Химические исследования
6 сентября 1751г. в публичном собрании Академии Ломоносов выступил с речью, названной им "Словом о пользе химиии". В этой речи в общих чертах содержалась формулировка принципа единства теории и практики, науки и производства. Характеризуя взаимодействие науки и практики, Ломоносов особенно подчёркивал значение химии в исследовании природы и создании "полезных производств". Учёный предвидел ту огромную роль, которую призвана играть химия в практической деятельности людей, их повседневной жизни.
Химия и физика были любимыми науками Ломоносова. В большей степени, чем кто-либо из его предшественников, Ломоносов воедино связял эти две области знания. Он обогатил их экспериментальными открытиями и глубокими теоретическими обобщениями. На основе своих физико-химических исследований русский учёный 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.
В одной из своих ранних работ, "Элементы математической химии" (1741г.), 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." Таким образом, в этой формулировке предмета химии Ломоносов впервые представляет её в виде науки, а не искусства.
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-кинетической концепции строения материи. Однако задачи химии, по мнению Ломоносова, не должны ограничиваться лишь теоретическими обобщениями и выводами. Развитие химических знаний необходимо направить к решению практических задач, выдвигаемых повседневной практической деятельностью людей.
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 учёный использовал не только закрны физики, но и теоретические выводы механики, математики и других наук.
Разрабытывая теоретические основы химии, Ломоносов и в последующих работах неоднократно подчёркивал значение математики для установления закономерностей химических процессов. В диссертации "О действии химических растворителей вообще" учёный справедливо сетовал на недостаток фактических материалов, позволявших сделать глубоко обоснованные теоеретические выводы по широкому кругу химических проблем. "Хотя имеется великое множество 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 нашёл бы успокоение ум, изощрённый геометрическими доказательствами".
Ломоносов начал заниматься химическими исследованиями уже в ранний период своей деятельности, будучи студентом Марбургского университета. К сожалению, сохранилось очень мало материалов, характеризующих научную деятельность Ломоносова в 40-х годах после возвращения в Россию. Нет, например, сведений об опытах по получению и исследованию "горючего пара", о которых впоследствии Ломоносов упоминал в диссертации "О металлическом блеске".
Весной 1743г. Ломоносов написал первый вариант своей известной работы "О действии химических растворителей вообще". В исследовании растворов Ломоносов искал подтверждения своей гипотезы об атомно-молекулярном строении вещества. Ломоносов не сомневался, что, исследуя процессы растворимости, он сможет изучить механизмы действия атомов, экспериментально нодтвердить атомно-молекулярную концепцию.
В 1744г., получив необходимые химические препараты, Ломоносов осуществил большую серию экспериментов по растворению металлов в кислотах и солей в воде. 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 учёный исследовал растворимость гидрата окиси железа и уксуснокислой меди (медной зелени) в азотной кислоте. При этом Ломоносов наблюдал и описал явление, при котором на поверхности металла образуется тонкая защитная плёнка, 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. Иную картину учёный наблюдал при растворении солей в воде. При растворении металлов кислота нагревалась, растворение солей в воде сопровождалось её охлаждением.
Процессы растворения металлов и солей Ломоносов объяснял с механической позиции, характерной для его эпохи. Подобно Р. Бойлю, Ломоносов 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 со "сгущённым" воздухом металла, приобретает "огромную упругость", ломая металл на мельчайшие частицы, наблюдавшиеся в микроскоп. Избытки "воздуха", образующиеся при взаимодействии кислоты и металла, являются одним из продуктов реакции. Ломоносов не знал тогда, что это был водород, свойства которого были изучены А. Лавуязье через два десятилетия после смерти Ломоносова.
Совсем по-другому объяснял Ломоносов растворение солей в воде. "Когда твёрдые тела делаются жидкими, — писал он, — то частицы их пиходят 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 растворителю".
В 1754г. Ломоносов составил обширную программу физикохимических исследований процессов растворения солей и изучения природы растворов. Учёный наметил определение растворимости солей в зависимости от температуры и давления, изучение поднятия растворов в капиллярных трубках по сравнению с поднятием воды, микроскопическое исследования растворов, изучение удельного веса различных растворов, определение растворимости солей, исследование растворения в вакууме по сравнению с растворением в воздухе. Сейчас нет возможности полностью оценить результаты выполнения этой широкой программы исследований, т. к. сохранилась лишь малая часть лабораторных журналов с записями Ломоносова.
