khimie.ru

О проведении анализов в древней Руси известно очень немного. Естественно, проверять состав различных материалов было необходимо всегда, и на Руси этим занимались знахари-травники, красильщики, кузнецы; были даже особые специалисты-рудознатцы. Приемы их работы не были записаны, поэтому ее химико-аналитические аспекты остались не изученными современной наукой. Как и в Западной Европе, первым этапом в развитии химического анализа стало «пробирное искусство», возникшее как отдельная отрасль металлургии и ставшее особым ремеслом. Начиная с XI в. в новгородских летописях упоминаются «узаконенные пробирщики» и «серебряники», которые должны были устанавливать «пробу» золота и серебра. Известно, что они применяли пробирный камень («оселок»), паяльную трубку, проводили пробные плавки.

«Пробирное искусство» не сводилось к определению драгоценных металлов. Пробная плавка медной руды позволяла оценить содержание в ней меди. Проводя растворение селитры в воде, определяли степень ее чистоты. Это было важно: нерастворимые примеси снижали качество черного пороха, получаемого из селитры. Первая «лаборатория» для испытания пороха появилась в XVI в. В источниках XVI —XVII вв. можно найти указания на проведение простейших химических анализов. В это время постепенно возникает русскоязычная терминология, связанная с проверкой состава веществ.

Надо отметить две специфические для России особенное первого этапа развития химии и химического анализа.

1. Химические знания были в основном эмпирическими, они не обобщались учеными. Каких-либо теоретических представлений в области химии создано на Руси не было. Были известны в отличие от стран Ближнего Востока и Западной Европы не популярны идеи Аристотеля об элементах и их превращениях, по-видимому, не было у нас и алхимиков. Правда, заезжали западные алхимики — «изготовители золота», специалисты по ядам и противоядиям, но их деятельность противоречила российским традициям и осуждалась православной церковью. Поэтому оставались на Руси алхимики недолго; вероятно, для некоторых из них это пребывание закончилось трагически. Запрет на алхимические изыскания был снят лишь Петром I, который говорил: «Я ни мало не хамю алхимику, идущего превращать металлы в золото…, для того, что изыскивая чрезвычайное, внезапно изобретает многие побочные полезные вещи. Такого рода людей должно всячески одобрять, а не презирать…».

2. Анализ руд и других минералов в России редко проводился в порядке личной инициативы, он еще с XV в. был частью государственной программы поиска полезных ископаемых. В середине XVII в. опробование руд и минералов являлось функцией одного из важнейших государственных учреждений — Приказа большой казны. Оттуда на Урал, в Сибирь и в другие земли посылались рудознатцы и плавильщики для исследования состава местных руд. С 1700 г. по указу Петра I местные власти должны были отбирать и доставлять в столицу «для освидетельствования» пробы всевозможных минералов. Было указано: «…по осмотру брать на пробу каждой руды по два пуда и посылать в помянутый приказ». В 1719 г. в Петербурге был создан особый государственный орган, который сегодня назвали бы, вероятно, Госкомитетом по геологии и горнорудной промышленности, а в петровскую эпоху называли коротко — Берг-коллегией. При этой организации в 1720 г. была создана испытательная лаборатория, в которой работали иностранные специалисты — минералоги и химики. Лаборатория анализировала доставляемые туда минералы и при преемниках Петра I. Результатом стало обнаружение и начало промышленной разработки ряда месторождений полезных ископаемых, особенно меди, серебра и золота. Именно с этой лаборатории и начинается история российской аналитической службы. Лаборатории при аптеках, вероятно, существовали и ранее, но химический анализ там не был основным делом.

Личный журнал Петра I содержит выписки из иностранных книг по химии и металлургии, записаны там и собственные наделения царя. Одна из записей касается способа различать сера-мышьяксодержащие оловянные руды: «Перво жечь так же, как медную руду, и буде в ней арсеник, то пойдет дым, а будет сера, то дыму _Не будет». Есть записи о способах проверки качества металлов о металлургических и химических технологиях, дан чертеж «пробирочной печи». Несомненно, Петр I и сам проводил несложные анализы − проверял состав сплавов, особенно серебряных, а также сталей.

