Автор: В. С. ШПАК, А. Г. МОРАЧЕВСКИЙ

Академик В. С. ШПАК, доктор технических наук А. Г. МОРАЧЕВСКИЙ, Российский научный центр "Прикладная химия"

Внушителен вклад ученых Санкт-Петербурга в решение задач, стоявших перед теоретической и прикладной химией на протяжении XVIII - XX вв.

Выделим в этой связи некоторые важнейшие научные события, показав преемственность отечественных научных школ в этой области знаний.

Начало химическим исследованиям в России было положено М. В. Ломоносовым. По его инициативе в 1748 г. в Петербурге была создана первая в России химическая лаборатория, просуществовавшая почти полвека. В период с 1748 по 1757 г. Михаил Васильевич практически без помощников проводил здесь разнообразные изыскания, в том числе по изготовлению цветных стекол, послуживших основой знаменитых мозаик, находящихся в здании Академии наук, а также стекол с различными коэффициентами преломления света. Вблизи Петербурга по его проекту в 1752 г. построили стекольную фабрику. А в 1752- 1754 гг. Ломоносов прочитал студентам Академического университета первый в мире курс физической химии.

В работах отечественных химиков второй половины XVIII в. преобладали прикладные изыскания. Академик И. Г. Леман, занимавшийся преимущественно анализами руд, минералов, написал первое руководство по пробирному искусству. Академик Э. Г. Лаксман известен разработкой нового способа производства стекла с применением обезвоженного сульфата натрия вместо поташа. Академик Т И. Ловиц открыл явление адсорбции примесей из

стр. 30

различных растворов древесным углем, впервые получил ледяную уксусную кислоту, предложил ряд холодильных смесей, занимался усовершенствованием химических анализов. В. М. Севергин, избранный академиком по специальности "минералогия", известен также трудами по химии и технологии минеральных солей, по пробирному искусству. Почетный член Петербургской АН А. А. Мусин-Пушкин впервые в России проводил исследования в области химии и технологии металлов платиновой группы, в частности изобрел способ очистки сырой платины от примесей железа и иридия, предложил метод получения ковкой платины.

Большой вклад в развитие химии внесли петербуржцы и в XIX в. Так, в 1808 г. академик А. И. Шерер написал "Руководство к преподаванию химии" - первый отечественный учебник по данному предмету, в котором большое внимание уделялось русской химической номенклатуре. Более поздние научные достижения нашли отражение в учебнике академика Г. И. Гесса "Основания чистой химии" (1831), на протяжении последующих лет выдержавшем семь изданий и оказавшем заметное влияние на формирование научного мировоззрения последующих поколений русских специалистов, среди которых были ученые мирового уровня: первооткрыватель метода получения ароматических аминов Н. Н. Зинин, Н. Н. Бекетов, предложивший способ восстановления металлов из оксидов, А. М. Бутлеров, обосновавший теорию химического строения и объяснивший явление изомерии, автор Периодической системы элементов Д. И. Менделеев.

В октябре 1831 г. был открыт Петербургский практический технологический институт с целью "...приготовить людей, имеющих достаточные теоретические и практические познания для управления фабриками или отдельными частями оных". Это было первое учебное заведение подобного рода в России. Г. И. Гесс принял приглашение занять в нем должность инспектора классов (помощника директора). Он составил учебные планы, пригласил для преподавания основных дисциплин лучших специалистов из гражданских и военных учебных заведений столицы, в соответствии с его рекомендациями была оборудована химическая лаборатория. Через 30 лет Технологический институт получил статус высшего учебного заведения.

Г. И. Гесс, избранный в 1832 г. профессором химии и технологии Главного педагогического (с 1804 г.) и Горного институтов (с 1834 г. по 1866 г. - Институт корпуса горных инженеров), в последнем создал химическую лабораторию, которая на многие годы стала крупным научным и педагогическим центром в России. В ней получили образование и начинали научную деятельность такие ученые, как химик-технолог К. И. Лисенко, известный исследованиями горючих ископаемых России, В. Ф. Алексеев, доказавший существование критической температуры растворения, Д. П. Коновалов (академик с 1923 г.), изучав-

стр. 31

ший упругость пара растворов, И. Ф. Шредер - основные его работы посвящены учению о растворах, Н. С. Курнаков (академик с 1913 г.) - один из основоположников физической химии как науки.

