Вклад русских ученых в развитие неорганической химии

Истоки отечественной химической науки восходят к XVIII в., когда была основана Петербургская академия наук. По замыслу Петра I академия должна была выполнять две основные задачи: «науки производить и совершать» и «оные в народе размножать». Для этого прежде всего требовалось подготовить кадры русских ученых в различных областях знаний и привлечь иностранных ученых для исследования природных богатств России.

Уже с первых лет существования Академии наук с ней были связаны все научные достижения в России. В ее стенах работали такие известные ученые, как Иоганн и Даниил Бернулли, Л. Эйлер, С. П. Крашенинников, П. С. Паллас, И. И. Лепехин, Н. Я. Озерецковский, Я. Д. Захаров и др.

Начало занятиям химией в Академии наук было положено в 1731 г. избранием в академики Иоганна Георга Гмелина (1709−1755). Гмелину принадлежит первое химическое исследование, опубликованное в «Записках Петербургской академии наук», статья «Об увеличении веса некоторых тел при обжигании».

В течение XVIII в. химией в академии занимались Иоганн Готлоб Леман (1719−1767), Эрик Густав (Кирилл Густавович) Лаксман (1737−1796), Тобиас Иоганн (Товий Егорович) Ловиц (1757−1804), Василий Михайлович Севергин (1765−1826), Апполос Апполосович Мусин-Пушкин (1760−1805) и др. Однако основные достижения этого столетия в области химии связаны с именем Михаила Васильевича Ломоносова (1711−1765). Хотя Ломоносова благодаря исключительно многогранному характеру творческой (математика, физика, химия, науки о Земле, астрономия) и просветительской деятельности с полным правом называют ученым-энциклопедистом, его преимущественное внимание было направлено на развитие физики и химии. Основное направление деятельности ученого в области химии — стремление обосновать последнюю как науку, опирающуюся на союз с математикой, механикой и физикой. К фундаментальным достижениям Ломоносова относятся следующие: он обратил внимание (1756) на основополагающее значение закона сохранения массы вещества в химических 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 предложил для теоретической части химии название «физическая химия», а для практической части — «техническая химия». Ломоносов первым начал читать в Петербургской академии наук «Курс истинно физической химии». В 1748 г. по инициативе ученого в России была построена первая химическая лаборатория, предназначенная для научных и учебных целей. Для этой лаборатории он разработал широкую программу исследований, центральным пунктом которой было изучение тех явлений, которые происходят в смешанном теле при химическом взаимодействии. В период 1748—1757 гг. работы ученого были посвящены главным образом решению теоретических и экспериментальных вопросов химии. Проводя опыты по обжигу металлов в запаянных сосудах, он показал (1756), что их вес после нагревания не изменяется и что мнение Р. Бойля о присоединении тепловой материи к металлам ошибочно; изучал жидкое, газообразное и твердое состояния тел; достаточно точно определил коэффициенты расширения газов; изучал растворимость солей при разных температурах; исследовал влияние электрического тока на растворы солей, установил факты понижения температуры при растворении солей и понижения точки замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем; установил различие между процессом растворения металлов в кислоте, сопровождающимся химическими изменениями, и процессом растворения солей в воде, происходящим без химических изменений растворяемых веществ. Ломоносову принадлежит большое число практических изысканий. Он был создателем многих химических производств (неорганических пигментов, глазурей, стекла, фарфора); разработал технологию и рецептуру цветных стекол, которые употреблял для создания мозаичных картин; изобрел фарфоровую массу. Занимался анализом руд, солей и других продуктов; описал процессы получения железного купороса, меди из медного купороса, серы из серных руд, квасцов, серной, азотной и соляной кислот. Труд Ломоносова «Первые основания металлургии, или рудных дел» (1763), в котором он рассмотрел свойства различных металлов, дал их классификацию и описал способы получения, не только заложил первые блоки в основы русского химического языка, но и положил начало систематическим работам ученых последующих поколений по исследованию и освоению естественных богатств России. Традиции М. В. Ломоносова, связанные с изучением руд и минералов России, были продолжены во второй половине XVIII и начале XIX в., когда были выполнены многочисленные химические исследования прикладного характера. Особое значение в этот период имела просветительская деятельность русских химиков. И. Г. Леман, занявший после М. В. Ломоносова кафедру химии Петербургской академии наук и принявший заведование химической лабораторией, исследовал сибирскую свинцовую руду — крокоит, описал русские минералы, содержащие вольфрам и хром, издал (1772) переведенные на русский язык руководства по минералогии и пробирному искусству. Э. Г. Лаксман изучал минеральные богатства Алтая и Восточной Сибири. Будучи непримиримым противником сжигания лесных массивов с целью накопления золы, которая была необходима для получения поташа — главного исходного материала в производстве стекла, Лаксман разработал новый беспоташный способ изготовления стекла на основе природной глауберовой соли (десятиводного сульфата натрия). Он также предложил (1769) способ получения поваренной соли из рапы соляных озер ее вымораживанием и выпариванием; разработал технологию селитры, соды и квасцов. В течение всего XVIII в. развитие химических знаний получало действенную поддержку со стороны руководства Академии наук, будь то ее первый президент Л. Л. Блюментрост (1725−1733) или первая женщина-директор Е. Р. Дашкова (1783−1796). В период конца XVIII — начала XIX столетий наибольший вклад в развитие химической науки внесли академики В. М. Севергин и Т. Е. Ловиц. В. М. Севергин с 1793 г. — академик (профессор) Петербургской АН. В 1805—1826 гг. он в знак признания высоких научных заслуг шесть раз подряд избирался членом Комитета правления академии. Основные научные работы Севергина посвящены общей и неорганической химии. Он развил химическое направление в минералогии, считая главной задачей этой науки исследование состава и строения минералов; впервые сформулировал понятие о парагенезисе («смежности минералов»); стоял у истоков колориметрического анализа; предложил (1795) способ количественных определений, основанный на сравнении интенсивности окраски растворов. Севергин был автором первых русских руководств по химии и химической технологии «Пробирное искусство, или руководство к химическому испытанию металлических руд и других ископаемых тел» (1801), «Способ испытывать минеральные воды» (1800), «Наставление о 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 способы очистки на этой основе воды, спирта и фармацевтических препаратов; внес существенный вклад в учение о растворах солей и кристаллохимию; разработал способы получения ледяной уксусной кислоты, кристаллической глюкозы, безводных диэтилового эфира и спирта, а также разделения солей бария, стронция и кальция. К концу XVIII в. появились первые в России работы в области химии и технологии платины и хрома. Почетный член Петербургской академии наук А.А. Мусин-Пушкин получил ряд «тройных» комплексных солей платины — хлорплатинаты магния, бария и натрия, амальгаму платины, разработал способ получения ковкой платины прокаливанием ее амальгамы. Он впервые получил и описал золь металлической ртути, открыл хромовые квасцы, исследовал сплавы платины с медью и серебром.

