Михаил Ломоносов: Павлова Г.Е., Федоров А. С.: Михаил Васильевич Ломоносов 1711-1765. Химические исследования

Научное творчество М. В. Ломоносова было самым тесным образом связано с потребностями практики, развитием производительных сил страны, промышленной эксплуатацией ее природных богатств. 6 сентября 1751 г. в публичном собрании Академии Ломоносов выступил с речью, названной им Словом о пользе химии. В этой замечательной речи в общих чертах содержалась формулировка принципа единства теории и практики, науки и производства. Учением приобретенные познания разделяются на науки и художества говорил Ломоносов понимая под словом художества различные производства и ремесла. Науки подают ясное о вещах понятие и открывают потаенные действий и свойств причины; художества к приумножению человеческой пользы оные употребляют. Науки довольствуют врожденное и вкорененное в нас любопытство- художества сниканием прибытка увеселяют Науки художествам путь показывают- художества происхождение наук ускоряют. Обои общею полною согласно служат. В обоих сих коль велико и коль необходимо есть употребление химии, ясно показывает исследование натуры и многие в жизни человеческой преполезные художества.¹

Характеризуя взаимодействие науки и практики, Ломоносов особенно подчеркивал значение химии в исследовании природы и создании преполезных производств. Ученый предвидел ту огромную роль, которую призвана играть химия в практической деятельности людей, их повседневной жизни. Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие, говорил он в Слове о пользе химии. Куда ни посмотрим, куда ни оглянемся, везде обращаются перед очами нашими успехи ее прилежания². В умножении жизненных благ видел русский ученый конечные цели химии, как, впрочем, и всей прогрессивной науки.

Химия и физика были любимыми науками Ломоносова. В большей степени, чем кто-либо из его предшественников, Ломоносов воедино связал эти две области знания. Он обогатил их экспериментальными открытиями и глубокими теоретическими обобщениями. На основе своих физико-химических исследований русский ученый создавал единую материалистическую картину мира, разрабатывал атомно-кинетическую концепцию строения вещества, выявлял новые закономерности природы, установив всеобщий незыблемый закон природы закон сохранения материи и движения.

Химия стала оформляться как наука уже к началу XVIII в. Однако ее прогресс значительно уступал успехам в других областях естествознания: физике, математике, механике, бурное развитие которых было связано с творчеством Галилея, Бэкона, Декарта, Лейбница и в особенности Ньютона. Хотя к тому времени химики накопили большой фактический материал, он еще не был систематизирован и обобщен. В значительной степени химия оставалась придатком Фармакологии и медицины. Ее уделом было в основном изготовление лекарственных препаратов. Поэтому, как правило, химии обучались врачи и фармацевты. Правда уже и тогда химические процессы использовались для анализа металлических руд исследования металлов и сплавов в пиротехнике и других областях.

По-разному шло развитие химии в европейских странах. В Германии, например, химики сосредоточили свое внимание на усовершенствовании процессов прикладной химии и химической технологии. Ученые 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 первой половины XVIII в. химия не обогатилась сколько-нибудь известными открытиями. Зато в конце XVIII в. французские химики блестящими работами А. Лавуазье, К. Бертолле, Л. Гитова де Моров, А. Фуркруа, Г. Монжа и др. возвеличили химию выдающимися открытиями, осуществили подлинную научную революцию в химии.

Развитие химии в России в XVII-XVIII вв. носило ярко выраженную практическую направленность. Еще 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 объем работ выполнялся в области лесохимического промысла: смолокурения, углежжения, получения дегтя, производства поташа, применяемого н. 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 перечне лекарственных препаратов, относящемся к 1644 г. , упоминаются квасцы, сурик, белый купорос, сера горючая, селитра и другие лекарства³.

В первой четверти XVIII в. химические промыслы в России начали развиваться особенно интенсивно. Возникли первые химические заводы с довольно значительным ассортиментом продукции, были созданы первые химические, так называемые пробирные лаборатории, которые обслуживали горнорудный промысел, металлургические и минеральные заводы. Последние вырабатывали химические продукты: купоросы, мумию и другие минеральные краски, квасцы, серу и прочие химикалии, для которых требовалось минеральное сырье. Было налажено получении канифоли и скипидара. Производство поташа, смолы, а потом и черных металлов достигло таких размеров, что был организован их вывоз в другие страны.

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 твердые и стремительные, шаги.

В Петербургской академии наук в первые 20 лет ее существования исследования в области химии почти не производились. В 1727 г. академическую кафедру химии занял молодой врач И. Г. Хмелин, приглашенный из Германии. В изданиях Академии он опубликовал несколько статей по химии, по существу являвшихся популярными компиляциями. Хмелин исследовал также вопрос увеличения веса тел при обжигании, который интересовал многих химиков XVII-XVIII вв. В 1733 г. Хмелин отправился в десятилетнее путешествие по Сибири и стал известен своими географическими работами.

Химические исследования в Петербургской академии наук осуществляли также X. Э. Геллер и известный физик Г. В. Крат. Их работы были посвящены изучению плотности металлических сплавов в зависимости от состава й плотности отдельных компонентов. Исследования упомянутых ученых были затем продолжены М. В. Ломоносовым⁴.