Большая заслуга в преподавании химии в университете и других высших учебных заведениях Петербурга, в формировании соответствующих научных школ принадлежит А. А. Воскресенскому, члену-корреспонденту Петербургской АН с 1864 г. Он слушал лекции Г И. Гесса и в свою очередь преподавал химию Д. И. Менделееву, который поступил в Главный педагогический институт в 1850 г.

Велика роль в становлении и развитии прикладной электрохимии в России XIX в. широко образованного петербургского ученого, академика Б. С. Якоби, изобретателя гальванопластики, исследовавшего химические источники тока и разработавшего методы измерения электрохимических величин.

Во второй половине XIX столетия Академия наук, Петербургский университет, Горный институт, Медико-хирургическая (с 1881 г. Военно-медицинская) академия, Михайловская артиллерийская академия, Технологический институт, Земледельческий институт (ныне Лесотехническая академия) образовали крупнейший центр химических исследований, оказавший огромное влияние на развитие не только отечественной, но и мировой науки.

В ряду петербуржцев, внесших большой вклад в развитие химии в XIX в., прежде всего следует назвать уже упомянутого Н. Н. Зинина. Свою научную деятельность он начал в Казанском университете, однако уже в 1847 г. стал профессором Петербургской медико-хирургической академии на кафедре химии и физики, а в 1865 г. был избран ординарным академиком Петербургской АН. Среди работ ученого особое место занимает получение путем восстановления нитросоединений первичных аминов ароматического ряда (анилин, аминонафталин, бензидин и др.), являющихся исключительно важными исходными продуктами для синтеза органических красителей. Простота нового метода, дешевизна сырья обеспечивали производство анилина в огромных количествах. Уже через несколько лет после завершения этих работ в стране была создана крупная отрасль химической промышленности - производство красителей. Н. Н. Зинин стал одним из инициаторов создания Русского химического общества и на организационном заседании 5 декабря 1868 г. был избран его первым президентом.

А. М. Бутлеров, тоже выпускник Казанского университета, с 1857 г. - профессор Петербургского университета, с 1874 г - академик. Наряду с созданием теории строения органических соединений и классического труда "Введение к полному изучению органической химии", он провел множество экспериментов, в частности, синтез третичных спиртов, процессы полимеризации с участием непредельных соединений.

В 1869 г. Д. И. Менделеев открыл Периодический закон и за последующие два- три года экспериментально и теоретически обосновал его. Это величайшее научное достижение базировалось на всей совокупности полученных к середине XIX в. сведений о свойствах элементов и устанавливало взаимосвязи между ними. Открытие оказало огромное влияние на теоретические представления о строении вещества и соответствующие исследования.

стр. 32

Вместе с тем Менделеев вел активную преподавательскую деятельность в Петербургском университете (1857 - 1890 гг.) и Технологическом институте (1864- 1872 гг.). Его фундаментальный труд "Основы химии" выдержал более десяти изданий.

Огромное значение для развития физической химии, теории растворов, решения прикладных задач имели работы ученика и ближайшего сотрудника Менделеева - Д. П. Коновалова. Еще в 1884 г. в магистерской диссертации "Об упругости пара растворов" он установил важные закономерности, названные его именем. Дальнейшие исследования ученого были, в частности, посвящены развитию идей Менделеева о взаимодействии растворенного вещества с растворителем. К числу учеников Коновалова принадлежат А. А, Банков (академике 1932 г.), М. С. Вревский (член-корреспондент АН с 1929 г.).

В октябре 1902 г. в Петербурге был открыт Политехнический институт. В учебных планах его металлургического отделения центральное место занимали химические дисциплины. В разработке программ приняли участие Д. И. Менделеев, крупный специалист в области стереохимии П. И. Вальден (академик с 1910 г.), основоположник металловедения и теории термической обработки стали Д. К. Чернов. В просторном химическом корпусе располагались прекрасно оборудованные лаборатории. Первым деканом этого отделения был назначен, а затем и избран Н. А. Меншуткин, известный трудами в области органической и аналитической химии, ранее преподававший в Петербургском университете. Большая заслуга его в том, что он пригласил в Политехнический институт для чтения лекций признанных ученых: химиков Н. С. Курнакова, В. А. Чистяковского, А. А. Байкова, минералога Ф. Ю. Левинсон- Лессинга, металлурга М. А. Павлова, впоследствии избранных академиками; металлурга В. Е. Грум-Гржимайло, химика-технолога П. П. Федотьева, ставших затем членами-корреспондентами АН СССР. Здесь же по предложению Н. С. Курнакова впервые в практике технических вузов России студентам было предоставлено право на получение квалификации инженера-металлурга защищать экспериментальные исследования.

