И.С. Полянская. Ф.А. Пустовойтенко. ИСТОРИЯ ХИМИИ В РОССИИ

И.С. Полянская

доц, к.т.н..,

Вологодская ГМХА,

Ф.А. Пустовойтенко

студент 1 курса СПО

напр. охотоведение,

Вологодская ГМХА,

г. Вологда

ИСТОРИЯ ХИМИИ В РОССИИ

Аннотация В начале XVIII века химия во всём просвещённом мире представляла собой гремучую смесь еще не отживших полумистических алхимических представлений. Из элементов были открыты несколько металлов, углерод, сера, фосфор и сурьма. Солями называли все твердые вещества, имеющие какой-нибудь вкус. Вещества обозначали рисунками, больше похожими на древнеегипетские иероглифы, причем у каждого ученого эти значки были свои [1]. Работа посвящена систематизации вклада русских химиков XVIII-XIX веков в общую химию, как важнейшую науку, участвующую в формировании научного мировоззрения. Цель работы: выделить основные этапы развития российской химии в этот период, внёсшие наибольший вклад в мировую общую химию.

Ключевые слова: химия, общая химия, мировоззрение.

В России не было алхимиков. Существует гипотеза, что не верили алхимикам в России, и все их попытки распространить здесь свои идеи терпели поражения. Однако, несмотря на мифичную философию, именно алхимикам мы обязаны за изобретение первой химической посуды, технологию постановки опытов. Именно они были предвестниками науки, которая начала развиваться только через два века [1].

Химия вместе с другими естественными науками общая дает фундаментальный материал для выработки научно -материалистических взглядов на природу и окружающий нас мир, а история химии - раскрывает различные стороны процесса накопления химических знаний, практического опыта, экспериментального материала и теоретических обобщений. Изучение истории отдельных открытий, исследований и достижений ученых, их неудач, ошибок, борьбы мнений, влияния традиций и т. п. — все это дает возможность современнику освоить и использовать в практической работе опыт научной и производственной деятельности многих поколений выдающихся ученых и технологов [2, 3].

Первая знаменательная дата в истории российской химии, и российской науки вообще — это 1725 год, когда по указу Петра I создается Петербургская Академия наук. На должность академиков приглашались иностранцы, большей частью немцы. Когда в российской науке появились молодые отечественные ученые, возникла и сохранилась на очень многие годы борьба иностранцев и русских. Это довольно сильно тормозило российскую науку. С 1742 года Ломоносов адъюнкт Физического класса Петебургской Академии Наук. С первых же дней он столкнулся с противодействием укрепившихся здесь академиков-иностранцев.

Вторая знаменательная дата в истории отечественной химии - 1745 год, в котором кафедру химии Петербургской Академии Наук возглавил Михаил Васильевич Ломоносов.

В середине XVIII века главенствующей и популярной была теория флогистона, выдвинутая Шталем. Шталь говорил, что все вещества в той или иной мере содержат флогистон. Чем больше флогистона в веществе, тем лучше оно горит, при этом флогистон высвобождается. Уголь, например, состоит практически из чистого флогистона, так как после его сжигания почти ничего не остается. Флогистон объяснял многие окислительно-восстановительные процессы, и поэтому теория Шталя стала весьма популярна.

Еще одним интересным воззрением того времени было понятие теплорода. По мнению ученых того времени, это бы некая невесомая материя, перетекающая, как жидкость, от одного тела к другому передавая последнему тепло. Таким образом, теплород является своего рода переносчиком тепла. Чем больше теплорода в веществе, тем оно более горячее. Некоторые ученые делали попытки доказать, что теплород и флогистон одно и то же.

Еще обучаясь в Германии, у Михаила Васильевича складываются представления о том, что вещества состоят из небольших частиц корпускул, которые, в свою очередь, состоят из неделимых элементов. В 1741 году выступая в Петербургской АН, он дает определение понятиям элемента (атома), корпускулы (молекулы), простых и смешанных веществ.

Представление о том, что материя состоит из отдельных частиц — атомов возникло ещё в древней Греции в V в. до н. э. Атомизм был создан представителями древнегреческой философии Левкиппом (500—440 до н. э.) и его учеником Демокритом (460—370 до н. э.).