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. Лемеши. Эта книга пользовалась большим спросом, за сравнительно короткий срок до 1730 г. она выдержала 13 изданий. В ее основу было положено изложение различных способов приготовления известных тогда химических препаратов, применявшихся в медицине. Труд Лемеши не претендовал на систематизацию химических знаний и тем более на разработку теоретических основ химии как науки.

Значительным шагом вперед в определении предмета химии и систематизации накопленных к тому времени химических знаний явился двухтомный труд видного нидерландского ученого, профессора медицины, а потом химии и ботаники Лейденского университета Г. Бургове, опубликованный в 1732 г. Книгой Г. Бургове "Элементы химии" широко пользовался Ломоносов, В ней содержалась довольно подробная характеристика химических процессов того времени, приводились краткая история химических знаний, описание экспериментальной аппаратуры. Двухтомник Бургове был переведен на основные европейские языки и много лет служил учебником химии, в том числе и в Московском университете.

В книге Г. Бургове сделана попытка некоторого обобщения химических знаний. В частности, нидерландский химик так определял сам предмет химии: Химия есть искусство, каким образом производить надежные физические операции, посредством которых при помощи соответствующих инструментов можно открывать или обнаруживать чувствительные тела и собирать их в сосуды с тем, чтобы познать отдельные полученные продукты и причины действий, а также применение этих продуктов в различных искусствах.⁵

Ломоносова не удовлетворяли формулировки задач химии, выдвигавшиеся Лемеши, Бургове и другими учеными. В химии он видел прежде всего науку, не исключая, конечно, ее огромной роли как искусства приготовлять различные лекарства, осуществлять технологические процессы в промышленности, создавать те или иные синтетические материалы или, наоборот, разделять сложные химические вещества на составные части.

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. . . писал он и пояснял далее. Не сомневаюсь, что найдутся многие, которым это определение покажется неполным и которые будут сетовать на отсутствие начал разделения, соединения, очищения и других выражений, которыми наполнены почти все химические книги, но те, кто проницательнее, легко усмотрят, что упомянутые выражения, которыми весьма многие писатели по химии имеют обыкновение обременять без надобности свои исследования, могут быть охвачены одним словом смешанное тело. В самом деле обладающий знанием смешанного тела может объяснить все возможные изменения его и в том числе разделение, соединение и т д. ⁶ Таким образом, в этой Формулировке предмета химии Ломоносов впервые представляет ее в виде науки не искусства Характеристика химии как пауки об изменениях объединяет в себе задачи изучения и химических явлений и химических процессов.

Весьма знаменательно, что спустя много лет Д. И. Менделеев дал определение предмета химии, сходное с Ломоносовским определением. Ближайший предмет химии, указывал Менделеев, составляет изучение однородных веществ, из сложения которых составлены все тела мира, превращений их друг в друга и явлений, сопровождающих такие превращения ⁷ химиками конца XVIII первой половины XIX в.

Называя химию наукой, Ломоносов часто сравнивал ее с физикой, давно считавшейся наукой, опытные данные которой уже нашли форму теоретических обобщений. В более поздней работе, Введение в истинную физическую химию 1752, ученый писал: Мы называем химию наукою в подражание писателям натуральной философии, которые хотя дают объяснения лишь важнейшим явлениям природы так, что остается очень много сомнительного и еще более неизвестного, тем не менее по праву украшают физику наименованием науки, имея основание для этого не в своих познаниях, но в задачах физики. Итак, никто не будет отрицать, что, как бы мало мы ни преуспели в объяснении химических явлений физическим путем, мы можем в настоящем опыте пользоваться равными правами с физиками ⁸.

В отличие от своих предшественников Ломоносов широко ставит перед химиками задачу теоретического объяснения химических процессов и явлений, систематизацию всего накопленного за целые столетия экспериментального материала на основе созданной им атомно-молекулярной концепции строения материи.
Однако задачи химии, по мнению Ломоносова, не должны ограничиваться лишь теоретическими обобщениями и выводами. Развитии химических знаний необходимо направить к решению практических задач, выдвигаемых повседневной практической деятельностью людей. Изучение химии-писал ученый, имеет двойственную цель- одна усовершенствование естественных , наук, другая умножение жизненных благ ⁹.

Подлинный ученый, по мысли Ломоносова, это мастер теноре- этических обобщений и практического эксперимента. Истинный химик, указывал он, должен быть теоретиком и практиком ¹⁰. Сам Ломоносов успешно сочетал свои теоретические разработки в области химии с блестящими экспериментальными исследованиями, направленными как на установление закономерностей Науки, так и на решение практических задач производства.

Творческий метод Ломоносова состоял в комплексном подходе к решению научных проблем. Для объяснения сущности химических процессов ученый использовал не только законы физики, но и теоретические выводы механики, математики и других наук. Если бы те, утверждал Ломоносов, которые все свои дни затемняют дымом и сажей и в мозгу которых господствует хаос от массы непродуманных опытов, не гнушались поучиться священным законам геометров. . . то несомненно могли бы глубже проникнуть в таинства природы, истолкователями которой они себя объявляют. В самом деле, если математики из сопоставления немногих линий выводят очень многие истины, то и для химиков я не вижу никакой иной причины, вследствие которой они не могли бы вывести больше закономерностей из такого обилия имеющихся опытов, кроме незнания математики ¹¹.