Ломоносов, занимаясь теоретическими исследованиями, крайне нуждался в их экспериментальном подтверждении, а это можно было сделать только в специальной, хорошо оборудованной химической лаборатории. Уже в январе 1742г. Ломоносов подал руководству Академии Наук первое прошение об учреждении лаборатории. Однако просьба учёного не была удовлетворена. Год спустя Ломоносов возобновил своё ходатайство. Он мотивировал его необходимостью не только разработки химической теории и практики, но и потребностями обучения молодёжи. Но и это ходатайство оказалось безрезультатным. В 1745г. Ломоносов дважды подавал прошения о постройке лаборатории. Он был уверен, что создание экспериментальной базы для химических исследований — дело крайне необходимое.
"Проект об учреждении хиической лаборатории". Ломоносов обращал особое внимание на необходимость тщательной очистки химических реактивов. Одновременно он считал нужным проверять опыты других исследователей, чтобы установить их "справедливость или подлог". Оснований для постановки такой задачи в то время было более чем достаточно.
Программа химических исследований Ломоносова имела 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 экспериментов представляла несомненный интерес. 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 подчёркивал задачу количественных определений, работы "по мере и весу". "При всех упомянутых опытах, — писал учёный, — буду я примечать и записывать не токмо самые действия, вес или меру употребляемых к тому материй и сосудов, но и все окрустности, которые надобны быть покажутся, а в нужных случаях для лучшего изъяснения присовокуплять рисунки".
В октябре того же 1745г. в новом прошении о постройке лаборатории Ломоносов ещё раз напомнил о характере предстоящих в ней работ. Многочисленные ходатайства Ломоносова были наконец удовлетворены. Но на организационные хлопоты ушло ещё несколько лет. Ломоносов не терял их даром, выполняя огромное число поручений по созданию литературных и исторических произведений, работая над теоретическими проблемами физики, химии, геологии и других наук, он конструировал приборы и аппараты для лаборатории, готовил необходимые реактивы.
Осенью 1748г. постройка лаборатории была завершена. Она явилась первым подлинно научно-исследовательским учреждением в России. Химическая лаборатория помещалась в кирпичном здании с крышей из черепицы. Длина здания составляла почти 14 м, а ширина — около 8,5 м. Полезная площадь лаборатории равнялась 100 м². Лаборатория состояла из трёх комнат. В самой большой из них находились лабораторные печи. Другая была предназначены для взвешивания материалов, составления растворов и изучения результатов опытов. Эта же комната являлась рабочим кабинетом Ломоносова и аудиторией для чтения лекций. Третья, самая маленькая комната использовалась в качестве склада для хранения сырых материалов, приборов и химической посуды. Для этих целей предназначался также и чердак здания. Экспериментальные печи отапливались древесным углём, 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 ней находился свод с общей трубой. В зависимости от характера исследований печи реконструировались или заменялись новыми. Помимо печей "самодувных", т. е. с естественной тягой, в лаборатории применялись печи с искусственной тягой от специальных мехов. Многие приборы в лаборатории были сконструированы самим Ломоносовым. Например, специальный прибор для фильтрования в вакууме, значительно ускоряющий этот процесс. Также Ломоносов сконструировал особый инструмент для исследования вязкости жидкости капельным методом, специальные точильные устройства, позволявшие определять твёрдость и износоустойчивость различных материалов. В лаборатории Ломоносова использовалась также модернизированная им "Папинова машина" — прообраз современного автоклава. Наконец, в распоряжении русского учёного находился одноцилиндровый воздушный насос для создания вакуума и ряд приборов для оптических наблюдений и измерений, среди них микроскопы и рефрактометры.
"лаборантов" — помошников в экспериментах. Наряду с экспериментами, ставящими целью установить теоретические предпосылки химии как науки, Ломоносов осуществлял широкий круг исследований прикладного характера. В лаборатории регулярно производился анализ. металлических руд, различных солей и других материалов, разрабатывались способы приготовления минеральных красок и цветного стекла.
