Научные химические школы в России

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

Химический факультет

 

Кафедра

неорганической химии

Специализация

неорганическая химия

 

 

 

 

 

 

 

НАУЧНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ШКОЛЫ  В РОССИИ

Реферативная работа

 

 

 

 

 

 

Выполнила студентка

5 курса, 04501.10  группы

Магомедова Екатерина Алимовна   

Научный руководитель   к.х.н., доцент

Ревинская Е.В.

Работа защищена

« 21 »     октября      2013г.           

Оценка            _________________

 

                          

 

 

 

 

 

 

 

Самара 2013

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение            3
2. Создание университетской науки        6
1. Формирование научных школ        6
2. Первая научная школа химиков-органиков      9
3. Развитие химической науки во второй половине XIX века            11
4. Исследования в области нефтехимии               13
5. Исследования в области неорганической химии             15
6. Заключение                   19
7. Список использованных источников               20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

Истоки отечественной  химической науки восходят к XVIII веку, 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» [1]. 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 году избранием в академики И. Г. Гмелина [2]. Гмелину принадлежит первое химическое исследование, опубликованное в «Записках Петербургской академии наук» статья «Об увеличении веса некоторых тел при обжигании».

В течение XVIII века химией в академии занимались И. Г. Леман (1719–1767), Э. Г. Лаксман (1737–1796), Т. И. Ловиц (1757–1804), В. М. Севергин (1765–1826), А. А. Мусин-Пушкин (1760–1805) и др. Однако основные достижения этого столетия в области химии связаны с именем М. В. 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 на основополагающее значение закона сохранения массы вещества в химических реакциях; изложил (1741-1750) основы своего корпускулярного (атомно-молекулярного) учения, получившего развитие лишь спустя столетие; 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 году по инициативе ученого в России была построена первая химическая лаборатория [3], 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. 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 [4]. 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.

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 вв., когда были выполнены многочисленные химические исследования прикладного характера. 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 [5]. 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.  
 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, что главной задачей этой науки является исследование состава и строения минералов. 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) [6]. 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; разработал способы получения ледяной уксусной кислоты, кристаллической глюкозы, безводных диэтилового эфира и спирта, а также разделения солей бария, стронция  и  кальция.  
 К концу XVIII века 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.

 

2. СОЗДАНИЕ УНИВЕРСИТЕТСКОЙ НАУКИ

2.1. Формирование научных школ

    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. Петербургская академия наук, в которой в XVIII в. была сосредоточена практически вся российская химия, не потеряла своего значения и в последующее столетие [7]. В 1803 г. Был принят ее новый устав, в котором она определялась как главное ученое учреждение страны, а в ее задачи входило усовершенствование наук, ремесел и фабрик, а также просвещение.  
 В то же время в начале XIX столетия, особенно после Отечественной войны 1812 г., в развитии химии в России появились новые черты. Смена мануфактурного производства фабрично-заводским выдвинула перед учеными множество практических задач, связанных с рациональной постановкой и усовершенствованием способов производства. Это привело к тому, что на смену ученому-просветителю пришел ученый-естествоиспытатель, который видел свою задачу в практическом применении научных знаний [8]. Иными словами, задачей химической науки в этот период стала помощь развитию промышленности и сельского хозяйства на базе природных ресурсов страны.  
 На рубеже XVIII–XIX вв. произошли изменения и в системе подготовки специалистов и организации научных исследований. В период развивающихся капиталистических отношений расширение торговли, оснащение армии и флота, рост металлургических производств и химических промыслов во многом зависели от наличия собственных специалистов: горных инженеров, химиков, геологов, артиллерийских офицеров, врачей и др. С этой целью создаются такие специальные учебные заведения, как Горное училище, Артиллерийская академия, Инженерное кадетское училище, Медико-хирургическая академия и др. [9].  
 В начале XIX в. в различных городах России открываются новые университеты и создаются научные общества. В 1802–1803 гг. восстанавливаются университеты в Дерпте и Вильнюсе. В последующие годы были открыты университеты в Казани (1804), Харькове (1805), Петербурге (1819). Петербургскому университету, в отличие от Московского (1755), Казанского и Харьковского университетов, которые готовили преподавателей для гимназий и других школ, было поручено готовить профессоров и научных работников.  
 С открытием университетов начинается новый период в развитии химии в России – период университетской науки, характерный появлением русской профессуры, русских учебников и журналов по химии, химических лабораторий. В университетах начали зарождаться русские научные школы [10].  
 Формирование и деятельность отечественных научно-педагогических школ происходили на фоне принципиальных изменений в мировой химической науке, заключавшихся в том, что в первые десятилетия XIX в. химия на базе новой парадигмы, основанной на кислородной теории Лавуазье (конец XVIII в.) и атомно-молекулярном учении Дальтона и Авогадро (начало XIX.), твердо встала на путь самостоятельного развития. Более того, начался процесс ее дифференциации на отдельные области: неорганическую, органическую, аналитическую химию.  
 В этой ситуации основной задачей, стоявшей перед российскими университетами, стало привлечение молодежи к изучению естествознания и химии в частности. Эта задача решалась в первую очередь путем написания оригинальных учебных  руководств.  
 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 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.  
 Однако для начинающих изучать химию его руководство было слишком объемистым. Поэтому, начиная с 1820 г., профессора русских учебных заведений издают ряд  новых руководств  по  химии.  
 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 был принят в учебных заведениях России  в качестве  основного  руководства по химии.  
 В историю мировой и отечественной химии имя Г.И. 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 [11], согласно которому величины тепловых эффектов реакции могут служить мерой химического сродства. Открыл (1840) основной закон термохимии – закон постоянства количества тепла,  доказал (1842) правило термонейтральности.  
 Фундаментальные термохимические исследования Г.И. Гесса могли бы стать основой большой исследовательской программы его научной школы. Однако Гесс сознавал, что для России в тот период требовались специалисты не по термохимии, а по горному делу, металлургии и аналитической химии. Именно поэтому, создавая первую национальную русскую школу химиков, ученый уделял большое внимание исследованиям именно в этих областях. Среди его учеников были такие химики, как П.П. Шубин (1817–1843), выполнивший ряд работ в области анализа различных руд, глин, минералов и определивший в 1842 г. атомный вес лантана; Н.А. Иванов (1816–1883), талантливый аналитик, выполнивший точные анализы многих минералов, руд и различных изделий металлургических заводов, в частности первые анализы донецких каменных углей; А.А. Фадеев (1810–1898), выполнивший ряд исследований по химии взрывчатых веществ и в 1844 г. впервые в мире получивший в большом количестве чистый пироксилин [12]. 
 Первым учеником Г.И. Гесса по Главному педагогическому институту был один из наиболее ярких педагогов-химиков XIX столетия, «дедушка русской химии» А. А. Воскресенский (1809–1880). Его деятельности Россия обязана подготовкой целой плеяды химиков. Из научной школы Воскресенского вышли такие известные ученые, 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  многие  другие.

