М.В.Ломоносов - первый химик в России
статья по теме

Выступление на Ломоносовских чтениях

«М.В.Ломоносов – первый химик в России»

к 300-летию со дня рождения М.В.Ломоносова 22.11.2011

Лихачева Т. В. преподаватель химии

ГБОУ №73 «Ломоносовская гимназия»

Санкт-Петербургский союз учёных

Центральная районная библиотека им. М.В.Ломоносова

«М.В.Ломоносов – первый химик в России»

Имя Ломоносова по праву стоит первым в ряду выдающихся естествоиспытателей. Его научная и практическая деятельность отличалась удивительной широтой и разносторонностью. Его научное творчество самым тесным образом связано с потребностями практики, развитием производительных сил страны, промышленной эксплуатацией её природных богатств.

6 сентября 1751 г. в публичном собрании Академии Ломоносов выступил с речью, названной им «Словом о пользе химии». Характеризуя взаимодействие науки и практики, Ломоносов особенно подчёркивал значение химии в исследовании природы и создании «преполезных» производств. Учёный предвидел ту огромную роль, которую призвана играть химия в практической деятельности людей, их повседневной жизни. «Широко простирает химия руки свои в дела человеческие - говорил он, «куда не посмотрим, куда не оглянемся, везде обращаются перед очами нашими успехи ее прилежания... »

Но теперь кратко о самой химии того века.

Химия стала оформляться как наука уже к началу XVIII века. Однако её прогресс значительно уступал успехам в других областях естествознания. В значительной степени химия оставалась придатком фармакологии и медицины. Её уделом было в основном изготовление лекарственных препаратов. Поэтому, как правило, химии обучались врачи и фармацевты.

По-разному шло развитие химии в европейских странах:

• В Германии, например, химики сосредоточили своё внимание на усовершенствовании процессов прикладной химии и химической технологии.
• Учёные Англии и Швеции, работая над теми же проблемами, изучали также свойства и процессы получения различных газов, положив этим начало так называемой пневматической химии.
• Во Франции французские химики блестящими работами А. Лавуазье, К. Бертолле и др. осуществили, подлинную научную революцию в химии.
• Развитие химии в России носило ярко выраженную практическую направленность.

Ещё в допетровские времена на Руси умели изготовлять разнообразные краски и косметические средства растительного и минерального происхождения.

Было развито солеварение, особенно при монастырях.

Непрерывные войны, а затем потребности горнозаводского производства вызвали расширение выпуска пороха и его важнейшей составной части - селитры, а также серы.

Значительный объём работ выполнялся в области лесохимического промысла: смолокурения, углежжения, получения дёгтя, производства поташа, применяемого в стеклоделии и при изготовлении мыла.

В начале XVII в. на Руси был организован Аптекарский приказ, начали появляться первые аптеки, где готовились лекарственные препараты: разные настойки, пластыри, мази и др.

В первой четверти XVIII века химические промыслы в России начали развиваться особенно интенсивно. Возникли первые химические заводы. Были созданы первые «пробирные лаборатории», которые обслуживали горнорудный промысел, металлургические и «минеральные» заводы. Было налажено получение канифоли и скипидара. Производство поташа, смолы, а потом и чёрных металлов достигло таких размеров, что был организован их вывоз в другие страны.

В Петербургской академии наук, в первые 20 лет её существования, исследования в области химии почти не производились.

Таким образом, в России первой четверти XVIII в. химия развивалась в практическом направлении, удовлетворяя возраставшие экономические потребности страны. Химической науки в широком смысле слова тогда не существовало ни в России, ни за рубежом. Она делала лишь свои первые, правда уже твёрдые и стремительные, шаги.

В конце XVII - начале XVIII в. в Европе были опубликованы первые учебники по химии.

• В 1675 г. вышел «Курс химии» известного французского химика и врача Н. Лемери. В её основу было положено изложение различных способов приготовления известных тогда химических препаратов, применявшихся в медицине. Труд Лемери не претендовал на систематизацию химических знаний и тем более на разработку теоретических основ химии как науки.
• В 1732 г. Опубликован труд нидерландского учёного, профессора медицины, а потом химии и ботаники Лейденского университета Г. Бургаве, «Элементы химии». В нём содержалась довольно подробная характеристика химических процессов того времени, приводились краткая история химических знаний, описание экспериментальной аппаратуры. Двухтомник Бургаве был переведён на основные европейские языки и много лет служил учебником химии, в том числе и в Московском университете.

Нидерландский химик  в своей книге попытался так определить сам предмет химии: «Химия есть искусство, каким образом производить надёжные физические операции».