В последующие годы Ломоносов осуществил немало смелых экспериментов в своей лаборатории. Но работать в области физико-химических исследований становилось ему всё 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 фабрики в Усть-Рудице. Особенно трудоёмкой была работа по написанию "Российской истории". Царица через Шувалова настойчиво требовала быстрейшего выполнения этого задания, даже если для этого придётся прекратить все другие работы. Занятый делами, Ломоносов всё реже бывал в лаборатории,а в конце 50-х годов в его отчётах уже не упоминается о химических экспериментах.
В 1752-1754гг. 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 опыты. Одновременно Ломоносов начал работу над учебником физической химии. Учёный, очевидно, не успел осуществить задуманный труд. Во всяком случае, до наших дней дошло лишь введение к курсу. 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". Таким образом Ломоносов явился одним из предшественников современной физической химии, которая окончательно оформилась как наука лишь во второй половине XIX в.
Ломоносов — основоположник отечественной науки, создавший атомно-кинетическую концепцию строения вещества, установивший закон сохранения материи и движения.
Труды в области физики
особенностями, установленными многими поколениями исследователей.
удар по этой теории был нанесён атомно-кинетической концепцией строения вещества и законом сохранения материи и движения, установленными Ломоносовым.
Ломоносов всегда отрицательно относился к утверждению о существовании особого невесомого тёплого вещества, способного переливаться из одного тела в другое, определяя степень его нагревания или охлаждения. В окончательной редакции своего труда "Размышления о причине теплоты и холода" (1749) Ломоносов писал: "В наше время причина теплоты приписывается особой материи, которую большинство называет теплотворной, другие — эфиром, а некоторые — элементарным огнём. Это мнение в умах многих пустило такие глубокие корни и настолько укрепилось, что повсюду приходится читать в физических сочинениях о внедрении в поры тел названной выше теплотворной материи, как бы привлекаемой каким-то приворотным зельем; или, наоборот, о бурном выходе её из пор, как бы объятой ужасом. Поэтому мы считаем нашей обязанностью подвергнуть эту гипотезу прверке". Пользуясь достижениями современной ему теоретической и экспериментальной физики, Ломоносов поставил своей целью дать подлинно научное определение теплоты, доказать несостоятельность утверждения о существовании невесомой тепловой материи.
Объяснение причин теплоты явлением движения мельчайших частиц материи встречается уже в ранних произведениях Ломоносова начиная с 1742г. Ломоносов писал: "Не следует выдумывать много разных причин там, где достаточно одной; таким образом, раз центрального движения корпускул достаточно для обяснения теплоты, так как оно может увеличиваться до бесконечности, то не следует придумывать другие причины".
В работе Ломоносова "Опыт теории о нечувствительных частицах тел и вообще о причинах частных качеств", написнной в начале 40-х годов, излагались впервые основы кинетической теории тепла. "Теплота тел состоит во внутреннем их движении", — писал учёный. И далее он пояснял: "Внутреннее движение как величина может увеличиваться и уменьшатся, почему разные степени теплоты определяются скоростью движения собственной материи... Для произведения любой степени теплоты достаточна та или иная скорость движения материи. Теплота тел состоит во вращательном движении монад собственной материи".
"Размышления о природе теплоты и холода". Рассматривая различные формы движения материи и её мельчайших частиц, Ломоносов делил и хна три вида: поступательное движение, колебательное и коловратное (вращательное). Тепловое движение частиц материи он относил к категории вращательного движения. "Теплота состоит во внутреннем вращательном движении связанной материи", — утверждал учёный.
В работах о причине теплоты Ломоносов рассматривал весьма важный вопрос о границах скоростей теплового движения мельчайших частиц материи. Он не ограничивал максимальную скорость этого движения, однако нижним пределом считал полное отсутствие теплового движения в материи. По мнению учёного, "нельзя представить себе такую большую скорость движения, чтобы мысленно нельзя было представить себе другую, ещё большую. Это по справедливости относится, конечно, и к теплотворному движению, поэтому невозможна высшая и последняя степень теплоты как движения. Наоборот, то же самое движение может настолько уменьшиться, что тело достигает наконец состояния совершенного покоя и никакое дальнейшее уменьшение движения невозможно. Следовательно, по необходимости должна существовать наибольшая и последняя ступень холода, которая должна состоять в полном прекращении вращательного движения частиц".