 

  2.2. Первая научная школа химиков-органиков 

 К 40-м годам XIX в. в России сформировалось несколько химических центров, самыми крупными из которых были петербургский, московский и казанский. Казанская химическая школа –уникальное явление в истории науки. На протяжении 170 лет не рвется цепь «школьных» отношений «учитель-ученик» между ее представителями: Н.Н. Зинин, А.М. Бутлеров, В.В. Марковников, А.М. Зайцев, А.Е. Арбузов, Б.А. Арбузов, А.И. Коновалов.

Основателем Казанской химической школы является Николай Николаевич Зинин, блестяще окончивший в 1833 г. Казанский университет со степенью кандидата и золотой медалью за представленное им сочинение «О пертурбациях эллиптического движения планет». Н.Н. Зинин был оставлен при университете, где он успешно проводил порученное ему репетиторство по физике. В 1835 г. он кардинально изменил направление своей деятельности – ему было поручено преподавание химии. Вероятно, эту дату можно считать временем возникновения Казанской школы химиков-органиков. В 1835 г. он начал преподавание химии в Казанском университете, а в 1842 г. сделал свое эпохальное открытие - осуществил реакцию восстановления ароматических нитросоединений в ароматические амины (реакция Зинина) [13], ставшее основой всей анилинокрасочной промышленности. Эти работы получили самую высокую оценку в научном мире. С 1847 г., когда Н.Н. Зинин принял предложение занять кафедру в Санкт-Петербургской медико-хирургической академии, начался петербургский период его жизни и деятельности. Итак, Н.Н. Зинин работал в Санкт-Петербурге, а в Казани «подрастал» Александр Михайлович Бутлеров. Университет А.М. Бутлеров окончил со степенью кандидата, представив сочинение на тему «Дневные бабочки Волго-Уральской фауны» по любимому предмету – энтомологии. Собранная им коллекция бабочек до сих пор хранится в зоологическом музее университета. В одно время с Н.Н. Зининым в Казанском университете работал другой замечательный химик К.К. Клаус, которому принадлежит честь открытия в лаборатории Казанского университета элемента «рутений».

Главное творение А.М. Бутлерова – теория химического строения органических соединений. Особая роль принадлежит учебнику А.М. Бутлерова «Введение к полному изучению органической химии, который полностью базировался на теории химического строения. А.М. Бутлеров известен прежде всего как теоретик органической химии, но он был и блестящим экспериментатором. В качестве примера только одного из направлений его экспериментов приведем работы по синтезу третичных спиртов, которые служили основательным подтверждением его теоретических взглядов. Казанский период деятельности А. М. Бутлерова завершился в 1868 г., когда он был избран ординарным профессором Санкт-Петербургского университета. Но в Казани остались два талантливых ученика А. М. Бутлерова: В. В. Марковников и А.М. Зайцев, закончившие камеральное отделение юридического факультета Казанского университета, где химия изучалась основательно.