Разрабатывая теоретические основы химии, Ломоносов и в последующих работах неоднократно подчеркивал значение математики для установления закономерностей химических процессов. В диссертации О действии химических растворителей вообще ученый справедливо сетовал на недостаток фактических материалов, позволявших сделать глубоко обоснованные теоретические выводы по широкому кругу химических проблем. Хотя имеется великое множество химических опытов, в достоверности которых мы не сомневаемся, писал он, однако мы по справедливости сетуем, что из них можно сделать лишь малое число таких выводов, в которых нашел бы успокоение ум, изощренный геометрическими доказательствами.¹²

М. В. Ломоносов считал химию одной из главных областей своего научного творчества. Он начал заниматься химическими исследованиями уже в ранний период своей деятельности, будучи студентом Марбургского университета. Первый научныйтруд Ломоносова О превращении твердого тела в жидкое, в зависимости от движения предсуществующей жидкости написан в 1738 г. 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-ыолекулярную концепцию, обессмертившую имя ее автора.

Вернувшись в 1741 г. на родину, Ломоносов приступил к экспериментальным исследованиям в области химии. К сожалению, сохранилось очень мало материалов, характеризующих научную деятельность молодого ученого в 40-х годах. Нет, например, сведений об опытах по получению и исследованию горючего пара, о которых впоследствии Ломоносов упоминал в диссертации О металлическом блеске ¹³.

Весной 1743 г. Ломоносов написал первый вариант своей известной работы О действии химических растворителей вообще. В мае он представил ее в Академию наук, но вскоре взял обратно, желая экспериментально уточнить некоторые ее выводы. Первой крупной экспериментальной работой молодого ученого было изучение процессов растворения. В исследовании растворов он искал подтверждения своей гипотезы об атомно-молекулярном строении вещества. Среди важнейших химических операций выделяется растворение тел, писал Ломоносов, которое прежде всего заслуживает физического исследования: в самом деле оно очень часто применяется в химических лабораториях при изучении тел. . . однако причины его пока еще не настолько выяснены, чтобы можно было из них объяснить явления, происходящие при этой операции ¹⁴.

Важность изучения явлений растворимости Ломоносов подчеркивает в составленном им кратком реферате к работе О химических растворах вообще. Причину химических растворов исследовать перед прочими сокровенными химических перемен и явлений причинами, писал он, за достойное дело почитает автор¹⁵. Ломоносов не сомневался, что, исследуя процессы растворимости, он сможет изучить механизмы действия атомов, экспериментально подтвердить атомно-молекулярную концепцию.

В 1744 г. , 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 г. и прочитанном в Академическом собрании в марте следующего года. Сначала Ломоносов растворял тонкую железную проволоку в азотной кислоте разной концентрации, наблюдая через микроскоп ход растворения металла. Затем он определял количество выделенного при этом газа и его состав.

Далее ученый исследовал растворимость гидрата окиси железа и уксуснокислой меди медной зелени в азотной кислоте, крепкой и разбавленной. При этом Ломоносов наблюдал и описал явление, известное в наше время как пассивация металла, при котором на его поверхности образуется тонкая защитная пленка, резко замедляющая процесс коррозии. Продолжая свои исследования растворимости металлов в кислотах, Ломоносов осуществил эксперименты растворения меди в условиях вакуума, изучал специфику растворения в азотной кислоте различных металлов: железа, меди, цинка, серебра, свинца и даже ртути. Полученные результаты он сопоставлял с удельным весом металлов.

Совсем иную картину ученый наблюдал при растворении солей в воде. Явления вскипания при этом не обнаруживалось. Иными были и тепловые эффекты реакций: при растворении металлов кислота нагревалась, растворение солей в воде сопровождалось ее охлаждением.

Процессы растворения металлов и солей Ломоносов объяснял с механических позиций, характерных для его эпохи. Подобно Р. Бойлю, он был уверен в пористой структуре как металлов и солей, так и жидких растворителей. В процессе растворения, по мнению Ломоносова, воздух, содержащийся в порах кислоты, внедряется в поры металла и, соединяясь там с сгущенным воздухом металла поиобоетает огромную упругость, ломая метал на мельчайшие частицы, наблюдавшие в микроскоп. Избытки воздуха, образующегося при химическом взаимодействии кислоты и металла, являются одним из продуктов реакции. Ломоносов не знал тогда что это был водород свойства которого были изучены А Лавуазье через два десятилетия после смерти Ломоносова.

Совсем по- другому объяснял Ломоносов растворение солей в воде. Когда твердые тела делаются жидкими, писал он, то частицы их приходят в более быстрое вращательное движение. . . Вследствие этого частицы соли отделяются от остальной массы и, сцепляясь с водными частицами, вместе с ними начинают двигаться поступательно и разносятся по растворителю¹⁶. Таким образом, процессы растворения Ломоносов объяснял движением частиц жидкости, приводящим в движение частицы твердого тела. Это было то общее, что делало внешне сходными процессы растворения металлов и солей. Что вода движется внутренним движением, указывал он, доказывает растворение солей. Положи только в воду кусок какой-нибудь соли- он упадет на дно и через час или два ты найдешь всю воду воспринявшей эту соль То же по его словам относится и к другим растворителям силою которых растворяются и переходят в жидкое состояниеметаллы ¹⁷ Эта формула взята и первой еще студенческой работы Ломоносова "О превращении твердого тела в жидкое". В течение всей своей научной деятельности великий русский ученый многократно возвращался к изучению процессов растворения, считая их одними из важнейших в химической науке и парктике.

