Введение
На одной из литографий XIX века мы видим такую картину: большой бревенчатый дом с маленькими окнами под самой крышей, рядом - добротные хозяйственные пристройки , кругом глубокие снега, из-под которых едва видны редкие деревянные колья изгороди. Это деревня Денисовка, расположенная у самого устья Северной Двины. Отсюда, с далёкого северного края и пришёл в Москву морозным утром 1730 года девятнадцатилетний юноша, сын архангельского мужика, Михаил Ломоносов, впоследствии прославившийся на весь мир как гениальный ученый, выдающийся мыслитель, поэт и общественный деятель, оказавший огромное влияние на развитие русской национальной культуры.
Судьба Ломоносова , его блестящие успехи в науках и искусстве не перестают удивлять и по сей день. Вот что писал о Ломоносове Пушкин: «Соединял необыкновенную силу воли с необыкновенной силою понятия , Ломоносов обнял все отрасли просвещения. Жажда науки была сильнейшей страстью сей души , исполненной страстей , Историк , ритор, механик, химик, минеролог , художник и стихотворец, он всё испытывал на всё проник»
Действительно, Ломоносову свойственна необыкновенная широта интересов. Во многих областях современного ему знания он заявил себя как ученый гениальной силы. Не случайно поэтому Московский государственный университет носит имя Михаила Васильевича Ломоносова.
Жизнь Ломоносова в особенности поучительна для
молодежи, ибо Ломоносов не только великий ученый, выдающийся поэт, но и
«великий характер , явление, делающее честь человеческой природе и русскому
имени» ( В. Г. Белинский)
Работы Ломоносова в области химии
Михаил Васильевич Ломоносов считал химию одной из главных областей своего научного творчества. Не зря в течение двух веков химию называли спагирической наукой от греческого спао - отделять и агейро - соединять. Он начал заниматься химическими исследованиями уже в ранний период своей деятельности, будучи студентом Марбургского университета. Первый научный труд 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-молекулярную 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». Но ещё в 1751 году М.В. Ломоносов выступил с речью, названной им «Слово о пользе химии». В общих чертах там говорилось о единстве принципов теории и практики, науки и производства. В одной из своих ранних работ, «Элементы математической химии», Ломоносов предложил краткое определение химии.
Химия - наука об изменениях, происходящих в смешанном теле. Таким образом, в этой формулировке предмета химии Ломоносов впервые представляет её в виде науки, а не искусства.
Отметим, что Ломоносов, считал, что чистых веществ в природе почти не существует, что все тела являются смешанными. «Элементы математической химии» представляли собой как бы программу будущих физико-химических исследований, многие темы которой им были впоследствии осуществлены. Ломоносов считал, что истинный химик должен быть одновременно и практиком, и теоретиком, т.е. практиком, способным «положить в основание химии начала механики». Он полагал, что «глубже проникнуть в таинства природы» можно лишь на основе применения к химическим процессам разработанной им корпускулярной философии. Он разделяет корпускулы на однородные и разнородные, первые из которых состоят из «одинакового числа элементов одних и тех же, соединенных между собой одинаковым образом». Ко вторым он относит те корпускулы, у которых «элементы их различны и соединены различным образом или в различном числе. От этого зависит бесконечное разнообразие тел».На этой основе Ломоносов разделяет химические вещества на «начала», «смешанные» и «составные».
Весной 1743 г. Ломоносов написал первый вариант своей известной работы «О действии химических растворителей вообще». Кончался период ее чисто экспериментального развития, когда химики производили с химическими веществами различные операции в большинстве случаев вслепую или на основе туманных представлений, которые оставила в наследство алхимия.
год, 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.
Ломоносов разделил все процессы растворения на две группы. К одной он отнёс растворение металлов в кислотах, когда в процессе растворения выделяется тепло, а к другой - растворение солей в воде с поглощением тепла. Сначала Ломоносов растворял тонкую железную проволоку в азотной кислоте разной концентрации, наблюдая через микроскоп ход растворения металла. Ломоносов заметил огромную массу отбрасываемых частиц с бесчисленными пузырьками, непрерывно следовавшими друг за другом. Ломоносов обратил внимание, что при растворении металлов в кислотах наблюдается разогревание, а при растворении солей - охлаждение. 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. Выделение тепла в реакциях Ломоносов объяснял следующим образом: «Частицы металла разносятся по растворителю, воздействуют трением на частицы последнего и приводят их во вращение и так как вращательное движение есть причина теплоты»
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 со «сгущенным» воздухом металла, приобретает «огромную упругость», ломая металл на мельчайшие частицы, наблюдавшиеся в микроскоп. Избытки «воздуха», образующегося при химическом взаимодействия 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 растворителю». 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 состояние металлы».
Ломоносов правильно подметил тот случай, когда разбавленная водой кислота лучше растворяет металл, чем концентрированная. Известно, например, что многие металлы не растворяются в очень концентрированной серной кислоте, а в разбавленной водой интенсивно растворяются с выделением водорода.
Переходя к процессу растворения солей в воде, Ломоносов, прежде всего, отметил, что «все соли содержат значительное количество воды», она входит в «поры солей», и поэтому воздух, рассеянный в воде, не входит в них и «не может ни расширяться в них от возродившейся упругости, ни действовать на частицы солей». В этом случае, полагает ученый, «частицы соли отделяются друг от друга действием частиц самой воды». Вступая во взаимодействие с находящимися на поверхности частицами соли, вращающиеся частицы воды «трутся о них и одновременно об однородные себе частицы воды, входящие в состав соли, и ускоряют их вращательное движение. Вследствие этого частицы соли отделяются от основной массы и, сцепляясь с водными частицами, вместе с ними начинают двигаться поступательно и разносятся по растворителю». При этом, ускоряя вращательное движение частиц соли, частицы воды теряют часть своего вращательного движения, поэтому раствор соли в воде охлаждается.
Следует заметить, что Ломоносов основывал свои умозаключения на собственных опытах по растворению металлов и солей в различных условиях и наблюдал, как уже говорилось, процесс растворения в сильный микроскоп с 360- кратным увеличением. В результате ему удалось описать очень точные и тонкие частные наблюдения и высказать новые взгляды на процесс растворения, основывающиеся на его корпускулярной философии.
Ломоносов предвосхищает явление гидратации, заключающееся в том, что ионы, на которые распадается в растворе соль, окружаются плотно пристающими к ним молекулами воды.
В 1745 году Ломоносов пишет работу «О металлическом блеске», чуть позже «О рождении и природе селитры». В последней, учёный высказал взгляды о приложении физических законов к химии.
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. Кроме различных печей, в лаборатории находилось много стеклянных и металлических сосудов для хранения реактивов и проведения экспериментов, а также большое число экспериментальных приборов и измерительных аппаратов. Многие из них были сконструированы самим Ломоносовым. Среди последних назовем изобретенный Ломоносовым специальный прибор для фильтрования под вакуумом, значительно ускоряющий этот процесс.
Надо сказать, что большинство физико-химических
исследований и сочинений Ломоносова остались незаконченными. Можно
предположить, что основной причиной тому была незаурядная разносторонность
ученого.
Стекольное дело Ломоносова
В Октябре 1752 года, обращаясь в сенат , Ломоносов Писал: «Желаю я, нижайший, к пользе и славе Российской завесть фабрику для делания изобретённых мною разноцветных стёкол и из них бисеру, пронизок и стеклярусу и всяких других галантерейных вещей и уборов, что ещё по ныне в России не делают, а производят из-за моря великое количество ценою на многие тысячи». Для организации стекольного и мозаичного производства он просил дать ему землю с лесом и 200 душ крестьян мужского пола не далее 150 вёрст от Петербурга. В конце концов учёный выбрал лесные угодья в Копорском уезде.
Ломоносов просил разрешить выписать, если потребуется, мастеров из-за границы, освободить фабрику на несколько лет от налогов и пошлин, представить ему монополию на производство «упомянутых товаров» сроком на 30 лет, запретить импорт этих изделий после обеспечения достаточного их выпуска фабрикой и, наконец, выдать на строительство фабрики беспроцентную ссуду в размере 4000 рублей сроком на 5 лет.
