Становлення і розвиток хімії в Росії (XVIII - XIX ст.)
Будрейко Є. Н.
Зародження хімічної науки
Витоки вітчизняної хімічної науки сягають XVIII ст., Коли була заснована Петербурзька академія наук. За задумом Петра I академія повинна була виконувати дві основні задачі: «науки виробляти і здійснювати» і «вони в народі розмножувати». Для цього насамперед потрібно підготувати кадри російських вчених у різних галузях знань та залучити іноземних учених для дослідження природних багатств Росії.
Вже з перших років існування Академії наук з нею були пов'язані всі наукові досягнення в Росії. У її стінах працювали такі відомі вчені, як Йоганн і Данило Бернуллі, Л. Ейлер, С.П. Крашенинников, П.С. Паллас, І.І. Лепехін, Н.Я. Озерецковскій, Я.Д. Захаров і ін
Початок занять хімією в Академії наук було покладено в 1731 р. обранням в академіки Йоганна Георга Гмеліна (1709-1755). Гмелін належить перше хімічне дослідження, опубліковане в «Записках Петербурзької академії наук», стаття «Про збільшення ваги деяких тіл при обпечені».
Протягом XVIII ст. хімією в академії займалися Йоганн Готлоб Леман (1719-1767), Ерік Густав (Кирило Густавович) Лаксман (1737-1796), Тобіас Йоганн (Товій Єгорович) Ловіц (1757-1804), Василь Михайлович Севергин (1765-1826), Апполос Апполосовіч Мусін-Пушкін (1760-1805) та ін Однак основні досягнення цього сторіччя в галузі хімії пов'язані з ім'ям Михайла Васильовича Ломоносова (1711-1765).
Хоча Ломоносова завдяки виключно багатогранного характеру творчої (математика, фізика, хімія, науки про Землю, астрономія) та просвітницької діяльності з повним правом називають ученим-енциклопедистом, його переважне увагу було спрямовано на розвиток фізики і хімії. Основний напрямок діяльності вченого в галузі хімії - прагнення обгрунтувати останню як науку, що спирається на союз з математикою, механікою та фізикою.
До фундаментальних досягнень Ломоносова відносяться наступні: він звернув увагу (1756) на основоположне значення закону збереження маси речовини в хімічних реакціях; виклав (1741-1750) основи свого корпускулярного (атомно-молекулярного) вчення, що отримав розвиток лише через сторіччя; висунув (1744 - 1748) кінетичну теорію теплоти; обгрунтував (1747-1752) необхідність залучення фізики для пояснення хімічних явищ і запропонував для теоретичної частини хімії назву «фізична хімія», а для практичної частини - «технічна хімія». Ломоносов першим почав читати в Петербурзькій академії наук «Курс істинно фізичної хімії».
У 1748 р. з ініціативи вченого в Росії була побудована перша хімічна лабораторія, призначена для наукових і навчальних цілей. Для цієї лабораторії він розробив широку програму досліджень, центральним пунктом якої було вивчення тих явищ, які відбуваються в змішаному тілі при хімічній взаємодії.
У період 1748-1757 рр.. роботи вченого були присвячені головним чином вирішення теоретичних і експериментальних питань хімії. Проводячи досліди з випалювання металів в запаяних судинах, він показав (1756), що їх вагу після нагрівання не змінюється і що думка Р. Бойля про приєднання теплової матерії до металів помилково; вивчав рідке, газоподібне і тверде стану тіл; досить точно визначив коефіцієнти розширення газів; вивчав розчинність солей при різних температурах; досліджував вплив електричного струму на розчини солей, встановив факти зниження температури при розчиненні солей і пониження точки замерзання розчину порівняно з чистим розчинником; встановив відмінність між процесом розчинення металів в кислоті, що супроводжується хімічними змінами, і процесом розчинення солей у воді, тим, що відбувається без хімічних змін розчиняються речовин.
Ломоносову належить велика кількість практичних пошуків. Він був творцем багатьох хімічних виробництв (неорганічних пігментів, глазурі, скла, порцеляни); розробив технологію та рецептуру кольорового скла, які вживав для створення мозаїчних картин; винайшов порцелянову масу. Займався аналізом руд, солей і інших продуктів; описав процеси одержання залізного купоросу, міді з мідного купоросу, сірки з сірчаних руд, квасцов, сірчаної, азотної і соляної кислот.
Праця Ломоносова «Перші підстави металургії, або рудних справ» (1763), в якому він розглянув властивості різних металів, дав їх класифікацію і описав способи отримання, не тільки заклав перші блоки в основи російської хімічної мови, а й поклав початок систематичним робіт вчених наступних поколінь з дослідження і освоєння природних багатств Росії.