Преемником А.М. Бутлерова  стал В.В. Марковников – автор выдающегося труда «Материалы по вопросу о взаимном влиянии атомов в химических соединениях». Во всем мире в учебниках по органической химии приводится правило Марковникова (правило присоединения). В Казани В.В. Марковников оставался недолго. Он перешел сначала в Новороссийский (Одесский) университет, а затем (в 1873 г.) – в Московский, где создал научную школу химиков. В московский период своей деятельности В.В. Марковников осуществил обширный цикл исследований, относящихся к изучению кавказских нефтей.

В Казани продолжил работу другой классик органической химии  бутлеровской школы – А.М. Зайцев. Общеизвестны его работы по синтезу спиртов; в учебниках по органической химии, наряду с правилом Марковникова фигурирует и правило Зайцева (правило отщепления). Почти 40 лет (1871-1910) А.М. Зайцев был во главе казанских химиков. В списке учеников А.М. Зайцева, работы которых напечатаны в «Журнале Русского физико-химического общества», значится 72 химика. Среди них: Е.Е. Вагнер, С.Н. Реформатский, А.А. Альбицкий, А.Е. Арбузов и многие другие.

В истории Казанской химической школы XX век можно назвать «арбузовским веком». А.Е. Арбузов возглавил кафедру органической химии в 1911 г. Б.А. Арбузова не стало в 1991 г. 80 лет во главе казанских химиков были славные представители династии Арбузовых. Этот период ознаменовался созданием в Казани крупного отечественного химического центра, охватывающего и науку, и образование, и производство.

 

2. РАЗВИТИЕ ХИМИЧЕСКОЙ НАУКИ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ XIX ВЕКА

  Вторая половина XIX века представляет собой особый период в истории отечественной науки, в том числе и химии. Если в первой половине столетия достижения ученых прокладывали первые пути от аналитических исследований естественных богатств страны к фундаментальным изысканиям, то во вторую половину на первый план вышли работы фундаментального характера. Эпохой в истории мировой науки стали открытие в 1869 г. Д. И. Менделеевым (1834–1907) Периодического закона химических элементов и разработка в 1861–1870 гг. А.М. Бутлеровым (1828–1886) теории химического строения  веществ.  
 Со второй половины XIX века в развитии химии четко наметилась дифференциация на три основные отрасли – неорганическую, органическую и физическую, а затем на множество других ветвей [14]. Первое место по объему изучаемого материала заняла органическая химия, и неудивительно: уже тогда насчитывалось более миллиона индивидуальных органических соединений, тогда как неорганических было известно не более 60–70 тысяч.  
 Это обстоятельство вызвало необходимость упорядочения классификации органических соединений и создания теоретических основ, объясняющих их бесконечное разнообразие при крайне ограниченном составе.  
 Первые объяснения этому феномену появились еще в начале XIX в. в работах Я. Берцелиуса (Швеция), Ш. Жерара (Франция), Ю. Либиха и А. Кекуле (Германия). Они сводились к тому, что индивидуальность химического соединения определяет не только его состав, но еще и структура молекул, которая бывает различной при одном и том же составе, т. е. изомерия молекул. В этой связи были выдвинуты первые структурные теории, которые, однако, не объясняли главного: различия химических свойств изомеров.  
 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.  
 Теория химического строения стала первой действенной теорией реакционной способности вещества и впоследствии вошла в преобразованном виде в состав  новых  квантово-химических  концепций. Оценивая вклад казанской научной школы в развитие мировой и отечественной химии, один из ее лидеров академик А.Е. Арбузов отмечал, что созданная А.М. Бутлеровым и развитая его учениками теория химического строения позволила расшифровать структуру 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 органических соединений: спиртов различных классов, непредельных кислот, оксикислот, лактонов, фосфорорганических соединений  [15].  
 Достижения химической науки второй половины XIX в. во многом обусловлены работами петербургских ученых. Академия наук, Петербургский университет, Горный институт, Медико-хирургическая академия, Михайловская артиллерийская академия, Технологический институт, Земледельческий (Лесной) институт образовали крупнейший научный центр, оказавший огромное влияние на развитие не только отечественной, но и мировой науки. В каждом из этих учреждений сложилась своя школа химиков, характерная индивидуальностью и направленностью исследований и руководимая такими блестящими учеными, как Д.И. Менделеев, А.М. Бутлеров, А.А. Воскресенский, Н.Н. Зинин, А.Е. Фаворский и др.