с исследованиями Д.П. Коновалова вРоссии и В. Оствальда в Германии послужили первыми блоками, заложенными вфундамент учения о химических процессах как новой, более высокой по сравнениюсо структурной химией, ступенью в развитии химических знаний.
Подводяитоги развития химии в XIX в., учёные и историки науки отмечают, что «Ни однанаука за сто лет не сделала таких колоссальных завоеваний, как химия…Общекультурное достижение XIX в. – это установление равноправия наук, ихвзаимосвязь и солидарность. Наука превратилась в организованную систему знания,опирающегося на фактический материал» [1]. Развились органическая, неорганическаяи физическая химия. «Таким образом, получив от XVIII в. одну химию, мы передаёмXX в. три, не считая прикладных отделов – аналитической и технической» [2. С.16, 17].
Список литературы
1.Быков Г.В. История органической химии. М., 1976.
2.Осипов И.П. Очерк развития химии в XIX в. Харьков, 1898.
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.portal-slovo.ru