Открытия в области химии

Девятнадцатое столетие вошло в историю как период прогрессивного развития науки, из всех областей которой основное значение стала приобретать химия.

Константин Сигизмундович Кирхгоф - русский химик. Его основные работы относятся к области технической химии. Один из основоположников учения о катализе. Предложил мокрый способ получения киновари, способ очистки жидких масел концентрированной серной кислотой. В 1811 году Кирхгоф открыл каталитическую реакцию получения глюкозы при нагревании крахмала с разбавленной серной кислотой; это открытие положило начало изучению каталитических процессов. Детально изучил влияние концентрации кислот и температуры на скорость гидролиза крахмала, установил оптимальный режим этой реакции, заложив основы одного из первых промышленных каталитических процессов - получения патоки и глюкозы из крахмала. Также К.С. Кирхгоф исследовал осахаривание крахмала под влиянием солода и открыл фермент, содержащийся в вытяжке из проросших семян ячменя и осуществляющий осахаривание крахмала, вдобавок занимался анализом минералов, получением взрывчатых веществ.

В Казанском же университете в первой половине столетия стала складываться сильная химическая школа. Ее создание стимулировалось особой заботой правительства о преодолении технологического отставания страны. По университетской реформе 1835 г. предписывалось выделение специальных субсидий на устройство химических лабораторий в университетах. В конце 1830-х гг. профессора Казанского университета П.П. Зинин и К.К. Клаус основали химическую и технологическую лаборатории.

В них уже в 1842 г. Зинин сделал свое знаменитое открытие способа искусственного получения анилина и некоторых других ароматических оснований. Эти открытия стали основой для развития в стране производства синтетических красителей, душистых веществ и лекарственных препаратов. А в 1844 г. профессор Клаус открыл новый химический элемент - рутений.

Чуть позже, во второй половине 1840-х гг., сформировался второй российский центр химической науки - в Петербургском университете. Он дал таких известных химиков как профессор Н.Н. Бекетов, открытия которого в области химии металлов усовершенствовали российское металлургическое производство, и профессор, химик-органик А.А. Воскресенский, чьи основные научные исследования посвящены изучению состава и свойств природных соединений: нафталина, хинона, хинной кислоты, являлся горячим сторонником применения минеральных удобрений. Н.Н Бекетов положил начало алюмотермии, открыв возможность восстановления металлов из их окислов с помощью алюминия. Огромной заслугой Бекетова является развитие современной физической химии как самостоятельной дисциплины.

М.В. Ломоносов принадлежит к числу первых ученых, изучивших количественно химические процессы при помощи взвешивания. Он обратил внимание на увеличение веса металлов после обжигания на воздухе. Он считал сомнительным вывод Бойля о том, что это увеличение веса вызвано присоединением тепловых материй.

Но самое главное открытие этого столетия - таблица химических элементов Менделеева. В 1869 году в «Журнале Русского химического общества» появилась таблица периодической системы более полная, чем какая-либо из опубликованных до тех пор. Автор был крупным химиком и профессором в Петербурге. Он не только констатировал периодичность физических и химических свойств элементов как функцию атомного веса, но и вывел некоторые принципы, оказавшие большую услугу научному исследованию, чем классификация, потому что в качестве предвидений они составили путеводную нить для новых открытий. Первый и самый важный есть принцип атомной аналогии (сходства элементов в пределах ряда и группы), позволяющий, кроме исправления атомного веса элемента, в случае если он ошибочен, предвидеть существование ещё не открытых элементов. В 1870 году Менделеев дополнил предыдущую таблицу, что следует рассматривать как выражение его зрелых размышлений о периодической классификации.

Хотя классификация Менделеева и имела значительные достоинства, которые способствовали её быстрому распространению и превращению в руководящий критерий для исследований в области неорганической химии, она не была полностью лишена недостатков. Это побуждало тех, кто готов был принять её, к дальнейшим исследованиям с целью устранить или хотя бы объяснить первоначальные её несовершенства.

В русской школе органической химии широкое распространение приобрело стехиометрическое объяснение каталитических процессов, предложенное Г. И. Гессом, заключающееся в предположении, что катализатор образует с одним из реагентов промежуточное соединение постоянного состава, которое затем взаимодействует с другим реагентом, высвобождая катализатор. Сторонники этих взглядов, к числу которых относились, например, А. М. Бутлеров и В. В. Марковников, считали, что каталитические реакции не отличаются принципиально от некаталитических. Следует отметить, что теории промежуточных соединений оказались чрезвычайно плодотворными в классическом органическом синтезе, однако они были совершенно неприменимы к гетерогенным каталитическим процессам. А.М. Бутлеров является основоположником теории химического строения вещества, открыл реакцию полимеризации изобутилена, это и предшествующие открытия явились как бы преддверием в область высокомолекулярных соединений. Глубокую оценку роли ученого в развитии химии дал Д. И. Менделеев: "А. М. Бутлеров — один из величайших русских ученых. Он русский и по ученому образованию, и по оригинальности трудов: ученик знаменитого нашего академика Н. Н. Зинина, он сделался химиком не в чужих краях, а в Казани, где и продолжает развивать самостоятельную химическую школу. Направление ученых трудов А. М. Бутлерова не составляет продолжения или развития идей его предшественников, но принадлежит ему самому. В химии существует бутлеровская школа, бутлеровское направление" (Менделеев Д.И. Сочинения. – Изд. АН СССР, М., т.15, 1949. С.295).

Таким образом, развитие химии в XIX столетии открыло перед человечеством новые возможности. Периодическая система химических элементов пополняется и в наши дни. В настоящее время известно уже около 110 элементов, не все из них имеют названия. Система, разработанная Менделеевым и усовершенствованная впоследствии, позволяет нам сегодня на основе нескольких характеристик сложить представление о свойствах элементов и их соединений с другими элементами. Это находит отражение в одной из самых популярных и развивающихся отраслей - материаловедении.