Ломоносова же не удовлетворяли такие формулировки задач химии. В одной из своих ранних работ, «Элементы математической химии» (1741), Ломоносов предложил краткое определение химии, отличное от общепринятых в то время. «Химия - наука об изменениях, происходящих в смешанном теле...». Характеристика химии как «науки об изменениях» объединяет в себе задачи изучения и химических явлений, и химических процессов.

М.В.Ломоносов начал заниматься химическими исследованиями уже в ранний период своей деятельности, будучи студентом Марбургского университета. Первый научный труд Ломоносова «О превращении твердого тела в жидкое, в зависимости от движения предсуществующей ей жидкости» написан в 1738 году. Вторая работа «О различии смешанных тел, состоящем в сцеплении корпускул» была завершена год спустя.

Эти работы будущего ученого явились началом изучения мельчайших частичек материи, из которых состоит вся природа. Через два десятилетия они оформились в стройную атомно-молекулярную концепцию.

Для того чтобы выяснить, «что происходит в химических телах при химических операциях», необходимо, считал Ломоносов, прежде всего, выяснить химический состав тел.

Вернувшись в 1741 году на родину, Ломоносов приступил к экспериментальным исследованиям в области химии.

Эпоха Ломоносова требовала видимых результатов, годных для практического использования в производстве. Этим объясняется настойчивость, с которой Ломоносов добивался открытия при академии химической лаборатории, без которой невозможно проведение даже элементарных химических анализов.

Не менее ценными были исследования Ломоносова в области физики. Собственно физика и химия в опытах, в теоретических анализах ученого дополняли друг друга. В итоге он стал родоначальником новой науки – физической химии. В науке, по мнению Ломоносова, теория и практика неразрывно связаны. Уже в одной из своих первых работ - “Элементы математической химии” Ломоносов утверждает: “Истинный химик должен быть теоретиком и практиком, а также и философом”.

Так, при самом зарождении химической науки, Ломоносов, ясно понял, что химическая теория должна строиться на законах механики и математики.

В своём знаменитом “Слове о пользе химии”  Ломоносов ещё раз подчеркнул, что для успеха химической науки “требуется весьма искусный химик и глубокий математик в одном человеке, “химия руками, математика очами физическими по справедливости называться может”. Ломоносов был автором первого в мире “Курса истинной физической химии” (1752-54г.г.) “Физическая химия, по мнению Ломоносова, есть наука, объясняющая на основании положении и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях”.

«Элементы математической химии» представляли собой как бы программу будущих физико-химических исследований. 

В 1745 году Ломоносов пишет работу «О металлическом блеске», чуть позже «О рождении и природе селитры». В последней работе, ученый высказал взгляды о приложении физических законов к химии.

До наших дней дошел перечень того, что Михаил Васильевич Ломоносов сам считал наиболее важным среди своих результатов в области естественных наук. На втором месте в этом списке стоят исследования по физической химии и, в особенности, по теории растворов.

Весной 1743 года Ломоносов написал первый вариант своей известной работы «О действие химических растворителей вообще»

В 1744 году, получив необходимые химические препараты, Ломоносов осуществил большую серию экспериментов по растворению металлов в кислотах и солей в воде. Эти опыты подробно изложены в окончательном варианте работы, представленном в Академию наук 7 декабря 1744 года и прочитанном в Академическом собрании в марте следующего года.

Теория растворов:

В теории растворов важное значение имеет разделение растворов на такие, при образовании которых теплота выделяется, и на такие, для составления которых нужно затратить тепло.

Процессы растворения  Ломоносов объяснил движением частиц жидкости, приводящим в движение частицы твердого тела. Ломоносов правильно подметил тот случай, когда разбавленная водой кислота лучше растворяет металл, чем концентрированная. 

• Ломоносов исследовал явления кристаллизации из растворов.
• М.В. Ломоносов изучал растворимость солей при разных температурах
• Исследовал влияние электрического тока на растворы солей
• Установил факты понижения температуры при растворении солей и понижения точки замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем.
• Он проводил различие между процессом растворения металлов в кислоте, сопровождающимся химическими изменениями, и процессом растворения солей в воде, происходящим без химических изменений растворяемых веществ.

Создал различные приборы (вискозиметр, прибор для фильтрования под вакуумом, прибор для определения твердости, газовый барометр, пирометр, котел для исследования веществ при низком и высоком давлениях), достаточно точно градуировал термометры.

Одним из конкретных проявлений всеобщего закона природы был открытый и экспериментально подтвержденный Ломоносовым закон сохранения вещества при химических превращениях. Открытие которого, долгое время совершенно несправедливо приписывалось французскому химику Антуану Лорану Лавуазье (1743—1794).