Несмотря на то, что, что ещё в древней Греции появились доводы в пользу существования атомов Ломоносов первым придал этой теории четкую и точную научную формулировку. Это дало начало его корпускулярной теории, о которой он доложил в АН.

В Академии к докладу Ломоносова отнеслись скептически. В это время у него появляются идеи по созданию молекулярно-кинетической теории. Интересно, что первые его воззрения были довольно ошибочны. Так, он считал, что корпускулы, двигаясь в веществе ударяясь, и это трение вызывает тепло. Сейчас, зная, что тепло характеризуется средней кинетической энергией молекул, мы с улыбкой взираем на эту гипотезу. Однако только поставьте себя на минуту на место Ломоносова и оцените всю революционность идеи. Он говорил, что нет никакого теплорода. Теплота, оказывается, - внутренняя характеристика тела, а не какая-то таинственная эфемерная перетекающая жидкость. Это было первое гениальное детище Ломоносова. Одно из самых больших научных достижений теоретической науки того времени.

1748 год- третья замечательная дата в истории российской химии - создается первая российская химическая лаборатория. Событие, которому мы также обязаны Ломоносову. Он добивался ее постройки еще с 1742 года. Доказывал ее необходимость, писал одно за другим прошения. Лаборатория при Академии Наук была построена по его собственным чертежам. Она состояла из трех комнат. В первой размещался большой стол с восьмью печами, раздуваемыми мехами. Во второй располагался небольшой кабинет, где ученый делал записи в лабораторный журнал. В третьей комнате размещался склад с реактивами и оборудованием. Именно здесь свершились многие великие открытия.

В 1750 году Михаил Васильевич Ломоносов впервые наблюдает пассивацию металлов в концентрированной азотной кислоте. Он разрабатывает точные методы взвешивания, развивает применение объемных методов анализа. Здесь же в 1756 году он проводит ставшие классическими опыты по прокаливанию металлов в запаянных сосудах, опровергнув положения Бойля.

Ещё в середине XVII века известный английский ученый Роберт Бойль проводил опыты по прокаливанию металлов в закрытых сосудах. После прокаливания он вскрывал сосуды и взвешивал остаток. Его масса оказывалась неизменно больше, чем начальная масса металла. Исходя из этого, Бойль сделал ошибочный вывод, что металл присоединяет при прокаливании некую “огненную материю”. Эта идея просуществовала почти целый век. Не у кого и мысли не возникало ставить под сомнение правильность идей Бойля.

Ломоносов проводит те же опыты, но не вскрывая сосудов. Он взвешивает сосуд до и после прокаливания. Масса не изменяется. Однако если вскрыть сосуд и взвесить остаток, то масса окажется больше, чем масса металла, как и утверждал Бойль. Опыты Михаила Васильевича положили начало в рождении его второго великого детища - закона сохранения массы веществ, сформулированного им в 1760 году. 1789 году французским химиком А. Лавуазье закон был подтверждён.

Формулировка этого закона в современных понятиях: масса реагентов равна массе продуктов реакции, используется химиками в расчётах во всех превращениях и на атомно-молекулярном уровне объясняется закон тем, что в ходе химической реакции число атомов остаётся неизменным, происходит только их перегруппировка между молекулами реагентами и молекулами – продуктами реакции [4].

Ломоносов также был зачинателем применения физических и математических методов в химии. Он изучал жидкие, газообразное и твердые состояния вещества, растворимость, влияние электрического тока на химические процессы, создал много приборов, среди которых вискозиметр, газовый барометр, точные термометры.

Ломоносов - основоположник новой науки физической химии. Определение ей он дал в 1752 году. В 1754 году выходит в свет его книга” Курс физической химии”. Он основывает множество новых производств в России, в том числе один из первых стекольных заводов. По его ходатайству в 1755 году создается первый неакадемический университет в Москве. Последние его работы посвящены, большей частью металлургии и горному делу.

При этом преданность науке, как во все времена, мог оценить не каждый. Как-то один аристократ саркастически указал Ломоносову на дырку в его кафтане и спросил [5]:

- Что это у вас, уважаемый академик, ум из кафтана выглядывает?