В начале XX в. по инициативе профессора А. А. Кракау и Н. А. Пущина начали подготовку инженеров в Санкт-Петербургском электротехническом институте.

Химические лаборатории Горного, Политехнического и Электротехнического институтов послужили экспериментальной базой для создания Н. С. Курнаковым российской школы химиков-неоргаников. На основании исследований свойств металлических и других соединений ими были сформулированы общие принципы физико-химического анализа, особенно при изучении различных металлических систем.

В конце XIX - начале XX в. в северной Пальмире продолжали успешно развиваться работы в области органической химии. Огромное значение имели труды представителей бутлеровской школы: А. Е. Фаворского (академик с 1929 г.) и В. Н. Ипатьева (академик с 1916 г.). Первый - профессор Петербургского университета, один из основателей химии ненасыщенных органических соединений и ацетилена, открыл большое число процессов изомеризации в рядах непредельных углеводородов, создал свою научную школу. Второй - генерал-лейтенант российской армии, профессор Артиллерийской академии, впервые осуществил синтез изопрена (основного мономерного звена природного каучука), исследовал органические реакции на твердых катализаторах, реализовал разложение этилового спирта с образованием этилена, в дальнейшем разработал целый ряд важнейших промышленных технологий. Изучение В. Н. Ипатьевым химических процессов, протекающих при высоких давлениях, и создание для этих целей экспериментального оборудования послужило толчком для развития нефтехимии.

Открытие явления радиоактивности А. Беккерелем и радиоактивных элементов (полония и радия) П. и М. Кюри положило начало новой химической дисциплины - радиохимии. В 1910 г. по предложению и при

стр. 33

участии В. И. Вернадского (академике 1912 г.), геохимика и минералога, была сформирована Радиевая комиссия АН. Выступая на годичном собрании АН в декабре того же года, он говорил: "Перед нами открываются в явлениях радиоактивности источники атомной энергии, в миллионы раз превышающие все те источники сил, которые рисовались человеческому воображению. .. Для нас совсем не безразлично, как радиевые руды будут изучены. Они должны быть исследованы нами, русскими учеными". Вернадский взял на себя организацию и руководство исследованиями радиоактивных минералов и находился во главе этого важного дела фактически до конца своей жизни.

Первая мировая война обнаружила техноэкономическую отсталость России, слабость ее химической промышленности. Многие полезные ископаемые ввозили из-за границы. Предстояло выявить соответствующие месторождения у нас в стране, наладить добычу и переработку сырья. По инициативе В. И. Вернадского, поддержанной другими ведущими учеными, в феврале 1915 г. при АН была создана Комиссия по изучению естественных производительных сил России (КЕПС) и Военно-химический комитет, чтобы "объединить усилия русских химиков для совместной работы по вопросам, связанным с нуждами государственной обороны" (его председателем стал Н. С. Курнаков), а также Химический комитет при Главном артиллерийском управлении во главе с В. Н. Ипатьевым, который контролировал производство взрывчатых веществ и горюче-смазочных материалов. Одно из важных достижений отечественных химиков - создание и организация производства войскового противогаза. Этой работой в Петербурге руководил Н. Д. Зелинский (академик с 1929 г.).

В 1918 - 1920 гг. в Петрограде, несмотря на разруху и Гражданскую войну, был организован ряд научных структур, в дальнейшем ставших основой крупнейших научно-исследовательских центров. Так, Н. С. Курнаков сформировал Институт физико-химического анализа, призванный решать неотложные вопросы, связанные с производством в стране новых металлов и сплавов, использованием минеральных богатств наших соляных озер. Одновременно был образован Институт по изучению платины и других благородных металлов, который возглавил Л. А. Чугаев, профессор Петроградского университета, автор фундаментальных работ по химии комплексных соединений. Одна из главных задач - совершенствование методов аффинажа платиновых металлов (т.е. получение их высокой чистоты). Научную деятельность здесь начинали выдающиеся ученые: будущие академики А. А. Гринберг и И. И. Черняев, член-корреспондент АН СССР В. В. Лебединский. Были созданы также Государственный оптический институт (1918 г.), Российский институт прикладной химии (1919 г.; позднее Государственный институт прикладной химии, ныне - Российский научный центр "Прикладная химия"), Государственный радиевый институт (1922 г.). Благодаря усилиям профессора И. Я. Башилова и В. Г. Хлопина (академика с 1939 г.) уже в декабре 1921 г. впервые в России получили высокоактивные препараты радия из отечественного сырья.