Если XVIII столетие можно назвать периодом зарождения российской химической науки, то XIX в. делится на два периода: первая половина — становление отечественной химии, вторая половина — утверждение российских ученых в профессиональном мировом 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, на развитие отечественной промышленности, которая велась ими с начала века. Петербургская академия наук, в которой в XVIII в. была сосредоточена практически вся российская 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, а в ее задачи входило усовершенствование наук, просвещение, а также усовершенствование мануфактур, ремесел и фабрик. В 1810—1830 гг. русскими химиками была проделана огромная работа по созданию учебно-методических основ преподавания химии, написанию отечественных руководств по химии. Так, в 1808 г. А. И. Шерер (1772−1825), профессор Петербургской медико-хирургической академии, Главного педагогического института и Горного кадетского корпуса, а с 1815 г. — академик Петербургской академии наук издал первый русский учебник — «Руководство к преподаванию химии» (в двух частях). В «Предуведомлении» он писал о своем стремлении прежде всего к тому, чтобы преподавание химии было «практическим и основательным». В 1813—1817 гг. было издано пятитомное энциклопедическое руководство «Всеобщая химия для учащих и учащихся» профессора химии Харьковского университета Ф. И. Гизе (1784−1821). Это уникальное издание впервые ознакомило русского читателя с новейшими теориями и открытиями в химии: представлениями К. Бертолле о химическом сродстве, законами Пруста, Рихтера, электрохимическими представлениями Г. Дэви и Я. Берцелиуса и др. Первой книгой, достаточно полно отражавшей последние достижения науки и излагавшей факты 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 качестве основного руководства по химии. В историю мировой и отечественной химии имя Германа Ивановича Гесса (1802−1850) вошло не только благодаря его знаменитому учебнику. В первую очередь он известен как создатель первой в России научной школы химиков-неоргаников, один из основоположников термохимии. В своих термохимических исследованиях Г. И. Гесс значительно раньше Х. П. Томсена и П. Э. Бертло выдвинул (1840) положение, согласно которому величины тепловых эффектов реакции могут служить мерой химического сродства. Открыл (1840) основной закон термохимии — закон постоянства количества тепла, доказал (1842) правило термонейтральности.

Вторая половина XIX в. представляет собой особый период в истории отечественной науки, в том числе и химии. Эпохой в истории мировой науки стали открытие в 1869 г. Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834−1907) Периодического закона химических элементов и разработка в 1861—1870 гг. А. М. Бутлеровым (1828−1886) теории химического строения веществ.

Ответ на вопрос о различии химических свойств органических соединений дал А. М. Бутлеров в своей теории химического строения. Он показал, что реакционная способность молекул зависит от величин энергии химических связей между атомами, которые изменяются в результате взаимного влияния атомов и атомных групп в единой системе молекулы. Таким образом, в соответствии с его теорией сущность химического строения молекул заключается в энергетической неэквивалентности разных химических связей, одинаково обозначаемых как С-Н, или в общем случае А-В.

На основе теории химического строения представителями школы Бутлерова был осуществлен синтез олефиновых и парафиновых углеводородов состава C5-C10 — основы химии углеводородов, которая стала впоследствии базой для развития нефтехимии, являющейся основным поставщиков карбюраторных и дизельных топлив и смазочных материалов для автои авиамоторостроения. Исследования А. М. Бутлерова по полимеризации низкомолекулярных олефинов и по синтезу углеводородов изостроения, выполненные им с целью экспериментального подтверждения своей теории, составили научную основу синтеза компонентов высококачественных авиационных топлив. Уплотнение олефиновых углеводородов по Бутлерову приобрело важное значение также для синтеза присадок, улучшающих вязкостные свойства смазочных масел. Не меньший вклад в науку о химии нефти внёс ученик А. М. Бутлерова, В. В. Марковников, посвятивший более 20 лет своей научной деятельности исследованию состава кавказской нефти. Исследование нефтей в период интенсивной разработки кавказских месторождений в последней четверти XIX столетия было сосредоточено главным образом в Московском университете в лабораториях Н. Д. Зелинского и В. В. Марковникова. Особое внимание В. В. Марковников уделял выделению нафтеновых углеводородов из нефти путём многократной дробной разгонки её и изучению свойств выделенных углеводородов. Химические методы идентификации нефтяных углеводородов, разработанные учёным, нашли применение во всех лабораториях мира. По этим же реакциям осуществляется синтез многих органических соединений.