Статья: Становление и развитие химии в России (XVIII – XIX вв.)
Однако для начинавших 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 вплоть до выхода в свет «Основ химии» Д.И. Менделеева (1869) был принят в учебных заведениях России в качестве основного руководства по химии.
В историю мировой и отечественной химии имя Германа Ивановича Гесса (1802–1850) вошло не только благодаря его знаменитому учебнику. В первую очередь он известен как создатель первой в России научной школы химиков-неоргаников, один из основоположников термохимии.
В своих термохимических исследованиях Г.И. Гесс значительно раньше Х.П. Томсена и П.Э. Бертло выдвинул (1840) положение, согласно которому величины тепловых эффектов реакции могут служить мерой химического сродства. Открыл (1840) основной закон термохимии – закон постоянства количества тепла, доказал (1842) правило термонейтральности.
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 такие крупные химики, как П.И. Евреинов (1812–1849), снискавший известность своими работами в области гальванопластики, с 1841 г. – управляющий лабораторией Департамента горных и соляных дел; П.П. Шубин (1817–1843), выполнивший ряд работ в области анализа различных руд, глин, минералов и определивший в 1842 г. атомный вес лантана; И.В. Авдеев (1818–1865), успешно занимавшийся химией бериллия и его соединений; И.П. Илимов (1820–1891), крупный специалист в области переработки жиров; 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; Л.И. Шишков (1830–1908), создавший в Михайловском артиллерийском училище в Петербурге одну из лучших в России химических лабораторий и выполнивший в ней ряд оригинальных исследований.
Первым учеником Г.И. Гесса по Главному педагогическому институту был один из наиболее ярких педагогов-химиков XIX столетия, «дедушка русской химии» Александр Абрамович 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.А. Тютчев, Э.Ф. Радлов, Ф.Р. Вреден, В. Савич и многие другие.
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.
Становление научно-педагогической школы в Казанском университете связано с деятельностью Николая Николаевича Зинина (1812–1880), его ученика Александра Михайловича Бутлерова (1828–1886) и представителей бутлеровской химической школы Владимира Васильевича Марковникова (1837–1904), Александра Никифоровича Попова (1840–1881), Александра Михайловича Зайцева (1841–1910), Флавиана Михайловича Флавицкого (1848–1917). В конце XIX столетия преемницей бутлеровской школы становится научно-педагогическая школа А.М. Зайцева, известная такими замечательными именами, как С.Н. Реформатский, А.Н. Реформатский, Е.Е. Вагнер, А.А. Альбицкий, А.Е. Арбузов, Г.М. Глинский и многие другие.
Кроме того, несмотря на превалирование исследований в области органической химии, в Казанском университете работали такие известные ученые-неорганики, как М.Д. Киттары (1825–1880) и К.К. Клаус (1796–1864), один из основоположников химии платины, предложивший способы разделения и получения в чистом виде платиновых металлов и открывший в 1844 г. новый химический элемент – рутений.
Питомцы казанской химической школы, став известными учеными, создали крупные научные центры в других российских городах: Н.Н. Зинин и А.М. Бутлеров в Санкт-Петербурге, В.В. Марковников в Москве, А.Н. Попов и Е.Е. Вагнер в Варшаве, С.Н. Реформатский в Киеве, А.А. Альбицкий в Харькове.
В историю химии имя основателя казанской химической школы Н.Н. Зинина вошло благодаря открытому им методу получения первичных ароматических аминов из нитросоединений. Этот универсальный метод, который известен как «реакция Зинина», позволил организовать производство широкого спектра соединений, в первую очередь a-нафтиламина (анилина) и бензидина, являющихся исходными продуктами для промышленности синтетических (фуксин, мовеин и др.) и субстантивных красителей. Открытие Зинина не только послужило основой новой отрасли промышленности – анилинокрасочной. Оно оказало значительное влияние на развитие органической химии в целом, дало импульс многим новым самостоятельным производствам: фармацевтическому, фотохимическому, пластмасс и др.
Развитие химической науки во второй половине XIX в.
Вторая половина XIX в. 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. Дмитрием Ивановичем 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 в. в развитии химии четко наметилась дифференциация на три основные отрасли – неорганическую, органическую и физическую, а затем на множество других ветвей, более точно отражающих многосторонность предмета этой науки. 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.
Все эти исследования укрепляли и развивали теорию химического строения, а также совершенствовали методы органической химии и готовили основу для внедрения многих практически важных веществ в промышленность.
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.
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.А. Каблуков 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, Б.А. Казанским 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 авто- и авиамоторостроения.
Исследования А.М. Бутлерова по полимеризации низкомолекулярных олефинов и по синтезу углеводородов изостроения, выполненные им с целью экспериментального подтверждения своей теории, составили научную основу синтеза компонентов высококачественных авиационных топлив. Уплотнение олефиновых углеводородов по Бутлерову приобрело важное значение также для синтеза присадок, улучшающих вязкостные свойства смазочных масел.
Представителю бутлеровской школы Г.Г. Густавсону принадлежит заслуга открытия многообразных превращений углеводородов и их производных в присутствии галогенидов алюминия. Особое значение приобрела реакция алкилирования ароматических углеводородов в присутствии хлористого алюминия, что обусловливается ценностью её продуктов как высокооктанового компонента авиационных топлив и сырья для промышленности органического синтеза и искусственного каучука.
Не меньший вклад в науку о химии нефти внёс ученик А.М. Бутлерова, В.В. Марковников, посвятивший более 20 лет своей научной деятельности исследованию состава кавказской нефти. Исследование нефтей в период интенсивной разработки кавказских месторождений в последней четверти XIX столетия было сосредоточено главным образом в Московском университете в лабораториях Н.Д. Зелинского и В.В. Марковникова.