от температуры и давления, изучение поднятия растворов в капиллярных трубках по сравнению с поднятием в них воды, микроскопические исследования растворов, изучение удельного веса различных растворов определение растворимости солей в других насыщенных растворах исследование растворения в пустоте по сравнению с растворением в воз духе и постановку ряда других опытов но растворению солей¹⁸. Сейчас нет возможности полностью оценить результаты выполнения этой широкой программы исследования, так как сохранилась лишь небольшая часть лабораторных журналов ученого с его записями. Однако уже то, что стало достоянием нашего времени,

Павлова Г.Е., Федоров А. С.: Михаил Васильевич Ломоносов 1711-1765 Химические исследования

Макет Химической лаборатории

показывает, как глубоко и тщательно занимался ученый проблемами растворения металлов в кислотах и солей в воде.

Исследования растворения металлов, осуществленные Ломоносовым уже в ранний период его научной деятельности, заинтересовали ученых Петербургской академии наук. По их просьбе он дважды, в марте и апреле 1745 г. , демонстрировал спои опыты на Академических собраниях. Л. Эйлер, работавший тогда в Берлине, получив на отзыв работу Ломоносова, оставил в своей записной книжке краткое резюме; Славнейший Ломоносов объясняет растворение металлов в растворителях с помощью: 1. вхождения частичек оаствооителя в поды металла: 2. воздуха, который как в металле, так и в растворителе в высшей степени сжат и рассеян, при смешении же объединяется и восстанавливает свою упругость; этой силой частицы металла друг от друга отрываются. Растворение солей в воде, по его мнению, происходит иначе ¹⁹.

Одновременно с диссертацией О действии химических растворителей вообще Леонарду Эйлеру была направлена в Берлин другая работа Ломоносова Размышления о причине теплоты и холода. В конце 1747 г. из Германии был получен ответ. Все сии сочинения не токмо хороши, писал Эйлер, но и превосходны, ибо он изъясняет физические и химические материи самые нужные и трудные, кои совсем неизвестны и невозможны были к истолкованию самым остроумным ученым людям с таким осно-вательством, что я совсем уверен в точности его доказательств. При сем случае я должен отдать справедливость г. Ломоносову, что он дарован самым счастливым остроумием для объяснения явлений физических и химических. Желать надобно, чтобы все прочие Академии были в состоянии показать такие изобретения, которые показал г. Ломоносов ²⁰.

В 1741 г. Ломоносов приступил к разработке атомно-молекулярной концепции строения вещества. Молодой ученый, занимаясь теоретическими исследованиями, крайне нуждался в их экспериментальном подтверждении, а это можно было сделать только в специальной, хорошо оборудованной Химической лаборатории. Уже в январе 1742 г. он подал руководству Академии наук первое прошение об учреждении лаборатории. Академия наук ясно видеть может, писал Ломоносов, коль великого и нужного следствия к исследованию натуры и к приращению художеств без Химической лаборатории она не имеет ²¹.

Однако просьба ученого не была удовлетворена. Академия наук испытывала большую нужду в денежных средствах. Год спустя Ломоносов возобновил свое ходатайство. Он мотивировал его необходимостью не только разработки химической теории и практики, но и потребностями обучения молодежи. Но и это ходатайство оказалось безрезультатным.

В 1745 г. Ломоносов дважды подавал прошения о постройке Химической лаборатории. Он был уверен, что создание экспериментальной базы для химических исследований дело крайне необходимое. Ученый тщательно продумал и детально разработал планы экспериментальной работы, приложил к своей очередной заявке Проект об учреждении Химической лаборатории. В намеченной им методике исследований Ломоносов обращал особое внимание на необходимость тщательной очистки химических реактивов. Одновременно он считал нужным проверять опыты других исследователей, чтобы установить их справедливость или нет.

Оснований для постановки такой задачи в то время было предостаточно.

Ломоносовская программа химических исследований имеет большое историческое значение. Ведь в середине XVIII в. специальных научных химических лабораторий в Европе было мало, установившихся общеизвестных способов исследования химических веществ и явлений просто не существовало. Поэтому разработанная Ломоносовым программа химических экспериментов представляет несомненный интерес.

В проекте об учреждении Химической лаборатории, составленном ь феврале 1745 г. . Ломоносов в следующем виде определял характер предстоящих исследований. В химических действиях, писал ученый. намерен я поступать таким порядком: 1 нужные и в химических трудах употребительные натуральные материи сперва со всяким старанием вычистить, чтобы в них никакого постороннего примасу не было, от которого в других действиях обман быть может; 2 вычищенные материи разделять сколько можно на те. из которых она натурально сложены; 3 для лучшего доказательства, что разделенные материи из оных простых состоят, намерен оные снова соединять сколько возможно; 4 разные натуральные и сделанные материи соединять разными химическими способами для произведения новых действий и материн, которые могут часто пользовать в познании натуры и к приращению художеств; 5 сделанные от химиков важные опыты, которые хотя и вероятны, однако несколько сомнительны или у которых нужные обстоятельства неточно описаны, повторять и тем их справедливость или подлог исследовать.²²

В проекте программы работы будущей лаборатории Ломоносов ставил много новых задач, необычных для экспериментальной науки того времени. Он говорил, например, о необходимости сочетать химические опыты с магнитными, оптическими и электрическими, особенно подчеркивал задачу количественных определений, работы по мере и весу. При всех помянутых опытах, писал ученый буду я примечать и записывать не токмо самые действия, вес или меру употребляемых к тому материй и сосудов но и все окрестности которые надобны быть покажутся, а в нужных стучаяч для лучшего изъяснения присовокуплять рисунки.²³

В октябре того же 1745 г. в новом прошении о постройке лаборатории Ломоносов еще раз напомнил о характере предстоящей в ней работы. Он писал: При производстве химических операций нужно будет: 1 тщательно очищать естественные и искусственно полученные тела, обычно подвергаемые химическому исследованию; 2 изучать их смешение путем синтеза и анализа; . путем соединения разных тел отыскивать новые производные; повторять с должной внимательностью произведенные в других местах опыты, успех которых до сих пор был сомнителен; Л осмотрительно применять физические инструменты, которые могут употребляться при химических операциях, а что применять их при этом можно, в этом мы убедились, производя растворение в пустоте ²⁴.

Оба приведенных документа о планах работы будущей Химической лаборатории показывают, как тщательно продумал Ломоносов характер ее деятельности, методику будущих исследований.

число поручений по созданию литературных и исторических произведений, работая над теоретическими проблемами физики, химии, геологии и других наук, он конструировал приборы и аппараты для Химической лаборатории, готовил необходимые реактивы.

Осенью 1748 г. постройка лаборатории была завершена. Она явилась первым подлинно научно-исследовательским учреждением и России. Химическая лаборатория Академии наук помещалась. кирпичном здании с крышей из черепицы. Длина здания составляла почти 14 м, а ширина около 8, 5 м. Полезная площадь лаборатории равнялась примерно 100 м² Лаборатория состояла из трех комнат. В самой большой из них находились лабораторные печи. Другая была предназначена для взвешивания материалов, составления растворов и изучения результатов опытов. Эта же комната являлась рабочим кабинетом Ломоносова и аудиторией для чтения лекции. Наконец, третья, самая маленькая комната использовалась в качестве склада для хранения сырых материалов, приборов и химической посуды. Для этих целей предназначался также н. чердак лабораторного здания. Экспериментальные печи отапливались древесным углем, для хранения которого был построен специальный угольный сарай.

Основное оборудование лаборатории составляли плавильные, стекловаренные и перегонные печи. Именно печи Ломоносов называл сильнейшим орудием химика. Все лабораторные печи устанавливались на кирпичной кладке. Над пей находился свод с общей трубой, через которую дым из печей выводился в атмосферу. В зависимости от характера исследований печи реконструировались или заменялись новыми. Помимо печей самоличных, т. е. с естественной тягой, в лаборатории применялись печи с искусственным дутьем, осуществляемым специальными мехами. В лаборатории использовались также пробирные печи, по устройству подобные современным муфельным. Они предназначались для пробирного анализа драгоценных металлов, которые помещались в специальные пористые огнеупорные сосуды капеллы и непосредственно не соприкасались с огнем.

Довольно большой производительностью отличались печи для варки стекла, называвшиеся финифтяными печами. Они применялись не только для экспериментальных целей, но и для приготовления значительного количества цветного стекла первых мозаичных картин Ломоносова. Эти же печи могли использоваться и для производства фарфоровых изделий. В первой русской Химической лаборатории находились также обжигательные печи и специальные вертикальные печи, в которых длительное время можно было поддерживать заданный температурный режим.²⁵

аппаратов. Многие из них были сконструированы самим Ломоносовым. Среди последних назовем изобретенный Ломоносовым специальный прибор для фильтрования под вакуумом, значительно ускоряющий этот процесс.

Большое внимание уделялось измерительной технике. В лаборатории имелось несколько экземпляров больших и малых весов, позволявших производить взвешивание с высокой точностью. В инвентаре лаборатории было много термометров различных типов. Среди них находился и термометр, созданный самим Ломоносовым, в котором шкала температур между точками кипения воды и ее замерзания была разделена на 150 градусов.

Среди лабораторных приборов нужно назвать сконструированный Ломоносовым особый инструмент для исследования вязкости жидкостей капельным методом, а также специальные точильные устройства, позволявшие определять твердость и износоустойчивость различных материалов.

В лаборатории Ломоносова использовалась также модернизированная им Папанова машина прообраз современного автоклава. Наконец, в распоряжении русского ученого находился одноцилиндровый воздушный насос для создания вакуума и ряд приборов для оптических наблюдений и измерений, среди них микроскопы и рефрактометры.

Таким образом, первая научная Химическая лаборатория России имела достаточное количество приборов и инструментов, позволивших Ломоносову развернуть в ней широкую программу экспериментальных работ.

23 февраля он докладывает руководству Академии: Химическая лаборатория уже по большей части имеет к химическим трудам надлежащие потребности, и в будущем марте месяце, как скоро великие морозы пройдут, должно будет вступить в беспрерывное продолжение химических опытов ²⁶.

Павлова Г.Е., Федоров А. С.: Михаил Васильевич Ломоносов 1711-1765 Химические исследования

М. В. Ломоносов в Химической лаборатории. Рисунок Б. В. и Л. Г. Петровых, 1959 г.

Сохранившиеся лабораторные тетради и отчеты Ломоносова за 1749 г. и последующие годы показывают, какой большой объем работы осуществлялся в Химической лаборатории. Наряду с экспериментами, ставящими целью установить теоретические предпосылки химии как науки и подтвердить атомно-молекулярную теорию, ученый осуществлял широкий круг исследований прикладного характера. В лаборатории регулярно производился анализ металлических руд, различных солей и других материалов, разрабатывались способы изготовления минеральных красок и цветного стекла для будущих мозаичных картин, которые и теперь восхищают зрителя своим художественным совершенством.

В одном из отчетов за майскую треть 1749 г. Ломоносов писал: Трудился в лаборатории, приуготовляя простые материалы, т. е. разные соли, водки (кислоты, - Авт.) и прочая. А потом старался искать, как делать берлинскую лазурь, и бакан веницейский, и к тому нашел способ как оные делать. Сверх того чинил разные физические примечания.²⁷ В начале 50-х годов научно-экспериментальная деятельность Ломоносова достигла наибольшего расцвета. В отчете за 1751 г. только о своих физико-химических работах он писал: В химии: 1 произведены многие опыты химические, по большей части огнем, для исследования натуры цветов, что значит того же году журнал Лаборатории на 12 листах и другие записки; 2 говорил сочиненную мною речь о пользе химии на российском языке; 3 вымыслил некоторые новые инструменты для физической химии. В физике: 1 делал опыты в большие морозы для изыскания, какою пропорцией воздух сжимается и расширяется по всем градусам термометра; 2 летом деланы опыты зажигательным стеклом и термометром коль высоко втекает путь в разных расстояниях от зажигательной точки (фокуса. - Авт.) ; 3 сделаны опыты, как разделять олово от свинца одним плавлением без всяких посторонних материй, простою механикою, что изрядный успех имеет и весьма дешево становится²⁸

В последующие годы Ломоносов осуществил еще немало смелых экспериментов в своей лаборатории. Но работать в области физико-химических исследований становилось ему все труднее. Слишком много времени отнимали труды в области литературы и истории, выполнение прямых поручений царицы, правящего двора и руководства Академии наук. Много сил потребовалось для постройки стеклянной фабрики в Усть-Рудице, где создавались материалы для будущих цветных мозаик. Особенно трудоемкой была работа по написанию Российской истории. Царица через своего приближенного И. И. Шувалова настойчиво требовала от Ломоносова быстрейшего выполнения этого здания, даже если для этого придется прекратить все другие работы.

В январе 1753 г. , отвечая Шувалову, Ломоносов писал: Что ж до других моих в физике и химии упражнений касается, чтобы их вовсе покинуть, то нет в том ни нужды, ниже возможности. Всяк человек требует себе от трудов успокоения; для того, оставив настоящее дело, ищет себе с гостьями или с домашними препровождения времени картами, шашками и другими забавами, а иные и табачным дымом, от чего уже давно отказался, затем что не нашел в них ничего, кроме скуки. Итак, уповаю, что и мне на успокоение от трудов, которые я на собрание и на сочинение Российской истории и на украшение российского слова полагаю, позволено будет в день несколько часов времени, чтобы их вместо бильярду употребить на физические и химические опыты, которые мне не токмо отменою материи вместо забавы, но и движением вместо лекарства служить имеют и сверх сего пользу и честь отечеству, конечно, принести могут едва меньше ли первой ²⁹.

Занятый другими важными делами, Ломоносов все реже бывал в лаборатории, а в конце 50-х годов в его отчетах уже не упоминается о химических экспериментах. Работы по изготовлению цветных стекол он целиком перенес на Усть-Рудицкую фабрику, а в своем новом доме на Мойке создал небольшую лабораторию и мастерскую.

Первая Химическая лаборатория в России сыграла большую роль в развитии химии как науки и в удовлетвори практических потребностей промышленности. Однако этим не исчерпывается ее значение в истории науки. В этой лаборатории Ломоносов практически осуществил свою идею синтеза наук, прежде всего физики и химии. Еще в проекте об учреждений Химической лаборатории ученый писал: Я не токмо в разных авторах усмотрел, но и собственным искусством удостоверен, что химические эксперименты, будучи соединены с физическими, особливые действия показывают ³⁰.

физики, писал ученый, подобен человеку, который всего искать должен ощупям. И сии две науки так соединены между собой, что одна без другой в совершенстве быть не могут³¹. В первой научной Химической лаборатории усилиями основоположника русской науки закладывался фундамент новой и тоже первой синтетической науки физической химии.

В 1752-1754 гг. Ломоносов прочитал студентам Академического университета специальный курс, названный им истинной физической химией. В Химической лаборатории осуществлялись практические занятия студентов по новому курсу и демонстрировались поясняющие его опыты. Одновременно Ломоносов начал задуманный труд. Во всяком случае, до наших дней дошло, и то далеко не в законченном виде, лить введение к курсу, а также планы и фрагменты отдельных его частей.

Во времена Ломоносова термин физическая химия был уж не нов. По-видимому, впервые он появился в работе немецкого алхимика Г. Кундата 1599. Позднее этот термин встречается в трудах французского ученого Н. Лефевра 1660. Однако и те далекие годы смысл термина не соответствовал правильному значению этого понятия³². Химики первой половины XV111 в. Г. Ф. Тейхмейер, И. Ф. Ганкель и др. называли физической химией теоретическую химию. Так, учитель Ломоносова химик и металлург Ганкель говорил: . . . искусство основательно исследовать тела и разумно разлагать их вообще называется Chymia physica, т. е. физической химией³³

По определению, которым Ломоносов начинал Введение в истинную физическую химию, физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях. Ученый далее пояснял: Мы захотели назвать этот труд физической химией потому, что решили, прилагая к тому все старание, включить в него только то, что содействует научному объяснению смешения тел. Поэтому мы считаем необходимым все, относящееся к наукам экономическим, фармации, металлургии, стекольному делу и т. д. , отсюда исключить и отнести в особый курс технической химии. . . ³⁴.

О необходимости использовать в химических исследованиях успехи физики Ломоносов упоминал и в своих более ранних работах. Например, в Диссертации о рождении и природе селитры 1749 ученый указывал: . . . мы не сомневаемся, что можно легче распознать скрытую природу тел, если мы соединим физические истины с химическими. А когда все химические истины будут объединены более строгим методом и будет ясно, насколько одна истина может быть объяснена или выведена из Другой, то химия сама по себе будет наукой; и можно будет наконец более ясно видеть что лают разные отелы других естественных наук для ее выяснения и насколько она сама оказывает ту же услугу им. После этого такое хорошо разработанное учение сделается почетным членом сообщества физических наук³⁵.

К чтению курса физической химии студентам Академии Ломоносов приступил в 1752 г. , предварительно подготовив его плана и программы. Этот курс должен был по плану ученого состоять из трех частей: I. Введение. II. Физическая химия часть опытная. III. Физическая химия часть теоретическая. В дошедшем до нас Введении содержится изложение общих вопросов химии, ее основных положений, чтобы каждый легко находил сведения, ему необходимые, и читал без скуки. . . , чтобы изучающий прилежно химию, получив ясное представление о смешанных телах, с полным знанием дела приступал к умножению с ее помощью удобства жизни³⁶. Во вторую часть курса ученый включил описание химических экспериментов с различными веществами, а также методику осуществления исследований. В третьей части курса изложены теоретические основания химии на базе атомно-молекулярной теории, рассмотрены свойства смешанных тел, т. е. различных химических соединений, и их изменение в результате химических реакций.

студентов в лаборатории. План такого пособия был подготовлен в 1752 г. Я считаю весьма полезным в моих химических лекциях, читаемых учащемуся юношеству, писал Ломоносов, всюду, где только возможно, присоединять к химическим опытам физические и попытаюсь сам осуществить то, о чем говорил на последнем публичном собрании в Слове о пользе химии. . . Поэтому в течение всего курса экспериментальной химии я буду трудиться над тем, чтобы: 1) определять удельный вес химических тел; 2) исследовать взаимное сцепление их частиц: а) путем излома,b) путем сжимания, с) путем стачивания на камне, d) для жидкостей путем счета капель; 3) описывать фигуры кристализующихся тел; 4) подвергать тела действию Папинова котла; 5) всюду наблюдать степени теплоты 6) изучать тела, преимущественно металлы, пои помаши продолжительного растирания.

Одним словом, по возможности, пытаться исследовать все, что может быть измерено, взвешено и определено при помощи практической математики.³⁷

Планы и конспекты всех задуманных Ломоносовым трудов по физической химии показывают, что их основой должна была стать атомно-молекулярная теория. Ученый намеревался включить в них и свои физико-химические эксперименты, изложенные за 10 лет до этого в диссертации О действии химических растворителей вообще.

Таким образом, Ломоносов явился одним из предшественников современной физической химии, которая окончательно утвердилась как наука лишь сто лет спустя после смерти ученого, во второй половине XIX в.

Ломоносов весьма серьезно относился к обучению молодых химиков. Он предъявлял очень высокие профессиональные требования к будущим ученым-химикам. В Проекте Регламента Академии наук, написанном в 1764 г. , он сформулировал основные задачи, стоящие перед людьми, решившими посвятить себя развитию химических исследований. Химик, который должен притом знать часть натуральной истории, а особливо минеральных тел, и в рудном деле быть не чужд, имеет в своем ведомстве и распоряжении Химическую лабораторию, содержит оную в порядке, с довольством материалов, посуды и прочих потребностей, при чем должен быть и небольшой минералогический кабинет, ив оной старается, во-первых, доискиваться новых приращений сея науки, особливо в показании причин в химических переменах, дабы сию науку вящее и вящее приближать к физике и наконец поставить оную с нею в равенстве притом не оставлять и других трудов химических кои простираются до дел практических в обществе полезных чего от химии ожидают краски литейное дело медицина экономия и прочее. В поступках с принадлежащими до химии персонами и с профессиями требующими от химии взаимного вспоможения, каковы суть физика, ботаника, механика, поступать, как предписано выше ³⁸.