Таким образом Ломоносов высказал мысль о существовании абсолютного нуля, т. е. температуры, при которой полностью прекращается тепловое движение частиц материи. Однако, подчёркивал он, высшей степени холода на земном шаре нигде не существует, "всё, что нам кажется холодным, лишь менее тёпло, чем наши органы чувств. Так, самая холодная вода ещё тепла, так как лёд, в который вода замёрзает на более сильном морозе, холоднее её, т. е. менее тёпел". Молекулярно-кинетическую теорию теплоты Ломоносов распространил также и на внеземные объекты, объяснив на её основе процесс предачи тепла от Солнца на Землю.
Таким образом, Ломоносов заложил первые камни в основании науки о теплоте. Однако понадобилось почти целое столетие, чтобы идеи Ломоносова были приняты официальной наукой и получили дальнейшее развитие.
Одновременно с разработкой молекулярно-кинетической теории теплоты Ломоносов создавал основы молекулярно-кинетической теории газов, прежде всего воздуха. 2 сентября 1748г. Ломоносов представил Академическому собранию специальную диссертацию "Опыт теории упругости воздуха", в которой доказывал, что давление воздуха объясняется не какой-то особой "расширительной силой", а движением частиц самого воздуха, имеющих форму шариков с шероховатой поверхностью. 30 сентября 1748г. в Академическом собрании с замечаниями по поводу диссертации Ломоносова выступил академик Г. В. Рихман. Он высказал мнение, что диссертация Ломоносова не объясняет, почему упругость воздуха пропорциональна его плотности. Замечания известного физика заставило Ломоносова осуществить серию опытов по проверке закона Бойля. Ломоносов писал, что в его диссертации об упругости воздуха "не хватает объяснения очень известного закона, а именно, что упругость воздуха пропорциональна плотности". Ломоносов решил отказаться от объяснений, т. . к сомневался, "приложим ли этот закон к любому сжатию воздуха... соображения, в силу которых упомянутый закон расходится с моей теорией, затруднительно изложить вне связи со всем моим трудом. Поэтому я теперь готовлю по этому вопросу дополнение к рассуждению об упругости воздуха". Вскоре "Прибавление к размышлениям об упругости" было готово и направлено в Академическое собрание.
В своих физических исследованиях Ломоносов уделял большое внимание изучению и объяснению световых явлений, а также теории цветообразования.
Рассматривая гипотезы о сущности явлений света и цветообразования, Ломоносов отдавал предпочтение взглядам Декарта. Подобно Декарту, Ломоносов считал, что мировое пространство, в котором происходят световые явления, заполнены эфиром. Световые явления осуществляются посредством движения мельчайших частичек эфира, говорил Ломоносов. Однако частицы эфира, как и корпускулы всех других тел материального мира, могут иметь движение трёх видов: поступательное, вращательное и колебательное. Какое же из них способно возбуждать и передавать поток света?
В "Слове о происхождении света" Ломоносов утверждал, что в эфире могут существовать независимо друг от друга тепловые и световые явления. Значит, они возбуждаются разными видами движения его частичек. Тепло распространяется вращательным движением, а свет — колебательным. Кроме того, учёный выдвинул гипотезу о наличие в эфире трёх групп частиц, отличающихся по своим размерам. Каждая группа или род частиц определяет один из основных цветов: красный, жёлтый или голубой. "Прочие цвета рождаются от смешения первых".
Ломоносов впервые попытался установить связь между тепловыми, химическими, световыми и электрическими процессами, происходящими в природе. Все эти процессы сводились им к различным формам движения различных групп мельчайших частиц материи в материальной среде — эфире.
Ломоносова, изучавшие явления электричества, пользовались теми же методами, что и при исследовании тепловых процессов. Они и электричеством считали "невесомым флюидом", разновидностью какой-то мифической жидкости, переливающейся в электризуемое тело. Материалисту Ломоносову было чуждо представление о "невесомых жидкостях". Русский учёный объяснял электричество так же, как явления теплоты и света, движением мельчайших частичек эфира.
Ломоносову принадлежат несколько работ, посвящённых исследованию атмосферного и статического электричества. Первые исследования он начал вместе со своим другом академиком Г. В. Рихманом, трагически погибшим 26 июля 1753г. при изучении грозового разряда. 31 мая 1753г. Ломоносов писал И. И. Шувалову: "Без всякого чувствительного грому и молнии происходили от громовой машины сильные удары с ясными искрами и с треском, издалека слышным, что ещё нигде не примечено и с моею давною теориею о теплоте и с нынешнею об электрической силе весьма согласно...". По существу в этих строках изложено сообщение об открытии электрического поля в атмосфере.
Возникновение атмосферного электричества Ломоносов связывал с восходящими и нисходящими потоками воздуха, происходящими в результате различия давления и температур в верхних и нижних слоях атмосферы. Электрические заряды, вызывающие грозовые процессы, являются следствием трения частиц потоков воздуха. Учёный старался открыть закономерности возникновения электричества в атмосфере, чтобы потом использовать их в практике — "отвратить от храмин наших гром".
Изучая атмосферное электричество, Ломоносов обратил внимание на характер электрических разрядов, разделив их на три вида, отличающихся определёнными особенностями: "Первый в искре с треском, которая часто с излученою и, по разности материи, разного цвету примечена, особливо когда натуральная электрическая сила в металлический прут приведена была из облака. Второй род — шипящий и холодный пламень... без треску. Третий род — бледный и слабый свет, который в весьма редком воздухе или месте, воздуха отнюдь не имеющем, над ртутью в барометре показывается...". Соответствующие виды электрических разрядов Ломоносов наблюдал в природе. Явления молнии, сопровождаемые ударами грома, учёный называл первым родом электрического разряда. Ко второму он относил так называемые огни св. Эльма, появляющиеся иногда на острых концах возвышающихся над землёй и водой предметов: башен, скал, корабельных мачт. Третьим родом электрических разрядов Ломоносов считал вечерние зарницы и северные сияния, возникающие в сильно разреженных верхних слоях атмосферы.
Гибель Г. В. Рихмана привела к почти повсеместному прекращению исследований грозового разряда. Представители церкви и реакционеры от науки торжествовали, видя в случившимся божью кару. Однако не таким был Ломоносов. В 1753г. он писал: "Не думая, чтобы внезапным поражением нашего Рихмана натуру испытывающие умы устрашались и электрической силы в воздухе законы изведывать перестали; но паче уповаю, что всё своё рачение на то положат, с пристойною осторожностию, дабы открылось, коим образом здравие человеческое от оных смертоносных ударов могло быть покрыто".
"Слове о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих" Ломоносов говорил об изыскании "способов, дабы громовые удары овращать или от них укрываться было можно". Поражаемость грозовым разрядом отдельных участков земной поверхности он связывал с состоянием атмосферы, прежде всего с её температурой и влажностью, а также с проводимостью земных пород. Остановившись на методах укрытия от грозы, учёный описывал два способа "отвращения" громовых ударов, которые "не без успеху, как кажется, употреблены быть могут Один состоит в выставленных и надлежащим образом подпёртых электрических стрелах, другой в потрясении воздуха. Первым электрическую громовую силу отводить в землю, вторым электрическое движение в воздухе приводить в замешательство и слабость".
Широкое развитие в середине XVIII в. экспериментальных исследований в области электричества стимулировало попытки теоретического обоснования электрических явлений. Над этим работали не только отдельные учёные, но и научные учреждения. Не стояла в стороне и Петербургская Академия Наук. В мае 1753г. по предложению Ломоносова была объявлена конкурсная задача по теории электричества — "сыскать подлинную электрической силы причину и составить точную её теорию". Уведомление о конкурсе и его целях было подготовлено Ломоносовым. В нём отмечались некоторые недостатки существовавших теорий, в частности неоправданное смешение электричества с огнём., обращалось внимание на необходимость объяснения природы проводников и изоляторов, указывалось на возможность существования "тончайшей электрической материи", которая беспрепятственно "сквозь скважины тел ходит".
Ломоносов не участвовал в конкурсе. Однако он стремился на базе накопившихся экспериментальных данных обосновать теорию электрических явлений. Электрические явления, по мнению учёного, основываются на вращении частичек эфира. Эта теория в своей основе является кинетической. "Электрические явления, — писал Ломоносов, — притяжение, отталкивание, свет и огонь — состоят в движении. Движение не может быть возбуждено без другого двигающегося тела". В последующей работе Ломоносов объяснял механизм электризации стекла посредством трения: "Через трение стекла производится в эфире коловратное движение его частиц... От поверхности стекла простирается оное движение по удобным к тому особливо водяным или металлическим скважинам". Таким образом, электрические явления, подобно световым и тепловым, основоположник русской науки рассматривал как различные формы движения материальной субстанции — эфира.
Эфирная теория электричества, разработанная Ломоносовым, сыграла прогрессивную роль в развитии науки об электричестве. Труды Ломоносова в области физики явились крупным вкладом в эту важнейшую науку о природе. Они развивались и дополнялись учёными последующих лет и способствовали тому, что физика стала общепризнанным лидером естествознания.
Работы в области техники
— начале XVIII в. в крупных странах Западной Европы и в России, вступившей на путь промышленного развития, возросли потребности в расширении добычи полезных ископаемых, увеличении производства металлов, совершенствования энергетических устройств, основанных главным образом на использовании гидротехнических ресурсов, в развитии мореплавания и строительной техники.
М. В. Ломоносов сделал многое в решении этих задач развития России. Ломоносов продолжил, обобщил и систематизировал достижения выдающихся горнозаводских деятелей Петровской эпохи. Ломоносов был знаком с Татищевым, выдающимся горнозаводским деятелем. Ломоносову принадлежит немало интересных работ в области различных отраслей техники, в частности в гидростроительстве, создании ряда машин и механизмов, измерительных устройств, оптических приборов. Но металлургия и горная наука были его излюбленным делом. Проблемами получения чёрных и цветных металлов учёный занимался на протяжении всей своей творческой жизни. В 1763г. вышел его капитальный труд "Первые основания металлургии, или рудных дел".
содержит большой научный и обощенный практический материал. Написанная доходчивым и точным языком, первая русская книга по технике горнозаводского дела являлась не только исследованием, но и учебным пособием для отечественных горняков и металлургов. На этой книге воспитывались многие поколения инженеров и техников. Книга была выпущена большим по тому времени тиражом — 1225 экземпляров.
В "Первых основаниях металлургии" Ломоносов дал подробную характеристику технических устройств, применявшихся в то время в горнозаводскоё промышленности: плавильных печей, водяных и воздушных насосов, подъёмных механизмов и др. Основное внимание Ломоносов уделял вопросам организации и техники добычи руды и выплавки металлов. Книга разделена на пять частей, следующих одна за другой в строгой логической последовательности.
Первая часть книги посвящена описанию свойств металлов и различных минералов. Прежде всего даётся определение самого понятия "металл" — "светлое тело, которое ковать можно".
В третьей части описаны методы разработки руды, копания рудников, средства для отбойки руды, для подъёма её из шахты, для откачки воды и проветривания шахт.
В четвёртой части Ломоносов подчеркнул роль "пробирного искусства", т. е. производства анализов исходного сырья (руды) и конечных продуктов производства.
Заключительная, пятая часть посвящена основным процессам извлечения железа и цветных металлов из руд, обогащению исходной руды.
М. В. Ломоносов был одним из тех учёных, кто заложил оснвы науки о металле. Благодая его исследованиям в последние десятилетия XVIII в. техника металлопроизводства в России не уступала западноевропейской, а во многом превосходила её. Ломоносовым разработаны не только методы, но и механизмы для изготовления стекла и фарфора, станков и насосов, красок и пороха, навигационных, маркшейдерских и метеорологических приборов.
"катоптико-диоптрический зажигательный инструмент" для проведения химических опытов. За ним последовали остроумные конструкции вискозиметров — приборов для определения вязкости жидкости, устройства для определения твёрдости и механической прочности материалов. Ломоносов неустанно работал над созданием самых разнообразных измерительных приборов и аппаратов, которые могли бы помочь человеку в его познании мира.
Ломоносов явился изобретателем и ряда электроизмерительных приборов. Его "электрический указатель" позволял определять степень наэлектризованности тел. Другие измерительные приборы предназначались для безопасного измерения "электрической силы в воздухе" во время грозы.
Работы Ломоносова в области горного дела, металлургии, научного приборостроения и во многих других отраслях техники явились подлинно новаторскими.