Достигнутый в научных учреждениях Петрограда уровень исследований позволил освоить в промышленных масштабах в 20-е годы аффинаж уральской платины на заводе в Екатеринбурге. Но реальное воплощение работы представителей школ Н. С. Курнакова и Л А. Чугаева произошло в 1943 - 1944 гг., когда вступил в строй уникальный завод в Красноярске по получению платиновых металлов из сульфидных руд Норильского месторождения.

Вопрос о необходимости выработки алюминия из отечественного сырья был поставлен Вернадским еще в 1915 г. К тому времени в Электротехническом институте НА Пущиным и в Политехническом институте П. П. Федотьевым (член-корреспондент АН СССР с 1933 г.) совместно с В. П. Ильинским были проведены крупные лабораторные исследования процесса получения этого металла электролизом криолито-глиноземных расплавов. Эти работы стали классическими в данной области.

В районе города Тихвина (ныне Ленинградская область) в 1916 г. было открыто месторождение бокситов. Проведенное к 1923 г. геологическое обследование показало, что оно может обеспечить ближайшую потребность страны в алюминии при невысокой стоимости добычи. Однако бокситы по содержанию кремнезема (до 18 %) относились к числу низкосортных и требовали создания новой технологии их переработки. И в ленинградских научных учреждениях начали соответствующие изыскания. Оригинальный способ разработали в Государственном институте прикладной химии под руководством А. А. Яковкина (член-корреспондент АН СССР с 1925 г.). На опытном заводе института осуществили переработку сырья, получив в июне 1929 г. первый алюминий. В следующем году вблизи реки Волхов начали строительство первого в России алюминиевого завода, который вступил в строй 14 мая 1932 г. Его проектная мощность составляла 5 тыс. т металла в год.

Еще в 1917 г. на основании предварительных проб рассолов Н. С. Курнаков пришел к выводу, что Верхнекамское месторождение калийных солей (Пермская область) может представлять промышленный интерес. Потребовались детальные геологические и химические исследования для определения границ распространения полезных ископаемых и условий их залегания, которые в 1925 г. выполнила экспедиция под руководством ленинградского геолога профессора П. И. Преображенского. Так было открыто одно из крупнейших в мире месторождений калийных и магниевых солей. Через два года здесь состоялась закладка калийного рудника и началось строительство комбината, завершенное в начале 1934 г. При активном участии ленинградских химиков в кратчайшие сроки была решена проблема комплексной переработки калийных солей - сильвинита и карналлита. Технология производства магния из карналлита была разработана в Ленинграде под руководством П. Ф. Антипина (член-корреспондент АН СССР с 1939 г.). Магниевый завод в Соликамске выдал первый металл уже в марте 1936 г., став крупным центром химической промышленности.

Н. С. Курнаков и его сотрудники уделяли постоянное внимание уникальному каспийскому заливу - Кара-Богаз-Голу, в отложениях которого сосредоточены огромные богатства солей морского типа. После ряда экспедиций в 1924 г. тут началась промышленная добыча сульфата натрия, важнейшего сырья для химической промышленности.

стр. 34

Под руководством одного из учеников и ближайших сотрудников Вернадского академика А. Е. Ферсмана, начиная с 1920 г., геологи исследовали Кольский полуостров. Несколько научных организаций Ленинграда в 30-х годах участвовали в освоении апатито-нефелиновых месторождений Хибинского массива, месторождений медно-никелевых руд Монче-тундры и руд редких металлов в Ловозерских тундрах. Кольский полуостров превратился в крупную производственную базу фосфорных удобрений и других важных химических продуктов.