в.

Основоположник флогистического учения немецкий химик Г. Э. Штиль 1659-1734 считал, что все горючие тела, а также металлы содержат особое вещество, которое придает этим телам свойство горючести. Это вещество было названо флогистоном. По утверждению Штиля, одни тела при горении выделяют в виде огня весь заключенный в них флогистон. Горение других тел лишь частично сопровождается выделением огня-флогистона, вторая часть горючего осаждается в виде сажи, которую немецкий химик считал почти чистым флогистоном.

Последователи Штиля продолжали развивать учение о флогистоне. По их представлениям, при горении некоторых тел флогистон мог выделяться также в виде света и тепла. Таким образом, флогистон был признан основным компонентом всех химических процессов, сопровождающихся горением веществ, ржавлением металлов, выделением тепла и света. Флогистон начали считать особой невесомой жидкостью, способной переливаться из одного тела в другое. Одновременно возникла гипотеза о существовании целого комплекса невесомых флюидов: теплорода, света и других, связанных с флогистоном.

М. В. Ломоносов резко отрицательно относился к гипотезе невесомых флюидов. Он не признавал теплорода и огненной материи. Однако во многих своих работах, отдавая дань времени, русский ученый пользовался теорией флогистона. Но в отличие от последователей Штиля Ломоносов считал флогистон реальным материальным телом, состоящим из корпускул и не обладающим мифическим свойством невесомости.

В диссертации О металлическом блеске 1745 Ломоносов писал: При растворении какого-нибудь неблагородного металла, особенно железа, в кислотных спиртах из отверстия склянки вырывается горючий пар, который представляет собою не что иное, как флогистон, выделившийся от трения растворителя с молекулами металла³⁹ воды, нефти и других горючих веществ, содержится в земной коре.

Теория флогистона, несмотря на ошибочные положения, составляющие ее основу, сыграла большую положительную роль в дальнейшем развитии химии. Эта теория позволила относительно просто объяснить многие химические реакции, прежде всего окисления и восстановления металлов. Учение о флогистоне сделало возможным с единой точки зрения рассматривать самые разнообразные химические процессы и явления. Оно стимулировало широкое развитие экспериментальных исследований. Теория флогистона послужила основой для пересмотра унаследованных от алхимии представлений о составе и химическом взаимодействии различных веществ. По меткому выражению Ф. Энгельса, химия. . . освободилась от алхимии посредством флогистонной теории ⁴⁰.

Отношение Ломоносова к теории флогистона точно и ярко характеризует В. И. Вернадский: Хотя Ломоносов придерживался флористической теории, но он явился в химии новатором. . . Он пытался приложить к химическим исследованиям атомистическое мировоззрение ⁴¹. Другой известный русский ученый, П. И. Вальденс, в речи, посвященной 200-летию со дня рождения Ломоносова, говорил: Хотя Ломоносов не был противником флогистона. . . он словом и делом противник всего флогистического периода т. е. направления и способов исследования того периода⁴².

Основоположник отечественной науки, великий русский ученый-материалист, создавший атомно-кинетическую концепцию строения вещества, установивший закон сохранения материи и движения, решительно выступал против мистических воззрений многих своих современников, уверенных в существовании невесомых флюидов. Он создавал основы новой химической науки, по-новому объяснял многие явления и процессы в химии и физике. М. В. Ломоносова с полным к тому основанием следует назвать наиболее ярким предшественником революционных преобразований в химии в конце XIX в.

1. Ломоносов М. В. Полн. собр. соч. М. ; Л. , 1951, т. 2, с. 351-352.

3. Лукьянов Л. М. Краткая история химической промышленности СССР. М 1959, с. 50.

4. Подробнее о работах по химии в Петербургской академии наук в доломоносовкий период см.: Погодин С. А. Химия в Петербургской Академии наук до М. В. Ломоносова. - Тр. Ин-та института истории естествознания и техники АН СССР, 1962, т 39, с. 323

6. Ломоносов М В. Полн. собр. соч. М. ; Л, 1950. т. 1, с. 67.

7. Менделеев Д. П. Основы химии. 6-е изд. СПб. , 1895, с. 2.

19. Минченко Л. С. Неизвестная запись Эйлера о работах Ломоносова. В кн.: Ломоносов: Сб. ст. и материалов. М. ; Л. , 1960, т. 4, с. 321.

21. Ломоносов М. В. Полн. собр. соч. М. ; Л. , 1955, т. 9, с. 15.

32. Соловьев Ю. И. Очерки по истории физической химии. М. , 1964, с. 7.

33. Цит. по ст.: Погодин С. А. М. В. Ломоносов и химия XVIII в. Вопр. истории естествознания и техники, 1962, выпи. 12, с. 35.

42. Вальденс Л. И. Ломоносов как химик. СПб. , 1911, с. 9.