Основание мозаичного искусства
Ещё в период обучения в Германии Ломоносову и его товарищам, как известно, были предписаны занятия рисованием. В течение двух лет Ломоносов систематически упражнялся в рисовании, заложив тем самым прочную основу для дальнейшего развития своих способностей в изобразительном искусстве. Подлинный талант Ломоносова-художника раскрылся в мозаичном искусстве, где слились воедино его естественнонаучные и художественные дарования.
картин. Эти мозаики отличались богатством оттенков, что напоминало масляную живопись. Но итальянцы хранили в тайне способы приготовления смальт. Ломоносов знал, что ещё в Киевской Руси было распространено мозаичное искусство, но позже секрет изготовления мозаик на Руси был утерян. Ломоносов поставил перед собой задачу возродить в России это забытое искусство.
Постройка в 1748г. Химической лаборатории позволила Ломоносову начать большие исследования по химии и технологии силикатов, а также по теории цветов. Уже в мае 1749г. Ломоносов сообщал в Канцелярию, что в числе других работ он "делал химические опыты, до крашения стёкол надлежащие".
Разработку практических проблем по созданию рецептуры цветных прозрачных и непрозрачных стёкол Ломоносов старался увязать с вопросами теоретической физики и химии. Учёный для получения цветных стёкол провёл многочисленные опыты. Он постепенно усложнял составы смальт, устанавливал влияния температуры плавки на физические свойства стекла, изучал прозрачность получаемых стёкол, их цвет и т. д. Работы Ломоносова шли успешно. В январе 1750г. он продемонстрировал изготовленные им цветные стёкла в Академическом собрании.
В начале 50-х годов Ломоносов разработал методы отливки и шлифовки смальты, из которой предстояло набирать мозаичные картины, а также нашёл состав мастики, с помощью которой смальта скреплялась с медным подносом. Уже в сентябре 1752г. Ломоносов закончил первую художественную мозаичную работу — образ богоматери. Сравнительно небольшая по размерам мозаика (2 фута×19 дюймов, или 60,96×48,26 см) оказалась чрезвычайно трудоёмкой в изготовлении. "Всех составленных кусков, — писал Ломоносов, — поставлено больше четырёх тысяч, все моими руками, а для изобретения составов делано две тысячи сто восемдесят четыре опыта в стеклянной печи".
ЛОмоносов много раз обращался к правительству с предложениями организовать производство смальт и мозаик, художественных и бытовых вещей из цветного стекла. Но правители оставались глухи к призывам учёного. И тогда Ломоносов решил сам наладить это производство. С этой целью он попросил выделить ему участок недалеко от Петербурга, где "есть глина, песок и дрова". Также Ломоносов просил выдать ему в кредит 4 тысячи рублей без выплаты процентов сроком на пять лет. Просьба Ломоносова была удовлетворена. 6 мая 1753г. близ деревни Усть-Рудицы состоялась закладка фабрики.
— на слиянии двух небольших рек: Рудицы и Коваши. Рудицы имела быстрое течение, и это использовалось для механизации производства. Здесь были возведены плотина, каменная дамба, шлюзы и ворота, а затем построена водяная мельница. Ломоносов непосредственно руководил строительством, которое велось по разработанному им плану. Создавая новую для того времени область промышленности, Ломоносов показал себя не только опытным химиком-экспериментатором и организатором, но и талантливым конструктором станков и приспособлений для стекольного производства.
Возродив в Росии утраченное древнерусское искусство мозаики, Ломоносов одновременно создал и собственную технику мозаичного набора. В отличие от западноевропейских мастеров, набиравших мозаики преимущественно тонкими пластинками смальты, Ломоносов разработал методику набора мозаичных картин четырёхгранными брусками (палочками) различного сечения, длина которых в несколько раз превышала размер бруска. Это обеспечивало прочность набора.
Ломоносову пришлось не только заниматься строительством фабрики и её оснащением, но и заботиться о подготовке специалистов. Крестьяне, которые были приписаны к фабрике, совсем не знали производства, а отсутствие опытных мастеров тормозило развёртывание работ. Немало талантливых крестьянских юношей благодаря заботам Ломоносова получили специальности. Иногда Ломоносову приходилось приглашать специалистов с других заводов. Однако основную часть рабочих составляли усть-урицкие крестьяне. Они принимали участие в изготовлении смальт и изделий из цветного стекла, набирали мозаичные картины, исполняли подсобные работы на фабрике, а с начала 60-х годов и в мозаичной мастерской, возведённой около дома Ломоносова на набережной Мойки.