- Нет, - отвечал Ломоносов, — это глупость туда заглядывает.

Академический университет, который так интенсивно развивался при Ломоносове, после его смерти был закрыт. Опустела академическая лаборатория. Вскоре здание пришло в полную негодность и было разрушено в 1783 году. Начался примерно полувековой период застоя химии в России.

У Ломоносова было много приемников. В основном они посвятили себя не сколько химии, сколько геологии, минералогии и металлургии.

Известным и авторитетным российским химиком того времени был Товий Егорович Ловиц. Родился он в Геттингене 25 апреля 1757 года. В 1768 вместе отцом, астрономом Г.М. Ловицем, прибыл в Россию. Некоторое время учится в Главной аптеке в Петербурге, потом в Геттенгенском университете. Потом снова возвратился в Главную аптеку, а с 1797 года находился на службе в Петербургской Академии Наук в качестве профессора химии. Опыты, правда, приходилось проводить дома - лаборатории при Академии уже не существовало.

Ловиц был химиком-флогистиком. Поразительно, как порой неправильные рассуждения приводят к великим открытиям. Ученый считал, что окраска многих загрязненных растворов вызвана наличием в них флогистона. Уголь же должен, видимо притягивать горючее начало. Руководствуясь этим положением, он смешал уголь с бурым раствором винной кислоты и наблюдал осветление раствора. Так была открыта адсорбционная способность угля, явление, которое в последствии дало целое направление в химии.

Ловиц сделал еще много замечательных открытий. Он впервые получил охлаждение до - 50 ^оС, смешивая снег с хлоридом кальция и гидроксидом калия. Он открывает способ получения ледяной уксусной кислоты, интенсивно исследует кристаллизацию, открывают инициированную кристаллизацию, а также явления пересыщения и переохлаждения.

Как и многие исследователи того времени, Товий Егорович Ловиц, многократно подвергал своё здоровье опасности, исследуя свойства веществ на себе. Так в 1793 году он, получив кристаллы ледяной уксусной кислоты писал: «..Вкус очень кислый. Одна капля этого уксуса на языке вызывает боль, ощутимую в течение двадцати часов». В исследовании охладительных смесей ученый также не предпринимал необходимых мер предосторожности. В результате все пальцы на руках были поражены сильнейшими нарывами, т.к. в состав смесей входил гидроксид натрия, он же едкий натр [5].

Много работал Ловиц и с ртутью. Используя охладительную смесь льды с едким натром, он намораживал на деревянной палке по нескольку функов ртути, придавая ей форму молотка, а зачем, с его помощью забивал гвозди в толстую доску. Этот эффектный, но не безопасный опыт, Ловиц многократно проделывал на заседаниях Академии наук, а также демонстрировал перед царскими детьми – будущим императором Александром I и его братом Константином. Не удивительно, что он дожил только по 47 лет [5].

Еще одним известным российским ученым того времени, был Василий Михайлович Севергин. Его исследования, касаются большей частью технологических разработок. Одним из его детищ был “Технологический журнал”, где печатались также и статьи химической тематики. В то время, надо сказать, печатных изданий было немного. Постоянными были только “известия” или “записки”, выходившие при академиях наук. Самые крупные открытия, ученые освещали в своих книгах. “Технологический журнал” - одно из первых независимых печатных изданий.

Севергин также преподаёт в крупнейшем вузе России, Петербургском горном институте. Это учебное заведение было создано в 1773 году по указу Екатерины II. Его основание было вызвано, прежде всего, интенсивным развитием металлургии и горного дела в России.

Здесь помимо Севергина работают и другие известные академики, среди который Аполосс Аполоссович Мусин-Пушкина, который в основном занимался химией и технологией платины и хрома. Самое замечательное его открытие - получение первой амальгамы. Восстанавливая хлороплатинат аммония ртутью, он заметил, что получаемая платина остается в ртути. Таким образом, была получена первая амальгама. Позже Мусин-Пушкин на основании этого открытия разработал новый метод получения чистой платины, прокаливанием ее амальгамы.

XVIII век подходит к концу, близко то время, когда в начале XIX века начнут открываться по всей России университеты Казанский, Киевский, Петербургский, Дерптский [1].

В начале XIX века, как было сказано выше, уже было открыто достаточно много элементов, а именно:

известны и нашли практическое применение с глубокой древности: Медь, Серебро, Золото, Свинец, Олово, Железо, Углерод [6].

До нашей эры открыты: Сурьма — ранее 3000 до н. э.; Ртуть — ранее 1500 до н. э.; Цинк — 1300—1000 до н. э.; Сера — примерно VI век до н. э.

В средние века открыто три элемента: Мышьяк ~1250 год,

Висмут - не позже 1546 года; Фосфор – 1669 год.

В XVIII веке открыты ещё 19 элементов: Кобальт, Платина, Никель, Водород, Азот, Кислород, Марганец, Хлор, Барий, Молибден, Вольфрам, Теллур , Уран, Цирконий, Стронций, Иттрий , Титан, Хром, Бериллий.

Естественно, достойное применение все открытые элементы и их простые вещества ещё не нашли. Так самородные кусочки платины на Урале и с Сибири использовали как дробь при стрельбе [7].

К концу XIX века знания химиков пополнились ещё 50 элементами, среди них, открытым в России и названным в честь страны Рутением, открытым Клаусом.

Карл-Эрнст Ка́рлович Кла́ус (нем. Karl Ernst Claus; 11 (22) января 1796 — 12 (24) марта 1864) — русский химик, автор трудов по химии металлов платиновой группы, первооткрыватель химического элемента рутения; фармацевт; Член-корреспондент Императорской Санкт-Петербургской академии наук (1861). Клаус также известен как ботаник, исследователь флоры Заволжья и Прикаспийских степей. По происхождению — балтийский немец. Карл Клаус родился в семье художника. Когда Карлу было четыре года, умер его отец, ещё через два года умерла его мать. В 1810 году он переехал в Санкт-Петербург и стал работать помощником в аптеке. Гимназию Клаус не закончил, но в возрасте 21 года сумел сдать экзамен на аптекаря в Петербургской медико-хирургической академии. Позднее он вспоминал, что стал самым молодым экзаменационным аптекарем в России. После этого, в 1826 году, основал собственную аптеку в Казани [8].

Лишь в возрасте 32 лет Клаус стал учиться в Дерптском университете одном из старейших университетов Российской империи, ныне Тартуский университет в Эстонии. В 1840 году Клаус, получив из Санкт-Петербурга от монетного двора значительный запас платиновых руд, начал их исследования [8].

В 1844 году Клаус открыл в остатках уральской платиновой руды новый химический элемент, который он назвал рутением (от позднелатинского Ruthenia — Русь/Россия).

Клаус смог получить рутений в чистом виде, изучил его химические свойства и определил атомный вес. Именно Клаус впервые указал на сходство между триадами рутений — родий — палладий и осмий — иридий — платина. За открытие рутения Клаусу была присуждена Демидовская премия.

Рис. Российские химики Т.Е. Ловий и К.К. Клаус [5].

К середине XIX века было открыто 63 химических элемента и попытки систематизации их были многочисленны, среди который можно отметить следующие:

В 1863 г. А. де Шанкуртуа расположил элементы в порядке возрастания их атомных весов по спирали на поверхности цилиндра, разделенного на вертикальные полосы. Элементы со сходными химическими и физическими свойствами оказывались при этом расположенными на одной вертикали [1,2].

В 1864 г. Д. Ньюлендс заметил, что если расположить элементы в порядке возрастания атомного веса, то каждый восьмой элемент, начиная от выбранного произвольно, в какой-то мере подобен первому, как восьмая нота в музыкальной октаве. Ньюлендс назвал эту закономерность законом октав.

В 1864 г. Л. Мейер опубликовал таблицу элементов, в которой 44 элемента были расставлены в шести столбцах в соответствии с их валентностью (высшей) по водороду. Таблица состояла из двух частей. В основной таблице, объединяющей шесть групп (первая группа – углерода, вторая – азота, третья – кислорода, четвертая – галогенов, пятая – щелочных металлов, шестая – щелочноземельных металлов), 28 элементов были расставлены в порядке возрастания их атомных весов.

Величайшей заслугой Д. И. Менделеева стало, что в своей таблице он оставил несколько свободных мест и предсказал ряд фундаментальных свойств ещё не открытых элементов и само их существование, а также свойства их соединений (экабор, экаалюминий, экасилиций, экамарганец — соответственно, скандий, галлий, германий, технеций). Некоторые элементы, а именно, бериллий, индий, уран, торий, церий, титан, иттрий, имели на момент работы Менделеева над Периодическим законом неправильно определённый атомный вес, и поэтому Менделеев исправил их атомные веса на основании открытого им закона. Этого не могли сделать ни Деберейнер, ни Мейер, ни Ньюлендс, ни де Шанкуртуа [5].

Дмитрий Менделеев родился зимой 1834 года в многодетной семье директора Тобольской гимназии и училищ Тобольского округа. В семье он был самым младшим, семнадцатым. Восемь детей из семнадцати умерли настолько маленькими, что трём из них родители даже не успели дать имена. После кончины отца, когда юному Дмитрию было всего тринадцать лет, семья переезжает в село Аремзянское, где Мария Дмитриевна Менделеева управляла стекольной фабрикой. Второй переезд был необходим для того, чтобы позволить талантливому Дмитрию продолжать свою учёбу в университете [8].

Академик Н.Н. Зинин принадлежит к числу крупнейших русских химиков XIX в. Он решающим образом способствовал становлению и развитию органической химии в России, являлся признанным мастером в области органического синтеза. Он был одним из организаторов Русского химического общества и первым его Президентом с 1868 по 1877 год. В Казани и Петербурге Зинин подготовил целую плеяду талантливых химиков-органиков, которые совершили много важнейших открытий в органической химии.

Великая российская школа химиков-органиков времени Зинина, Бутлерова, Бекетова, Марковникова и др. несомненно, заслуживает отдельного ретроспективного исследования.

Таким образом, главными вехами развития российской химии, внёсшими огромный вклад в научное мировоззрение в начале XVIII- конце XIX веков стали:

1) 1725 год - по указу Петра I создается Петербургская Академия Наук.

2) 1745 год - кафедру химии Петербургской Академии Наук возглавил Михаил Васильевич Ломоносов.

3) 1748 год - создается первая российская химическая лаборатория, открытие фундаментальных законов химического мировоззрения, начало развития химической промышленности в нашей стране.

4) 1844 год - открытие К.К. Клаусом химического элемента, который он назвал рутением (от позднелатинского Ruthenia — Русь/Россия).

5) 1868 год – начало деятельности Русского химического общества.

5) 1869 год - открытие периодического закона русским учёным Дмитрием Менделеевым.

Литература и примечания:

[1] История химии в России. Истоки. XVIII / Хронос. http://www.hrono.ru/proekty/nauka/chemi18.php

векhttps://coursera.org/share/4d29c80d8ebac5424b7425ed461b1604

[2] Абдуллаева Ш.К. Формирование научного мировоззрения в преподавании химии [Электронный ресурс]// Мировая наука. - 2020. - №4(37) https://www.science-j.com/_files/ugd/b06fdc_76bbdc9a8816444b967650e2460a39b4.pdf?index=true

[3] Фигуровский Н.А. Очерк общей истории химии [От древнейших времен до начала XIX в. Наука", М.: 1969 г.

[4] Аликберова Л.Ю., Рукк Н.С. Полезная химия: задачи и истории. М.: Дрофа, 2006. 187 с.

[5] Крюкова Т. Жизнь замечательных людей Химия и Химики №5.2009 http://chemistry-chemists.com/Issues/ChemistryAndChemists_5_2009.pdf

[5] История периодической системы элементов http://www.chem.msu.ru/rus/chemhist/istkhim/period.html

[6] Витер В.Н. Зеленая река и синие лица Химия и Химики №5 2009. http://chemistry-chemists.com/Issues/ChemistryAndChemists_5_2009.pdf

[7] Клаус, Карл Карлович https://ru.wikipedia.org/wiki

[8] Биография Д.И. Менделеева. Интересные факты из жизни великого химика: https://rosuchebnik.ru/material/mendeleev-biografiya/

@И.С. Полянская, Ф.А. Пустовойтенко, 2021 г