Традиції М.В. Ломоносова, пов'язані з вивченням руд і мінералів Росії, були продовжені у другій половині XVIII і початку XIX ст., Коли були виконані численні хімічні дослідження прикладного характеру. Особливе значення в цей період мала просвітницька діяльність російських хіміків.
І.Г. Леман, що зайняв після М.В. Ломоносова кафедру хімії Петербурзької академії наук і прийняв завідування хімічною лабораторією, досліджував сибірську свинцеву руду - крокоит, описав російські мінерали, що містять вольфрам і хром, видав (1772) перекладені на російську мову керівництва з мінералогії та пробірного мистецтву.
Е.Г. Лаксман вивчав мінеральні багатства Алтаю і Східного Сибіру. Будучи непримиренним противником спалювання лісових масивів з метою накопичення золи, яка була необхідна для отримання поташу - головного вихідного матеріалу у виробництві скла, Лаксман розробив новий беспоташний спосіб виготовлення скла на основі природного глауберової солі (десятіводного сульфату натрію). Він також запропонував (1769) спосіб отримання кухонної солі з ропи соляних озер її виморожуванням і випаровуванням; розробив технологію селітри, соди і квасцов.
Протягом всього XVIII ст. розвиток хімічних знань отримувало дієву підтримку з боку керівництва Академії наук, чи то її перший президент Л.Л. Блюментрост (1725-1733) або перша жінка-директор Є.Р. Дашкова (1783-1796).
У період кінця XVIII - початку XIX століть найбільший внесок у розвиток хімічної науки внесли академіки В.М. Севергин і Т.Є. Ловіц.
В.М. Севергин з 1793 р. - академік (професор) Петербурзької АН. У 1805-1826 рр.. він на знак визнання високих наукових заслуг шість разів поспіль обирався членом Комітету правління академії. Основні наукові роботи Севергина присвячені загальної та неорганічної хімії. Він розвинув хімічний напрямок в мінералогії, вважаючи головним завданням цієї науки дослідження складу та будови мінералів; вперше сформулював поняття про парагенезісе («суміжності мінералів»); стояв біля витоків колориметричного аналізу; запропонував (1795) спосіб кількісних визначень, заснований на порівнянні інтенсивності забарвлення розчинів .
Севергин був автором перших російських посібників з хімії та хімічної технології «пробірне мистецтво, або керівництво до хімічного випробуванню металевих руд та інших копалин тіл» (1801), «Спосіб відчувати мінеральні води» (1800), «Повчання про кращі способи добувати, готувати і очищати селітру в Росії ... »(1812). Він також переклав з французької та переробив «Словник хімічний» (т. 1-4, 1810-1813), був засновником і редактором (з 1804) «Технологічного журналу».
Т.Є. Ловіц відкрив (1785) явище адсорбції вугіллям в рідкому середовищі і запропонував способи очищення на цій основі води, спирту і фармацевтичних препаратів; вніс істотний внесок у вчення про розчини солей та кристалохімія; розробив способи отримання крижаної оцтової кислоти, кристалічної глюкози, безводних діетилового ефіру і спирту, а також поділу солей барію, стронцію і кальцію.
До кінця XVIII ст. з'явилися перші в Росії роботи в галузі хімії і технології платини та хрому. Почесний член Петербурзької академії наук А.А. Мусін-Пушкін отримав ряд «потрійних» комплексних солей платини - хлорплатінати магнію, барію і натрію, амальгаму платини, розробив спосіб отримання куванням платини прокаливанием її амальгами. Він вперше отримав і описав золь металевої ртуті, відкрив хромові галун, досліджував сплави платини з міддю і сріблом.
Створення університетської науки. Формування наукових шкіл
Якщо XVIII століття можна назвати періодом зародження російської хімічної науки, то в XIX ст. ділиться на два періоди: перша половина - становлення вітчизняної хімії, друга половина - затвердження російських вчених у професійному світовому співтоваристві. При цьому видатні відкриття Д.І. Менделєєва і А.М. Бутлерова стали логічним наслідком тієї величезної діяльності російських вчених, спрямованої на популяризацію хімічних і хіміко-технологічних знань, на розвиток вітчизняної промисловості, яка велася ними з початку століття.
Петербурзька академія наук, в якій у XVIII ст. була зосереджена практично вся російська хімія, не втратила свого значення і в наступне століття. У 1803 р. був прийнятий її новий статут, в якому вона визначалася як головне вчене установа країни, а в її завдання входило удосконалення наук, просвітництво, а також удосконалення мануфактур, ремесел і фабрик.
