Россия. Химические науки. Развитие исследований в 18 – начале 20 вв.
Разви́тие иссле́дований по хи́мии в Росси́и в 18 – нача́ле 20 вв. Развитие химии в России в 18 в. связано с именами М. В. Ломоносова, Э. Г. Лаксмана и Т. Е. Ловица. Ломоносов внёс вклад в развитие атомистической теории, разработку молекулярно-кинетической теории теплоты, обосновал необходимость привлечения физики для объяснения химических явлений (в 1752 впервые прочитал курс «Введение в истинную физическую химию» для студентов Академического университета), исследовал растворимость солей, свойства растворов, создав для этого ряд приборов (вискозиметр, рефрактометр и др.), разработал точные методы взвешивания, основал ряд химических производств (неорганических пигментов, глазурей, стекла, фарфора). В труде «Первые основания металлургии, или рудных дел» (1763) Ломоносов рассмотрел свойства металлов и способы их получения. Лаксман в 1760-х гг. открыл в Сибири минералы байкалит и вилуит, обнаружил месторождения лазурита и циркона, в 1774–1775 гг. опубликовал первую в России работу о серебряной руде, несколько позднее – результаты своих исследований по технологии получения селитры, соды, квасцов. Ловиц открыл явление адсорбции веществ из растворов углем (1785), что имело практическое значение для разработки технологий очистки спирта, воды, фармацевтических препаратов, разработал рецепты ряда охладительных смесей (получил температуры до −50 °C), предложил методы выращивания кристаллов, способы разделения ряда солей и получения ледяной уксусной кислоты, впервые выделил в кристаллическом виде глюкозу и некоторые другие вещества.
В начале 19 в. Ф. Ф. Рейсс открыл явление электрофореза (представлено в 1807, опубликовано в 1809), а К. С. Кирхгоф осуществил первую каталитическую реакцию (1811). Г. И. Гесс открыл основной закон термохимии – закон постоянства количества теплоты (закон Гесса, 1840), опубликовал первое учебное пособие по химии на русском языке – «Основания чистой химии», выдержавшее 7 изданий в 1831–1849 гг., впервые в России предложил систематику химических элементов. К. К. Клаус, изучая платиновые металлы, открыл новый элемент этой группы, названный им рутением (1844); разработал методы заводского получения чистой платины и некоторых платиновых металлов.
Одно из самых крупных открытий в органической химии 19 в. сделал Н. Н. Зинин. Он осуществил общую реакцию восстановления ароматических нитросоединений в амины (1842), в частности реакцию превращения нитробензола в анилин (реакция Зинина). Исследования Зинина послужили основой создания анилинокрасочной промышленности, производств взрывчатых веществ и многих лекарств. Зинин вместе с А. А. Воскресенским, чья педагогическая деятельность заметно способствовала развитию российской науки, создал школу химиков, в которую входили А. М. Бутлеров, Н. Н. Бекетов, А. П. Бородин, Н. А. Меншуткин и др.
Главным событием в развитии естественных наук в 19 в. стало открытие Д. И. Менделеевым периодического закона (1869) и создание системы химических элементов, основанной на этом законе. Менделеев вывел также общее уравнение состояния идеального газа, разработал и сформулировал гидратную теорию растворов, внёс вклад в становление нового, только зарождавшегося тогда научного направления – физику молекул; его исследования способствовали созданию эффективных методов нефтедобычи и нефтепереработки. Менделеев – автор фундаментального труда «Основы химии» (1868–1871), по которому учились многие поколения химиков (выдержал 8 изданий при жизни учёного). Д. П. Коновалов, ученик Менделеева и Бутлерова, выполнил ряд исследований, посвящённых физико-химическим свойствам растворов, вывел законы, устанавливавшие зависимость состава паровой и жидкой фаз растворов от давления пара и температуры кипения (законы Коновалова, 1881–1884), положил начало разработке теории гетерогенного катализа. Он создал большую школу физикохимиков. Меншуткин открыл влияние растворителя на скорость реакции. Им написаны учебник «Аналитическая химия» (1871), неоднократно переиздававшийся, и первая в России работа по истории химии – «Очерк развития химических воззрений» (1888).
Теорию строения химического вещества разработал (1861) и экспериментально подтвердил Бутлеров. Эта теория важна для понимания взаимосвязи строения и свойств органических соединений. Бутлеров опубликовал знаменитый учебник «Введение к полному изучению органической химии» (1864–1866) – первое в истории науки руководство, основанное на теории химического строения, внёс вклад в учение о валентности, ввёл ряд понятий, вошедших в мировую научную литературу, объяснил явление изомерии.
К середине 19 в. сложилась бутлеровская школа химиков-органиков: В. В. Марковников, А. М. Зайцев, Е. Е. Вагнер, А. Е. Фаворский, И. Л. Кондаков и др. Зайцев, разработав цинкорганические методы синтеза спиртов, заложил основы одного из универсальных методов органического синтеза. Вагнер разработал метод обнаружения непредельных органических соединений. Марковников реформировал преподавание в Московском университете, учредив лабораторный практикум для студентов и активно привлекая их к исследовательской работе; установил ряд закономерностей взаимовлияния атомов в органических соединениях, в том числе правило присоединения по двойной связи (правило Марковникова, 1869). Его исследования кавказской нефти (1880-е гг.) имели практическое значение, положили начало новому направлению органической химии – химии алициклических соединений. В числе учеников Марковникова были Н. Я. Демьянов, Н. Д. Зелинский, Н. М. Кижнер, И. А. Каблуков. Каблуков занимался вопросами электрохимии и химической термодинамики, разработкой теории растворов в связи с учением о химическом равновесии. Независимо друг от друга Каблуков и В. А. Кистяковский ввели в науку понятие о сольватации ионов. Кистяковский внёс большой вклад в учение о растворах, в химическую термодинамику, развитие методов защиты металлов от коррозии. М. Г. Кучеров открыл превращение ацетиленовых углеводородов в карбонильные соединения (реакция Кучерова, 1881). Одному из основателей термохимии, В. Ф. Лугинину, принадлежат труды по определению тепловых эффектов реакций, теплоты сгорания многих веществ, изучению теплоёмкостей твёрдых и жидких тел; в 1892 г. учёный на свои средства создал при Московском университете первую в России термохимическую лабораторию. Начало развитию физической химии как самостоятельной дисциплины положил Бекетов. Он впервые в России прочитал курс лекций по физической химии, ввёл практикум по этой науке. Бекетов заложил также основы алюминотермии. Главой первой в России биохимической школы был А. Я. Данилевский – автор классических работ, посвящённых ферментам, строению и химии белков.
В начале 20 в. темпы развития химии продолжали расти. Отчётливее становилась преемственность исследований в различных направлениях химии, укреплялась тенденция к формированию новых научных школ. Рост производства в химической промышленности стимулировал заинтересованность государства в достижениях науки и подготовке кадров исследователей.
Среди учёных, чья творческая деятельность проявилась особенно продуктивно, был В. Н. Ипатьев, внёсший революционный вклад в органический катализ при высоких температурах и давлениях. В 1901–1917 гг. плодотворно работал Зелинский – один из крупнейших химиков-органиков 1-й половины 20 в. Он синтезировал новые циклические углеводороды, открыл дегидрогенизационный катализ; эти работы нашли применение в нефтехимических исследованиях. А. Е. Арбузов первым осуществил научные работы в области синтеза и изучения фосфорорганических соединений, открыл универсальную реакцию получения органических производных фосфора. Л. А. Чугаев поднял на мировой уровень изучение координационных соединений, получил несколько новых представителей этого класса веществ и установил ряд важных эмпирических закономерностей. М. С. Цвет разработал основы адсорбционного хроматографического анализа; это способствовало созданию хроматографического метода разделения и анализа смесей. Фаворский, один из основателей химии ацетиленовых соединений, открыл классическую реакцию получения третичных ацетиленовых спиртов. Фундаментальный вклад Н. С. Курнакова в химию связан с созданием физико-химического анализа, изучающего равновесные системы с помощью химических и геометрических методов. Он ввёл термины «бертоллиды» и «дальтониды», относящиеся к соединениям переменного и постоянного состава. Понятие о бертоллидах легло в основу химии твёрдого состояния. Химия гетероциклических азотсодержащих соединений, в первую очередь пиридина, была основным объектом исследований А. Е. Чичибабина. Видный специалист в области кинетики Н. А. Шилов разработал теорию сопряжённых химических реакций.