декабря 1752 года Сенат разрешил «завести»
фабрику на этих условиях, а о пожаловании Ломоносову населённого имения
постановил ходатайствовать пред императрицей. Указом Елизаветы Петровны от 15
марта 1753 года академику Ломоносову были пожалованы Усть-Рудицкие земли в
Копорсокм уезде Санкт-Петербургской губернии (около 40 км²
с
211 душами крестьян мужского пола). Это было непростым подарком, какие делались
тогда монаршим фаворитам, а своего рода государственным инвестированием в
новаторский проект Ломоносова по организации в России производства цветного
стекла по передовым технологиям и возрождению мозаичного искусства.
Хлопоты академика-фабриканта
Фабрику заложили 6 мая 1753 года. Место для неё выбрали весьма удачно, так что проект оказался обеспечен и сырьевыми, и энергетическими ресурсами. В семи вёрстах т закладываемой усадьбы, в карьере близ деревни Шишкиной, имелся пригодный для стекловарения песок двух оттенков желтоватого и светлого, было поблизости и другое потребное сырьё - глина. Многоводная в те времена река Рудица обеспечивала производство необходимым количество чистейшей проточной воды. Необъятные окрестные лесные угодья давали материал для постройки производственных зданий (она была в основном закончена к весне 1755 года), в достатке обеспечивали топливом плавильные печи и позволяли производить в необходимых количествах поташ - основной компонент исходной стекольной смеси. Расположение усадьбы на берегу Рудицы позволило механизировать работу на фабрике, используя - впервые в истории стекольного дела в России - энергию падающего потока воды.
В технологическом плане всё было продумано отлично. Ломоносов сам проектировал, изготавливал и налаживал технологическое оборудование для стекольного производства. Так летом 1754 года он записал в журнале научных гидротехнических наблюдений и опытов: «Деланы опыты при пильной мельнице в деревне, как текущая по наклонению вода течение своё ускоряет и какою силою бьёт».
С большими трудностями столкнулся академик при поиске рабочей силы. В пожалованных ему деревнях проживало около 200 душ мужского пола ингерманландцев, которые совершенно не владели навыками строительных и фабричных работ и не были подготовлены к коллективному систематическому и изнурительному труду. Это были охотники, рыбаки и собиратели даров леса. Они стали то и дело бросать свои дома и скрываться в лесах. Поэтому нужное для строительства фабрики количество работников переселили из центральной России: это были государственные крестьяне. Для них был сооружен большой барак и разбиты огороды. Что же касается фабричного персонала, то подсобные работы - заготовку дров и древесного угля, подвоз материалов, толчение составов - выполняли «работники» (чернорабочие) из крестьян: в первые годы работы фабрики - от 10 до 20 человек, а ближе к 1763-му - от 40 до 60. Квалифицированный персонал - мастера и ученики - вначале насчитывал 14 человек, но уже вскоре Ломоносов выбрал для обучения «разным мастерством», то есть для подготовки из них квалифицированных рабочих (мастеровых) и в перспективе мастеров, ещё 13 молодых крестьян. Некоторых из них отправили в Петербург, в мозаичную мастерскую, находившуюся в собственном доме академика на Мойке.
Ломоносов был убеждён, что его фабрика сможет производство «упомянутых товаров…так размножить, что и за море отпускать оные можно будет». Он не сомневался в конкурентоспособности отечественных изделий, так как русское сырье для цветного стекловарения, и прежде всего поташ, было «дешевле заморского».
Конечно, в Ломоносовском проекте были и уязвимые места. Будучи ярким новатором-технологом, Михаил Васильевич не уделил должного внимания проблеме сбыта своей уникальной продукции, а государственные структуры - Мануфактур- и Коммерц-контора - не стремились указать ему помощь в организации хотя бы одной специализированной лавки. Определяя затраты на строительство фабрики и налаживание производства цветного стекла, на обучение мастерству фабричных рабочих, Ломоносов существенно занизил величину предполагаемого кредита и принял слишком оптимистические сроки возврата долгов по первым ссудам.