У той же час на початку XIX століття, особливо після Великої Вітчизняної війни 1812 р., у розвитку хімії в Росії з'явилися нові риси. Зміна мануфактурного виробництва фабрично-заводських висунула перед вченими безліч практичних завдань, пов'язаних з раціональної постановкою і удосконаленням способів виробництва. Це призвело до того, що на зміну вченому-просвітителю прийшов учений-натураліст, який бачив своє завдання в практичному застосуванні наукових знань. Іншими словами, завданням хімічної науки в цей період стала допомога розвитку промисловості і сільського господарства на базі природних ресурсів країни.
На межі XVIII-XIX ст. відбулися зміни і в системі підготовки фахівців та організації наукових досліджень. У період розвиваються капіталістичних відносин розширення торгівлі, оснащення армії і флоту, зростання металургійних виробництв та хімічних промислів багато в чому залежали від наявності власних фахівців: гірських інженерів, хіміків, геологів, артилерійських офіцерів, лікарів та ін З цією метою створюються такі спеціальні навчальні заклади, як Гірське училище, Артилерійська академія, Інженерне військове училище, Медико-хірургічна академія та ін
На початку XIX ст. в різних містах Росії відкриваються нові університети і створюються наукові товариства. У 1802-1803 рр.. відновлюються університети в Дерпті та Вільнюсі. У подальші роки були відкриті університети в Казані (1804), Харкові (1805), Петербурзі (1819). Петербурзькому університету, на відміну від Московського (1755), Казанського та Харківського університетів, які готували викладачів для гімназій та інших шкіл, було доручено готувати професорів та науковців.
З відкриттям університетів починається новий період у розвитку хімії в Росії - період університетської науки, характерний появою російської професури, російських підручників і журналів з хімії, хімічних лабораторій. В університетах почали зароджуватися російські наукові школи.
Формування і діяльність вітчизняних науково-педагогічних шкіл відбувалися на тлі принципових змін у світовій хімічній науці, що полягали в тому, що в перші десятиліття XIX ст. хімія на базі нової парадигми, заснованої на кисневій теорії Лавуазьє (кінець XVIII ст.) та атомно-молекулярному вченні Дальтона і Авагадро (початок XIX.), твердо стала на шлях самостійного розвитку. Більше того, почався процес її диференціації на окремі області: неорганічну, органічну, аналітичну хімію.
У цій ситуації основним завданням, що стояла перед російськими університетами, стало залучення молоді до вивчення природознавства і хімії зокрема. Ця задача вирішувалася в першу чергу шляхом написання оригінальних навчальних посібників.
У 1810-1830 рр.. російськими хіміками була виконана величезна робота по створенню навчально-методичних основ викладання хімії, написання вітчизняних посібників з хімії. Так, в 1808 р. А.І. Шерер (1772-1825), професор Петербурзької медико-хірургічної академії, Головного педагогічного інституту та Гірничого кадетського корпусу, а з 1815 р. - академік Петербурзької академії наук видав перший російський підручник - «Керівництво до викладання хімії» (у двох частинах). У «такому повідомленні» він писав про своє прагнення насамперед до того, щоб викладання хімії було «практичним і грунтовним».
У 1813-1817 рр.. було видано п'ятитомне енциклопедичне керівництво «Загальна хімія для учителів та учнів» професора хімії Харківського університету Ф.І. Гізі (1784-1821). Це унікальне видання вперше ознайомило російського читача з новітніми теоріями і відкриттями в хімії: уявленнями К. Бертолле про хімічну спорідненість, законами Пруста, Ріхтера, електрохімічними уявленнями Г. Деві і Я. Берцеліуса і ін
Однак для починали вивчати хімію його керівництво було занадто об'ємистим. Тому, починаючи з 1820 р., професора російських навчальних закладів видають ряд нових посібників з хімії.
Першою книгою, досить повно відображала останні досягнення науки і викладаються факти і теорії хімії в компактній і доступній формі, став підручник Г.І. Гесса «Підстава чистої хімії» (1831), який аж до виходу в світ «Основ хімії» Д.І. Менделєєва (1869) був прийнятий у навчальних закладах Росії як основного керівництва з хімії.
В історію світової та вітчизняної хімії ім'я Германа Івановича Гесса (1802-1850) увійшло не тільки завдяки його знаменитому підручником. У першу чергу він відомий як творець першої в Росії наукової школи хіміків-неорганіка, один з основоположників термохімії.
У своїх дослідженнях термохімічних Г.І. Гесс значно раніше Х.П. Томсена і П.Е. Бертло висунув (1840) положення, згідно з яким величини теплових ефектів реакції можуть служити мірою хімічної спорідненості. Відкрив (1840) основний закон термохімії - закон сталості кількості тепла, довів (1842) правило термонейтральності.
Фундаментальні термохімічні дослідження Г.І. Гесса могли б стати основою великої дослідницької програми його наукової школи. Однак Гесс усвідомлював, що для Росії в той період були потрібні фахівці не по термохімії, а з гірничої справи, металургії та аналітичної хімії. Саме тому, створюючи першу національну російську школу хіміків, вчений приділяв велику увагу дослідженням саме в цих областях. Серед його учнів такі великі хіміки, як П.І. Євреїнов (1812-1849), який здобув популярність своїми роботами в області гальванопластики, з 1841 р. - керуючий лабораторією Департаменту гірських і соляних справ; П.П. Шубін (1817-1843), який виконав ряд робіт в області аналізу різних руд, глин, мінералів і визначив в 1842 р. атомна вага лантану; І.В. Авдєєв (1818-1865), успішно займався хімією берилію та його сполук; І.П. Ілім (1820-1891), великий фахівець в області переробки жирів; Н.А. Іванов (1816-1883), талановитий аналітик, який виконав точні аналізи багатьох мінералів, руд і різних виробів металургійних заводів, зокрема перші аналізи донецьких кам'яного вугілля; А.А. Фадєєв (1810-1898), який виконав ряд досліджень з хімії вибухових речовин і в 1844 р. вперше в світі отримав у великій кількості чистий піроксилін; Л.І. Шишков (1830-1908), який створив у Михайлівському артилерійському училищі в Петербурзі одну з найкращих у Росії хімічних лабораторій і виконав в ній ряд оригінальних досліджень.
Першим учнем Г.І. Гесса по Головному педагогічному інституту був один з найбільш яскравих педагогів-хіміків XIX століття, «дідусь російської хімії» Олександр Абрамович Воскресенський (1809-1880). Його діяльності Росія зобов'язана підготовкою цілої плеяди хіміків. З наукової школи Воскресенського вийшли такі відомі вчені, як Д.І. Менделєєв, М.М. Бекетов, П.А. Ільєнко, М.В. Скобліков, М.М. Соколов, П.П. Алексєєв, А.Р. Шуляченко, П.А. Лачінов, Н.К. Яцуковіч, Н.П. Лавров, І.А. Тютчев, Е.Ф. Радлов, Ф.Р. Шкідливий, В. Савич та багато інших.
Перша наукова школа хіміків-органіків
До 40-х років XIX ст. в Росії сформувалося кілька хімічних центрів, найбільшими з яких були петербурзький, московський і казанський.
Становлення науково-педагогічної школи в Казанському університеті пов'язаний з діяльністю Миколи Миколайовича Зініна (1812-1880), його учня Олександра Михайловича Бутлерова (1828-1886) і представників бутлеровской хімічної школи Володимира Васильовича Марковникова (1837-1904), Олександра Никифоровича Попова (1840 - 1881), Олександра Михайловича Зайцева (1841-1910), Флавіана Михайловича Флавицького (1848-1917). У кінці XIX століття спадкоємицею бутлеровской школи стає науково-педагогічна школа А.М. Зайцева, відома такими чудовими іменами, як С.М. Реформатський, О.М. Реформатський, О.Є. Вагнер, А.А. Альбіцький, А.Є. Арбузов, Г.М. Глинський і багато інших.
Крім того, незважаючи на превалювання досліджень у галузі органічної хімії, в Казанському університеті працювали такі відомі вчені-неорганіки, як М.Д. Кіттари (1825-1880) і К.К. Клаус (1796-1864), один з основоположників хімії платини, що запропонував способи поділу і отримання в чистому вигляді платинових металів і відкрив у 1844 р. новий хімічний елемент - рутеній.
Вихованці казанської хімічної школи, ставши відомими вченими, створили великі наукові центри в інших російських містах: М.М. Зінін і А.М. Бутлеров в Санкт-Петербурзі, В.В. Марковников в Москві, О.М. Попов і Є.Є. Вагнер у Варшаві, С.М. Реформатський в Києві, А.А. Альбіцький в Харкові.
В історію хімії ім'я засновника казанської хімічної школи М.М. Зініна увійшло завдяки відкритому ним методу отримання первинних ароматичних амінів з нітросполук. Цей універсальний метод, який відомий як «реакція Зініна», дозволив організувати виробництво широкого спектру сполук, в першу чергу a-нафтиламина (аніліну) і бензидину, які є вихідними продуктами для промисловості синтетичних (фуксин, мовеин тощо) і субстантивних барвників. Відкриття Зініна не тільки послужило основою нової галузі промисловості - анилинокрасочной. Воно справило значний вплив на розвиток органічної хімії в цілому, дало імпульс багатьом новим самостійним виробництвам: фармацевтичному, фотохимическому, пластмас і ін
Розвиток хімічної науки в другій половині XIX ст.
Друга половина XIX ст. являє собою особливий період в історії вітчизняної науки, в тому числі і хімії. Якщо в першій половині століття досягнення вчених прокладали перші шляху від аналітичних досліджень природних багатств країни до фундаментальних здобутків, то в другу половину на перший план вийшли роботи фундаментального характеру. Епохою в історії світової науки стали відкриття в 1869 р. Дмитром Івановичем Менделєєвим (1834-1907) Періодичного закону хімічних елементів і розробка у 1861-1870 рр.. А.М. Бутлеровим (1828-1886) теорії хімічної будови речовин.
З другої половини XIX ст. в розвитку хімії чітко намітилася диференціація на три основні галузі - неорганічну, органічну і фізичну, а потім на безліч інших гілок, більш точно відображають багатосторонність предмета цієї науки. Перше місце за обсягом досліджуваного матеріалу зайняла органічна хімія, і не дивно: вже тоді налічувалося більше мільйона індивідуальних органічних сполук, тоді як неорганічних було відомо не більше 60-70 тисяч.
Ця обставина викликала необхідність впорядкування класифікації органічних сполук і створення теоретичних основ, що пояснюють їх нескінченну різноманітність при вкрай обмеженому складі.
Перші пояснення цьому феномену з'явилися ще на початку XIX ст. в роботах Я. Берцеліуса (Швеція), Ш. Жерара (Франція), Ю. Лібіха та А. Кекуле (Німеччина). Вони зводилися до того, що індивідуальність хімічної сполуки визначає не тільки його складу, але ще й структура молекул, яка буває різною при одному і тому ж складі, тобто ізомерія молекул. У зв'язку з цим були висунуті перші структурні теорії, які, однак, не пояснювали головного: відмінності хімічних властивостей ізомерів.
Відповідь на питання про відмінність хімічних властивостей органічних сполук дав А.М. Бутлеров у своїй теорії хімічної будови. Він показав, що реакційна здатність молекул залежить від величин енергії хімічних зв'язків між атомами, які змінюються в результаті взаємного впливу атомів і атомних груп у єдиній системі молекули. Таким чином, відповідно до його теорією сутність хімічної будови молекул полягає в енергетичній нееквівалентності різних хімічних зв'язків, однаково позначаються як С-Н, або в загальному випадку А-В.
Теорія хімічної будови стала першою дієвою теорією реакційної здатності речовини і згодом увійшла в перетвореному вигляді до складу нових квантово-хімічних концепцій.
Оцінюючи внесок казанської наукової школи в розвиток світової та вітчизняної хімії, один з її лідерів академік А.Є. Арбузов зазначав, що створена А.М. Бутлеровим і розвинена його учнями теорія хімічної будови дозволила розшифрувати структуру органічних сполук різних класів і намітити шляхи їх синтезу. Тим самим було зроблено принципово новий крок в розвитку органічної хімії. Казанська школа збагатила хімію новими оригінальними синтезами органічних сполук: спиртів різних класів, ненасичених кислот, оксикислот, лактонов, фосфорорганічних сполук.
Всі ці дослідження зміцнювали і розвивали теорію хімічної будови, а також вдосконалювали методи органічної хімії і готували основу для впровадження багатьох практично важливих речовин у промисловість.
Досягнення хімічної науки другої половини XIX ст. багато в чому обумовлені роботами петербурзьких вчених. Академія наук, Петербурзький університет, Гірський інститут, Медико-хірургічна академія, Михайлівська артилерійська академія, Технологічний інститут, Землеробський (Лісовий) інститут утворили найбільший науковий центр, що зробив величезний вплив на розвиток не лише вітчизняної, а й світової науки. У кожному з цих установ склалася своя школа хіміків, характерна індивідуальністю і спрямованістю досліджень і керована такими блискучими вченими, як Д.І. Менделєєв, А.М. Бутлеров, А.А. Воскресенський, М.М. Зінін, А.Є. Фаворський і ін
Дослідження в галузі нафтохімії
У 1868-1885 рр.. кафедру органічної хімії Петербурзького університету займав А.М. Бутлеров. Тут, як і в Казанському університеті, ним була створена найбільша хімічна школа, знаменита такими іменами, як О.М. Вишнеградський, Г.Г. Густавсон, М.Д. Львів, В.В. Марковников, А.Є. Фаворський і ін У лабораторії Бутлерова проводили свої перші дослідження майбутні видатні вчені В.Є. Тищенко, Ф.М. Флавицького, О.Є. Вагнер, Д.П. Коновалов, І.А. Каблуков і ін
Говорячи про внесок А.М. Бутлерова та його учнів у розвиток вітчизняної хімічної науки, не можна обійти увагою таку широко розвинену область, як нафтохімія, у становлення якої бутлеровская школа поряд з Д.І. Менделєєвим, а пізніше - Н.Д. Зелінським, С.С. Нам ТКИН, Л.Г. Гурвич, С.В. Лебедєвим, Б.А. Казанським і іншими, внесла величезний внесок.
На основі теорії хімічної будови представниками школи Бутлерова був здійснений синтез олефінових і парафінових вуглеводнів складу C5-C10 - основи хімії вуглеводнів, яка стала згодом базою для розвитку нафтохімії, що є основним постачальником карбюраторних і дизельних палив і мастильних матеріалів для авто-і авіамоторобудування.
Дослідження А.М. Бутлерова по полімеризації низькомолекулярних олефінів і по синтезу вуглеводнів изостроения, виконані ним з метою експериментального підтвердження своєї теорії, склали наукову основу синтезу компонентів високоякісних авіаційних палив. Ущільнення олефінових вуглеводнів за Бутлерову набуло важливого значення також для синтезу присадок, що поліпшують в'язкісні властивості мастил.
Представнику бутлеровской школи Г.Г. Густавсона належить заслуга відкриття різноманітних перетворень вуглеводнів та їх похідних в присутності галогенідів алюмінію. Особливе значення придбала реакція алкілування ароматичних вуглеводнів у присутності хлористого алюмінію, що обумовлюється цінністю е продуктів як високооктанового компонента авіаційних палив і сировини для промисловості органічного синтезу і штучного каучуку.
Не менший внесок в науку про хімії нафти вн з учень А.М. Бутлерова, В.В. Марковников, що присвятив понад 20 років своєї наукової діяльності дослідженню складу кавказької нафти. Дослідження нафт в період інтенсивної розробки кавказьких родовищ в останній чверті XIX століття було зосереджено головним чином у Московському університеті в лабораторіях Н.Д. Зелінського і В.В. Марковникова.
Особливу увагу В.В. Марковников приділяв виділенню нафтенових вуглеводнів з нафти пут м багаторазової дробової розгонки е та вивченню властивостей виділених вуглеводнів. Хімічні методи ідентифікації нафтових вуглеводнів, розроблені уч ним, знайшли застосування у всіх лабораторіях світу. За цим же реакцій здійснюється синтез багатьох органічних сполук.
Особливе значення для розвитку нафтохімії мають дослідження російських уч них в області ациклічних вуглеводнів, що є однією з головних складових частин нафти. Ще в 70-х роках XIX ст. їх відкрив ад'юнкт-професор Петербурзького гірничого інституту Ф.Р. Шкідливий. Згодом більше 60 ациклічних вуглеводнів вперше синтезував і вивчив Н.Д. Зелінський. Багато вуглеводні цього класу синтезували Н.М. Кіжнер, Н.Я. Дем'янов, С.С. Нам ТКИН, Б.А. Казанський і інші хіміки. Їх роботи створили струнке вчення про ациклічних вуглеводнях, що мають найважливіше значення в переробці нафти.
М.І. Коновалов, учень і близький помічник В.В. Марковникова, збагатив нафтохімію одним з найбільш над тажних методів визначення структури парафінових вуглеводнів - реакцією нітрування парафінів слабкої азотної кислотою. Знання структурних особливостей парафінів, що входять до складу бензинових фракцій нафти, необхідно для визначення моторних властивостей бензинів. Нітрування по Коновалову, розвинене в наступні роки радянськими хіміками, зокрема П.П. Шоригіним і А.В. Топчієва, придбало велике промислове значення.
М.І. Коноваловим були виконані також цінні дослідження щодо з'ясування складу і будови нафтенових вуглеводнів, виділених з кавказьких нафт.
В історію науки про хімії нафти увійшли також роботи учнів В.В. Марковникова Н.Я. Дем 'янова та Н.М. Кіжнера. Предметом їхнього вивчення були такі важливі аспекти, як синтез ациклічних вуглеводнів, їх ізомеризація, розширення і звуження циклів.
Велике значення організації переробки нафти на наукових засадах надавав Д.І. Менделєєв. Він зазначав: «Винищення нафти за допомогою спалювання над паровика і просто на полях, як це практикувалося і практикується в Баку, не може не підлягати повному осуду і проти нього треба діяти». Уч ному належать класичні дослідження з визначення теплових властивостей нафт і нафтопродуктів, а також встановлення закономірностей їх зміни. Праці Менделєєва по з'ясуванню хімічної природи окремих вуглеводнів, що входять до складу нафти, з розробки методів ректифікації, безперервного одноразового випаровування, холодного фракціонування виборчими розчинниками довгий час служили джерелом ідей, що визначали нові напрямки в нафтопереробці. У XX ст. дослідження в галузі термічної переробки нафти отримали надзвичайно широкий розвиток завдяки працям Н.Д. Зелінського, А.В. Літнього, О.М. Никифорова, В.Г. Шухова, М.А. Капелюшникова та інших.
Узагальнюючи роботи, виконані в останні три десятиліття XIX ст., Можна сказати, що в цей період були сформовані нові перспективні напрямки розвитку органічної хімії, які придбали велике практичне значення в наступному столітті; відкриття нових реакцій і закономірностей посилило синтетичну органічну хімію і значно розширило уявлення хіміків про нові класах сполук. Іншими словами, були закладені основи сучасної органічної хімії.
Дослідження в області неорганічної хімії
Потужним напрямом досліджень, що сформувалося в петербурзькому науковому центрі в 1870-1880-і роки, є фізико-хімічні дослідження, що включали в себе три основних вектори: вивчення стану речовини (газоподібний, рідке, тверде) як основного чинника, що визначає специфіку механізму реакцій; вивчення причин взаємодії речовин; вивчення залежності властивостей речовини від його складу і будови.
У розробці цього нового напрямку центральне місце займають роботи Д.І. Менделєєва і його учнів.
Найбільшим внеском Д.І. Менделєєва в науку став відкритий ним у лютому 1869 р. періодичний закон хімічних елементів Цей закон і розроблена на його основі періодична система елементів послужили фундаментом для сучасного вчення про будову речовини, зокрема для атомної і ядерної фізики XX ст. На цьому ж фундаменті побудована вся сучасна система хімії як єдина цілісність теорій, що відображають закономірності хімічної організації речовини та дозволяють вирішувати основні завдання цієї науки, в тому числі отримання матеріалів із заданими властивостями.
Д.І. Менделєєву належить також ряд інших основоположних робіт в області загальної хімії, хімічної технології, фізики. Він здійснив фундаментальний цикл досліджень (1865-1887) в області розчинів, створив гідратну теорію розчинів, заклав основи хімії сполук змінного складу, відкрив «температуру абсолютного кипіння рідин», запропонував загальне рівняння стану ідеального газу (рівняння Клайперона-Менделєєва).
Д.І. Менделєєв належав до числа тих вітчизняних вчених, які не тільки ясно усвідомлювали глибоку взаємозв'язок і взаємозалежність фундаментальних досліджень, прикладних досліджень і розвитку хімічної промисловості, а й брали діяльну участь у вирішенні цілого ряду технологічних проблем. Так, виступаючи за якнайшвидше розвиток нафтової промисловості та раціональну переробку нафти, він першим обгрунтував питання про географічне розміщення нафтопереробної промисловості, висунув ряд пропозицій щодо докорінного поліпшення транспортування нафти і нафтопродуктів, запропонував принцип дробової перегонки при переробці нафти. Виступаючи за розширення і технічне поліпшення видобутку вугілля, вчений висунув ідею підземної газифікації вугілля. На початку 1890-х років він спільно з І.М. Чельцової брав участь у розробці бездимного пороху.
У сфері інтересів Д.І. Менделєєва були питання хімізації сільського хозяйства.В своїх роботах він доводив необхідність розвитку тукової промисловості на основі вітчизняної сировини, необхідність переробки кісток, видобутку фосфоритів, виробництва суперфосфату, преципітату і складних добрив.
Продовженням класичних досліджень Д.І. Менделєєва в області розчинів і в той же час початком нового етапу в їх розвитку стали роботи майбутніх академіків Дмитра Петровича Коновалова (1856-1923), Володимира Олександровича Кістяківського (1865-1952), а також Олександра Олександровича Яковкін (1860-1936).
Д.П. Коновалов у 1881-1884 рр.. відкрив закони, що встановлюють залежність відносного складу компонентів у газовій та рідкій фазах розчинів від тиску пари і температури кипіння подвійних рідких систем. Він створив основи теорії перегонки рідких сумішей, розвинув уявлення про критичний стан в системах рідина-рідина, вказавши області їх гомогенності та розшарування. Його роботи мали чітко виражений фізико-хімічний характер; вони перебували на порозі переходу хімії до хімічної термодинаміки, кінетики і каталізу. Коновалов сформулював уявлення про Автокаталіз, вивів рівняння для швидкості автокаталітіческіх реакцій (1887) і вперше ввів (1885) поняття активної поверхні гетерогенних каталізаторів.
В.А. Кістяківський став одним з перших «об'єднувачів» (1888) хімічної теорії розчинів Менделєєва і фізичної теорії електролітичної дисоціації Арреніуса. Він створив новий напрям у науці - колоїдну електрохімію, розвинув першу електрохімічні подання про корозію металів, що стали основою для розробки заходів захисту металів від корозії.
Значний внесок у створення основ електрохімії на першому етапі її розвитку вніс один з найбільших представників московської хімічної школи Іван Олександрович Каблуков (1857-1942). Він відкрив низку закономірностей у галузі хімії неводних розчинів, встановив аномальну електропровідність електролітів в органічних розчинниках, незалежно від В.А. Кістяківського ввів уявлення про сольватації іонів, вивчав фазові перетворення розплавлених солей, багато зробив для зближення фізичної та хімічної теорій розчинів. Роботи І.А. Каблукова підготували грунт для великого циклу систематичних термохімічних досліджень майбутніх поколінь хіміків.
Роботи самого І.А. Каблукова і його учнів в області термохімії в значній мірі спиралися на традиції лугінінской наукової школи.
Прогрес у цій області насамперед залежав від розробки е експериментального методу - калориметрії, що дозволяє визначати, зокрема, теплоти горіння різних речовин. Професором Московського університету Володимиром Федоровичем Лугиніни (1834-1911) були отримані над жние експериментальні дані теплот згоряння для більше 200 з'єднань, які увійшли у світову довідкову літературу. Їх порівняльний аналіз, осуществл нний уч ним у 1880-1890-і роки, дозволив здійснити важливі структурно-термохімічні закономірності для різних класів органічних сполук (кетонів, альдегідів, спиртів, складних ефірів). Істотні зміни Лугиніни вн с і в техніку калориметрії. Їм були вдосконалені методи визначення теплот випаровування рідин і тепло мкостей тв рдих і рідких тіл. Запропоновані ним методи не втратили всоего значення і в даний час. У 1892 р. в Московському університеті Лугиніни була створена перша в Росії зразкова термохімічна лабораторія, нині носить його ім'я.
Особливою практичною спрямованістю відрізнялися роботи Олександра Олександровича Яковкін в області розчинів. Він уперше докладно дослідив поведінку хлору у водних розчинах, розробив методи зневоднення природних солей, запропонував спосіб виробництва чистого оксиду алюмінію, на основі якого був пущений перший в Росії глиноземний завод.
Принципово новою важливою галуззю хімії, що виникла в кінці XIX століття, була хімічна кінетика. Вона з'явилася як своєрідна реакція на успіхи органічного синтезу, що базувався на бутлеровской теорії хімічної будови. При вивченні численних реакцій синтезу, більш за все реакцій гідратації та дегідратації органічних сполук, виявилося, що характер перебігу реакцій і виходи готових продуктів залежали не тільки від природи вихідних реагентів, але і від розчинників, домішок, температури і тиску. Було помічено й таке явище, як залежність ходу реакцій від особливостей тонкої будови молекул реагентів. Систематичним вивченням всіх цих явищ і узагальненням результатів спостережень зайнявся найближчий колега Д.І. Менделєєва за Петербурзькому університету професор Микола Олександрович Меншуткин (1842-1907). Особливий інтерес представляють його роботи в області етерифікації спиртів і гідролізу ефірів, розпочаті в 1877 р. і тривали більше 30 років. За допомогою вимірювання швидкостей реакцій він відкрив закономірності, що встановлюють вплив будови спиртів та органічних кислот на швидкість і межа етерифікації, встановив вплив на хід реакцій природи розчинника та термодинамічних умов. Роботи Н.А. Меншуткіна поряд з дослідженнями Д.П. Коновалова в Росії і В. Оствальда в Німеччині послужили першими блоками, закладеними у фундамент вчення про хімічні процеси як нової, більш високої у порівнянні зі структурною хімією, щаблем у розвитку хімічних знань.
Підводячи підсумки розвитку хімії в XIX ст., Уч Цінні та історики науки відзначають, що «Жодна наука за сто років не зробила таких колосальних завоювань, як хімія ... загальнокультурний досягнення XIX ст. - Це встановлення рівноправності наук, їх взаємозв'язок і солідарність. Наука перетворилася в організовану систему знання, що спирається на фактичний матеріал »[1]. Розвинулися органічна, неорганічна та фізична хімія. «Таким чином, отримавши від XVIII ст. одну хімію, ми переда м XX ст. три, не рахуючи прикладних відділів - аналітичної та технічною »[2. С. 16, 17].
Список літератури
1. Биков Г.В. Історія органічної хімії. М., 1976.