Предложенный Ломоносовым всеобщий закон природы включает в себя и закон сохранения энергии, вошедший в науку лишь в середине XIX века: “Но как все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому. Так, сколько материи прибавляется к какому-либо телу, столько же теряется у другого, сколько часов я затрачиваю на сон, столько же отнимаю у бодрствования. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте. Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает”.

Мнение свое о неизменности вещества ученый доказывал химическими опытами. В 1756 году он делает такую запись: “Делал опыты в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жару. Оными опытами нашлось, что … без пропущения внешнего воздуха вес отожженного металла остается в одной мере”. Увеличение веса металла при обжигании он приписывал соединению его с воздухом.

Так, Ломоносов в России, а позднее Лавуазье во Франции завершил процесс превращения химии в строгую количественную науку. Век алхимии кончился, начался путь к химическим производствам.

Ломоносов разработал корпускулярную теорию строения вещества, проник в тайны его строения.

Ломоносов впервые разграничил понятие атома “элемента” и молекулы “корпускулы”, но лишь в XIX веке это его предвидение нашло окончательное признание - английский учёный  Джон Дальтон продолжил его учение, что привело к созданию химической атомистики.

Содокладчик «АМУ»

Отдельные положения его классической работы о теплоте и холоде предвосхитили представления атомно-молекулярной теории более чем на 50 лет. В этих работах Ломоносов показывает, что теплота это результат движения “нечувствительных частиц” и зависит от скорости их хаотического движения, которое прекращается при достижении “низщего градуса холода”, т.е. говорит Ломоносов: “Величайший холод в теле - абсолютный покой; если есть хоть где-либо малейшее движение, то имеется и теплота”. Ломоносов впервые искусственным путём получил холод, при котором замёрзла ртуть, и назвал температурой абсолютного нуля.

Прошло время, прежде чем ученый получил в свое распоряжение прекрасную химическую лабораторию.

Содокладчик «Химическая лаборатория»

В положениях М.В.Ломоносова, логических построениях и доказательствах можно наблюдать следующие аналогии с представлениями, ставшими актуальными более чем сто лет спустя:

• атомы — шарообразные вращающиеся частицы — следующий шаг был сделан только с гипотезой электрона;
• увеличение скорости вращения сказывается повышением температуры, а покой — предвосхищает мысль об абсолютном нуле и невозможности его достижения (второе начало термодинамики — 1850 год);
• Ломоносов опытным путём вплотную приблизился к открытию водорода;
• дал кинетическую модель идеального газа, по отдельными положениям, при ряде поправок — соответствующую принятой в дальнейшем;
• демонстрирует зависимость между объёмом и упругостью воздуха (закон Бойля-Мариотта);
• тут же указывает на дискретность её для воздуха при сильном его сжатии, что определяет конечный размер его молекул — настоящая мысль применена Я. Д. Ван-дер-Ваальсом в выводе уравнения реального газа 1873 год;
• рассматривая тепло и свет, М.В. Ломоносов приходит к выводам о вращательном («коловратном») распространении частиц тепла и волновом («зыблющемся») — частиц света (в 1771 году тепловое излучение, «лучистую теплоту», рассматривает К. В. Шееле);
• русский учёный говорит об одном происхождении света и электричества, что, при определённых поправках на общие представления времени, сопоставимо с положениями электромагнитной теории Д.К. Максвелла (середина 19 века).

Как гениальный ученый, Ломоносов страстно верил в силу человеческого разума, в познаваемость мира. При этом он определял и верные пути достижения истины. Ломоносов рекомендовал в изучении действительности опираться на опыт, выводить из опыта мысленное рассуждение. “Из наблюдений устанавливать теорию, через теорию исправлять наблюдения – есть лучший всех способ к изысканию правды”, - писал он. Данное высказывание свидетельствует о том, что Ломоносов выступал за союз, как мы бы сказали теперь, теории и практики. И в этом источник многих его успехов в сфере научных исследований.

Многие идеи Ломоносова опередили науку его времени на столетие. Это был многогранный учёный. Ему не удалось полностью реализовать свои научные замыслы, но того, что он сделал, оказалось достаточно, чтобы обеспечить ему почётное место в пантеоне науки.

История, конечно, не повторяется. И, вероятно, уже не будет людей с таким универсальным диапазоном научной деятельности. Науки сейчас ушли далеко вперед, и одному человеку просто невозможно достичь вершин одновременно в нескольких областях познания. И всегда М.В. Ломоносов – ученый, философ, поэт – будет вызывать глубокий интерес как личность, продемонстрировавшая силу человеческого разума, как борец с тьмой и невежеством.