Начиная строительство фабрики, Ломоносов надеялся на большие гос. заказы. Он надеялся, что налаженное им производство освободит страну от импорта многих товаров. Поэтому он продолжал совершенствовать технологию. В ноябре 1760г. он писал: "... сыскал я надёжный способ делать бисер, пронизки и стеклярус скорым образом, так что могу удовольствовать будущего 1761 года здешнюю внутреннюю комерцию".
Но уже к 1757г. фабрика оказалась в тяжёлом финансовом положении. Ломоносов, не имея опыта и коммерческих способностей, терпел убытки. Продукция не находила сбыта, расходы покрывать было нечем, а кредиторы требовали возврата выданной ссуды. Фабрика была удалена от Петербурга, и это затрудняло реализацию готовой продукции. Поэтому Ломоносов решил открыть в Петербурге лавку для продажи изделий из цветного стекла. Но разрешения не получил. Тогда он обратился в Сенат с просьбой обеспечить фабрику гос. заказами. Учёный подчёркивал, что теперь может делать мозаичные картины для украшения церквей и других публичных зданий. Сенат предписал всем учреждениям и ведомтсавм, занимающимся возведением публичных зданий, предоставлять ЛОмоносову заказы. Прошёл год, за ним другой, но никаких заказов Ломоносов не получил. Чтобы расплатиться с долгами учёному даже пришлось торговать дровами.
Петровны и др. Помимо больших мозаичных картин Ломоносов изготавливал и мозаичные миниатюры, к сожалению не дошедшие до наших дней. Качество ломоносовских мозаик было очень высоким. "Все материалы, — писал Ломоносов, — имеют такую же прочность и качество, как и римские, а краки их не изменяются ни от воздуха, ни от солнца, ни вследствие истечения времени, так как они изготавливаются на сильном огне". Время подтвердило правоту слов Ломоносова.
В начале 1758г. Ломоносов разработал проект грандиозного мозаичного монумента в честь ПетраI, который предлагал воздвигнуть в Петропавловском соборе. Ломоносов хотел отразить "знатнейшие дела историческим образом", подразумевая под ними начало правления Петра, "избавление от стрельцов", историю создания флота, взятие Азова, пребывание ПетраI за границей, основание Петербурга, Кронштадта, Петергофа, "Полтавскую баталию" и т. д. Првда вскоре Ломоносов отказался от этого проета, предствив другой, более дешёвый. В нём по-прежнему сохранялась идея украсит стены собора мозаичным панно на темы, отражающие различные этапы жизни и деятельности ПетраI.
В июне 1761г. после долгих проволочек Сенат окончательно утвердил предложенный проект о сооружении монумента в Петропавловском соборе. Однако двухлетняя задержка оказалась роковой. В декабре 1761г. скончалась императрица Елизавета, а с середины 1762г. сошли с политической арены покровители Ломоносова И. И. Шувалов и М. И. Воронцов. Всё это усложняло работу учёного, к тому же здоровье его сильно пошатнулось. Но, несмотря на многочисленные трудности, в мае 1762г. Ломоносов с помошниками приступил к работе над "Полтавской баталией". В декабре 1764г. мозаика была закончена, а в начале следующего года отшлифована, отполирована и вставлена в мелную раму.
"Полтавская баталия" — последняя работа, выполненная под руководством Ломоносова. Замысел учёного изготовить другую картину этой же серии — "Азовское взятие" остался неосуществлённым.
В апреле 1764г. Ломоносов был единогласно избран членом Болонской Академии Наук. С его достижениями в области мозаичного искусства итальянских учёных познакомил М. И. Воронцов. Получив признание своих заслуг как незаурядного художника, Ломоносов был полон творческих планов и замыслов. Но напряжённая работа над "Полтавской баталией" наряду с огромной научной деятельностью в других областях окончательно подорвала его здоровье. Тяжелобольной Ломоносов сильно переживал за судьбу мозаичного дела в России. Тревога была ненапрасной. Вскоре после смерти Ломоносова проект убранства Петропавловского собора был отвергнут. В 1768г. Усть-Рудицкая фабрика была закрыта. Так заглохло замечательное творческое начинание великого русского учёного, которому он отдал многие годы жизни.