Событием мирового значения стало создание в СССР промышленного способа получения синтетического каучука. С. В. Лебедев (академик с 1932 г.) еще в 1913 г. пришел к выводу, что способность образовывать полимеры - общее свойство углеводородов, имеющих сопряженную систему двойных связей. Он сформулировал общие положения о характере, скорости и механизме процессов полимеризации. К январю 1928 г. Лебедев первым в мире изготовил 2 кг синтетического натрийбутадиенового каучука на основе этилового спирта, а через три года на опытной установке получили уже 260 кг. Суть процесса заключалась в полимеризации дивинила по действием натриевого катализатора. Тогда же в стране начали возводить три завода по производству каучука по методу Лебедева. В Ленинградском технологическом институте в 1932 г. была создана кафедра синтетического каучука. В дальнейшем большой вклад в развитие методов получения этого ценного материала с различными характеристиками внесли ленинградцы академик Б. А. Долгоплоск и член- корреспондент АН СССР А. А, Коротков. Была решена важнейшая проблема отечественного производства резино-технических изделий, в первую очередь шинной промышленности.

Успехи в области химической кинетики связаны с деятельностью академика Н. Н. Семенова и его сотрудников в созданном в городе на Неве в 1931 г. Институте химической физики. Они разработали теорию разветвленных цепных реакций - одно из самых выдающихся достижений теоретической химии первой половины XX в., за что Н. Н. Семенов совместно с английским физикохимиком С. Хиншелвудом (иностранный член АН СССР с 1958 г.) в 1956 г. был удостоен Нобелевской премии.

Еще в 1902 - 1904 гг. в Политехническом институте В. А. Кистяковский (академик с 1929 г.) открыл первую в России лабораторию физической химии и теоретической электрохимии. Среди целого ряда его научных интересов центральное место занимало изучение электрохимического поведения металлов в водных средах. К 1925 г. он разработал представление о пленочной теории пассивности и ее связи с процессами коррозии. Причину наступления пассивного состояния он объяснял образованием пленки оксидов, аморфной, стекловидной, покрывающей металл плотным слоем. В 1930 г. Кистяковский организовал в Ленинграде Коллоидно-электрохимическую лабораторию АН (ныне - Институт физической химии РАН в Москве). В результате удалось решить сложные технические вопросы защиты металлов в крайне агрессивных средах, используемых в новой технике.

После 1945 г. проблемой первостепенной важности стало создание конструкционных материалов для новой техники в атомной энергетике. Позднее потребовалась разработка технологий получения веществ в высокочистом состоянии, синтез материалов с различными ценными физическими и химическими свойствами для радиоэлектроники и других целей. Коллективы научно-исследовательских институтов и учебных заведений Ленинграда внесли большой вклад в решение этих задач.

Под общим руководством академика В. Г. Хлопина в Радиевом институте разработали технологию извлечения плутония из облученного урана. В промышленном освоении процесса на первом в России радиохимическом заводе принимали участие ленинградцы академик Б. П. Никольский, члены- корреспонденты АН СССР Б. А. Никитин, И. Е. Старик, В. М. Вдовенко.

В 1948 г. по инициативе члена-корреспондента АН СССР С. Н. Ушакова и других ученых в северной Пальмире появился Институт высокомолекулярных соединений АН СССР. Выполненные здесь фундаментальные и прикладные работы способствовали созданию большой группы полимерных продуктов*. Так, в Научно-производственном объединении "Пластполимер" началось промышленное производство полиэтилена (вскоре его выпуск в России составил более 3 млн. т) и полистирола.

При активном участии академика И. В. Гребенщикова в Ленинграде в 1948 г. был открыт Институт химии силикатов, где выполнены исследования по строению, химии и термодинамике стеклообразующих расплавов и стекол. Тут создали новые защитные антикоррозионные материалы широкого назначения. После Гребенщикова институтом руководил член-корреспондент АН СССР Н. А. Торопов, крупный специалист в области неорганического материаловедения и технологии силикатных систем.

Оглядываясь в прошлое, можно сказать, что полученные учеными, в том числе из нашего города, химические материалы изменили условия жизни людей: позволили создать огромное количество бытовой техники, открыли человеку дорогу в космос, успешно решили проблемы атомной и лазерной техники. Средства информатики XX в. - радио, кино, телевидение, компьютеры, интернет - были бы невозможны без новых синтетических материалов. Достижения в области химии дали мощный импульс для развития медицины, энергетики, сельского хозяйства, машиностроения, укрепления обороноспособности страны.

Научно-технический потенциал химиков Санкт-Петербурга, накопленный в течение последних двух столетий усилиями огромного числа специалистов, позволяет надеяться, что он будет разумно использован при решении новых проблем развития города, страны и мира в целом.

* См.: Е. Ф. Панарин, Н. П. Кузнецова. Полимерные лекарства. - Наука в России, 2003, N 2 (прим. ред.).

Постоянный адрес данной публикации: