Научные химические школы в России

4. ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ НЕФТЕХИМИИ

  В 1868–1885 гг. кафедру органической химии Петербургского университета занимал А.М. Бутлеров. Здесь, как и в Казанском университете, им была создана крупнейшая химическая школа, знаменитая такими именами, как А.Н. Вышнеградский, Г.Г. Густавсон, М.Д. Львов, В.В. Марковников, А.Е. Фаворский и др. В лаборатории Бутлерова проводили свои первые исследования будущие видные ученые В.Е. Тищенко, Ф.М. Флавицкий, Е.Е. Вагнер, Д.П. Коновалов и др. 
 Говоря о вкладе А.М. Бутлерова и его учеников в развитие отечественной химической науки, нельзя обойти вниманием такую широко развившуюся область, как нефтехимия, в становление которой бутлеровская школа наряду с Д.И. Менделеевым, а позднее – Н.Д. Зелинским, С.С. Намёткиным, Л.Г. Гурвичем, С.В. Лебедевым  и другими, внесла  огромный  вклад.  
 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 поставщиком карбюраторных и дизельных топлив и смазочных материалов для 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 [16].  
 Представителю бутлеровской школы Г.Г. Густавсону принадлежит заслуга открытия многообразных превращений углеводородов и их производных в присутствии  галогенидов  алюминия.  
 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 нефти 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 значение для развития нефтехимии имеют исследования русских  учёных в области ациклических углеводородов, являющихся одной из главных составных  частей нефти. Еще в 70-х годах XIX в. их открыл адъюнкт-профессор Петербургского горного института Ф.Р. Вреден. Впоследствии более 60 ациклических углеводородов впервые синтезировал и изучил Н.Д. Зелинский. Многие углеводороды этого класса синтезировали Н.М. Кижнер, Н.Я. Демьянов, С.С. Намёткин, Б.А. Казанский  и другие  химики. 
 М.И. Коновалов, ученик и близкий помощник В.В. Марковникова, обогатил нефтехимию одним из наиболее надёжных методов определения структуры парафиновых углеводородов – реакцией нитрования парафинов слабой азотной кислотой. Нитрование по Коновалову, развитое в последующие годы советскими химиками, в частности П.П. Шорыгиным и А.В. Топчиевым, приобрело большое промышленное значение [17]. М.И. Коноваловым  были выполнены также ценные исследования по выяснению состава и строения нафтеновых углеводородов, выделенных из  кавказской  нефти.  
 В историю науки о химии нефти вошли также работы учеников В.В. Марковникова Н.Я. Демьянова и Н.М. Кижнера. Предметом их изучения являлись такие важные аспекты, как синтез ациклических углеводородов, их изомеризация, расширение и сужение  циклов.  
 Большое значение организации переработки нефти на научных основах придавал Д.И. Менделеев. Учёному принадлежат классические исследования по определению тепловых свойств нефтей и нефтепродуктов, а также установлению закономерностей их изменения. Труды Менделеева по выяснению химической природы отдельных углеводородов, входящих в состав нефти, по разработке методов ректификации, непрерывного однократного испарения, холодного фракционирования избирательными растворителями долгое время служили источником идей, определявших новые направления в нефтепереработке [18]. В XX в. изыскания в области термической переработки нефти получили широчайшее развитие благодаря трудам Н.Д. Зелинского, А.В. Летнего, А.Н. Никифорова, В.Г. Шухова, М.А. Капелюшникова и  других.  
 Обобщая работы, выполненные в последние три десятилетия XIX в., можно сказать, что в этот период были сформированы новые перспективные направления развития органической химии, которые приобрели большое практическое значение в следующем столетии; открытие новых реакций и закономерностей усилило синтетическую органическую химию и значительно расширило представления химиков о новых классах соединений. Иными словами, были заложены основы современной органической  химии.

5. ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

  Мощным направлением исследований, которое сформировалось в петербургском научном центре в 1870–1880-е годы, являются физико-химические изыскания, включавшие в себя три основных вектора: изучение состояния вещества (газообразное, жидкое, твердое) как основного фактора, определяющего специфику механизма реакций; изучение причин взаимодействия веществ; изучение зависимости свойств вещества от его состава и строения.  
В разработке этого нового направления центральное место занимают работы Д.И. Менделеева  и  его  учеников.  
 Крупнейшим вкладом Д.И. Менделеева в науку стал открытый им в феврале 1869 г. периодический закон химических элементов. Этот закон и разработанная на его основе периодическая система элементов послужили фундаментом для современного учения о строении вещества, в частности для атомной и ядерной физики XX в. На этом же фундаменте построена вся современная система химии как единая целостность теорий, отражающих закономерности химической организации вещества и позволяющих решать основные задачи этой науки, в том числе  получения  материалов  с заданными  свойствами  [19].  
 Д.И. Менделееву принадлежит также ряд других основополагающих работ в области общей химии, химической технологии, физики. Он осуществил фундаментальный цикл исследований (1865–1887) в области растворов, создал гидратную теорию растворов, заложил основы химии соединений переменного состава, открыл «температуру абсолютного кипения жидкостей», предложил общее уравнение состояния идеального газа (уравнение Клайперона–Менделеева).  
   Д.И. Менделеев принадлежал к числу тех отечественных ученых, которые не только ясно осознавали глубокую взаимосвязь и взаимозависимость фундаментальных исследований, прикладных изысканий и развития химической промышленности, но и принимали деятельное участие в решении целого ряда технологических проблем. В начале 1890-х годов он совместно с И.М. Чельцовым принимал участие в разработке бездымного пороха.  
 В сфере интересов Д.И. Менделеева были вопросы химизации сельского хозяйства. В своих работах он доказывал необходимость развития туковой промышленности на основе отечественного сырья, необходимость переработки костей, добычи фосфоритов, производства суперфосфата, преципитата и сложных удобрений.  
 Продолжением классических исследований Д.И. Менделеева в области растворов и в то же время началом нового этапа в их развитии стали работы будущих академиков Д.П. Коновалова, В.А. Кистяковского, а также А.А. Яковкина.  
 Д.П. Коновалов в 1881–1884 гг. открыл законы, устанавливающие зависимость относительного состава компонентов в газовой и жидкой фазах растворов от давления пара и температуры кипения двойных жидких систем. Его работы носили четко выраженный физико-химический характер; они находились на пороге перехода химии к химической термодинамике, кинетике и катализу. Коновалов сформулировал представления об автокатализе, вывел уравнение для скорости автокаталитических реакций (1887) и впервые ввел (1885) понятие активной  поверхности  гетерогенных  катализаторов.  
 В.А. Кистяковский стал одним из первых «объединителей» (1888) химической теории растворов Менделеева и физической теории электролитической диссоциации Аррениуса. Он создал новое направление в науке – коллоидную электрохимию, развил первые электрохимические представления о коррозии металлов, ставшие основой для разработки мер защиты металлов от коррозии.  
Значительный вклад в создание основ электрохимии на первом этапе ее развития внес один из крупнейших представителей московской химической школы И.А. Каблуков (1857–1942). Он открыл ряд закономерностей в области химии неводных растворов, установил аномальную электропроводность электролитов в органических растворителях, независимо от В.А. Кистяковского ввел представление о сольватации ионов, изучал фазовые превращения расплавленных солей, многое сделал для сближения физической и химической теорий растворов. Работы И.А. Каблукова подготовили почву для большого цикла систематических термохимических исследований будущих поколений химиков.  
Работы самого И.А. Каблукова и его учеников в области термохимии в значительной степени опирались на традиции лугининской научной школы.  
 Прогресс в этой области прежде всего зависел от разработки её экспериментального метода – калориметрии, позволяющего определять, в частности, теплоты горения различных веществ. Профессором Московского университета В.Ф. Лугининым (1834–1911) были получены надёжные экспериментальные данные теплот сгорания для более 200 соединений, которые вошли в мировую справочную литературу. Их сравнительный анализ, осуществлённый учёным в 1880–1890-е годы, позволил осуществить важные структурно-термохимические закономерности для разных классов органических соединений (кетонов, альдегидов, спиртов, сложных эфиров). Существенные изменения Лугинин внёс и в технику калориметрии. Им были усовершенствованы методы определения теплот испарения жидкостей и теплоёмкостей твёрдых и жидких тел. Предложенные им методы не утратили своего значения и в настоящее время. В 1892 г. в Московском университете Лугининым была создана первая в России образцовая термохимическая лаборатория, ныне носящая его имя.  
Особой практической направленностью отличались работы А.А. Яковкина в области растворов. Он впервые подробно исследовал поведение хлора в водных растворах, разработал методы обезвоживания природных солей, предложил способ производства чистого оксида алюминия, на основе которого был пущен первый в России  глиноземный  завод.  
 Принципиально новой важной отраслью химии, возникшей в конце XIX столетия, была химическая кинетика. Она появилась как своеобразная реакция на успехи органического синтеза, базировавшегося на бутлеровской теории химического строения. При изучении многочисленных реакций синтеза, более всего реакций гидратации и дегидратации органических соединений, обнаружилось, что характер течения реакций и выходы готовых продуктов зависели не только от природы исходных реагентов, но и от растворителей, примесей, температуры и давления. Систематическим изучением всех этих явлений и обобщением результатов наблюдений занялся ближайший коллега Д.И. Менделеева по Петербургскому университету профессор Н.А. Меншуткин (1842–1907). Особый интерес представляют его работы в области этерификации спиртов и гидролиза эфиров, начатые в 1877 г. и продолжавшиеся более 30 лет. Посредством измерения скоростей реакций он открыл закономерности, устанавливающие влияние строения спиртов и органических кислот на скорость и предел этерификации, установил влияние на ход реакций природы растворителя и термодинамических условий. Работы Н.А. Меншуткина наряду с исследованиями Д.П. Коновалова в России и В. Оствальда в Германии послужили первыми блоками, заложенными в фундамент учения о химических процессах как новой, более высокой по сравнению со структурной химией, ступенью в развитии химических  знаний. 

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  XVIII-XIX вв. считаются по праву временем зарождения химической науки. Учёные и историки науки отмечают, что ни одна наука за столько лет не сделала таких колоссальных завоеваний, как  химия. В это время появляются первые университеты и научные школы, которые впоследствии стали основой, для развития научных центров [20]. Каждый научный центр охватывал всю химическую науку, а не занимался одним узким ее направлением. Старейшие научно-образовательные центры в Казани, Москве, Петербурге заложили основы классического химического образования. А наука превратилась в организованную систему знания,  опирающегося  на  фактический  материал.  
 
 

8. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Кузнецова Н.И. Социальный эксперимент Петра I и формирование науки в России // Вопросы философии. 1989. № 3. С. 49-64.
2. Фигуровский Н.А. История химии. М.: Просвещение, 1979. 311с
3. Манолов К. Великие химики. М.: Мир, 1986. т.т. 1-2.
4. Биографии великих химиков / Под редакцией Быкова Г.В. М.: Мир, 1981. 320 с.
5. Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. М.: Высшая школа, 1991. 656 с.
6. Ушакова Н.Н., Фигуровский Н.А. Василий Михайлович Севергин (1765 - 1826). М.: Наука, 1981. 160 с.
7. Штрубе В. Пути развития химии. М.: Мир, 1984. т.т. 1-2
8. Джуа М. История химии. М.: Мир, 1966. 452 с.
9. Азимов А. Краткая история химии. Развитие идей и представлений в химии. М.: Мир, 1983. 187 с.
10. Кузнецов В.И. Диалектика развития химии. М.: Наука, 1973. 328 с.
11. Соловьев Ю. И.  Герман Иванович Гесс. М.: АН СССР, 1962. 104 с.
12. Соловьев Ю.И. История химии в России. М.: Наука, 1985. 416 c.
13. Быков Г.В. История органической химии. М.: Химия, 1976. 360 с. 
14. Зефирова О.Н. Краткий курс истории и методологии химии. М.: Анабасис, 2007. 140 с.
15. Фигуровский Н.А. Очерк общей истории химии. Развитие классической химии в XIX столетии. М.: Наука, 1979. 477 с.
16. Быков Г.В. Александр Михайлович Бутлеров: очерк жизни и деятельности. М.: АН СССР, 1961. 224 с.
17. Старосельский П. И. Михаил Иванович Коновалов. М.: Наука, 1981. 233 с. 
18. Младенцев М.Н., Тищенко В.Е. Дмитрий Иванович Менделеев, его жизнь и деятельность. М.; Л., АН СССР, 1938. 280 с.
19. Чугаев Л.А. Дмитрий Иванович Менделеев. Жизнь и деятельность. Л.: Научное химико-техническое изд-во, 1924. 58 с.
20. С.И. Левченков. http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/History/Sketch9.html