По-видимому, именно собственный опыт помог царю понять значение исследования состава веществ, подтолкнул его к созданию первой в мире централизованной системы сбора геологических образцов и изучения их химического состава.

Идея государственной службы, контролирующей состав материалов, была реализована в России уже после смерти Петра. В 30-е гг. XVIII в. в Петербурге и Екатеринбурге были созданы испытательные лаборатории Монетного двора. В это же время появились заводские лаборатории, особенно на государственных («казенных») металлургических заводах Урала и Алтая, а иногда и на частных предприятиях. Сохранилось, например, подробное описание лаборатории Егожихинского медеплавильного завода (Пермь). В архивах можно найти требования к организации работы таких лабораторий, послужные списки руководителей. Описано небогатое оснащение (весы, паяльные трубки и т.п.). Известны даженекоторые методики, которыми пользовались первые российские химики-аналитики. Вначале методики заимствовали из практики европейских (преимущественно немецких) предприятий того же профиля. Постепенно они усовершенствовались или заменялись оригинальными. Так, на Нижнетагильском металлургическом заводе химик С. Скиндер в 60-е гг. XIX в. разработал достаточно точные и быстрые методики визуально-колориметрического определения серы, фосфора, углерода, марганца и других примесных элементов в чугунах и сталях. Они были основаны на переводе определяемых элементов в окрашенные соединения и применении стандартной шкалы. Для повышения точности измерений С. Скиндер сконструировал приборы — цветомер и нефелометр. При определении примеси на уровне 0,5 % абсолютная погрешность не превышала 0,03 %.

В первом изданном в России руководстве по пробирному делу (И. Шлаттер, 1739) отмечается, что никто в Европе не может похвалиться искусством разделения до такой высокой степени чистоты золота и серебра, кроме России. Чтобы добиться этого, нужны были не только оригинальные технические приемы и методики анализа, но и хорошо подготовленные кадры. Руководителями заводских лабораторий были горные инженеры — выпускники Горного института, им помогали выпускники специальных «школ горнозаводских наук», а черновую работу вели обученные непосредственно в лабораториях служители (лаборанты). В начале XIX в. появились и «организационно-методические центры» технического анализа. В Екатеринбурге государством была создана «центральная химическая лаборатория», в петербургском Горном институте − пробирная лаборатория. Последняя контролировала работу переферийных лабораторий. Главной целью деятельности всех лаборторий было «улучшение и упрощение металлургических процессов посредством точных химических исследований проплавляемых руд и продуктов».

В начале XIX в. в России была создана и другая отраслевая система государственных аналитических лабораторий, ее курировало Министерство финансов. Во всех губернских городах были открыты «пробирные палатки», при каждой из которых существовали и хорошо оборудованные для своего времени лаборатории. Их задачей было определение пробы изделий из драгоценных металлов. В особом пробирном уставе были определены правила изготовления и торговли изделиями из драгоценных металлов, расписаны обязанности «пробиреров» и «пробирщиков», которых готовили в особых школах. В 1841 г. в Петербурге и Москве были организованы Главные пробирные палатки.

Высококвалифицированные специалисты-химики В.М. Северян, Н. И. Иванов, В. В. Любарский разрабатывали для соответствующих лабораторий методики анализа, вели там свои исследования. Таким образом, российская школа аналитической химии складывалась в условиях взаимодействия с государственной службой, контролировавшей состав минерального сырья, металлов и сплавов.

Творческое освоение западноевропейской химической науки. М. В. Ломоносов как химик-аналитик. Эпоха петровских реформ характеризовалась не только заимствованием зарубежных технических достижений, но и усвоением теоретических знаний, в частности химических. Сам Петр I во время своих поездок в Западную Европу посещал химические лаборатории, наблюдал в Парижской академии химические опыты (их демонстрировал Н. Лемери), встречался с Г. В. Лейбницем, И. Ньютоном и другими видными учеными того времени, многих из них приглашал продолжать исследования в России. При создании Академии наук (1724 — 1725) была предусмотрена должность профессора химии, однако приглашаемые на эту должность иностранцы заметных научных результатов не достигли. Отчасти из-за объективных обстоятельств (в Академии долго не было химической лаборатории), отчасти из-за недостаточной квалификации приезжих. В 1745 г. первым российским академиком-химиком стал Михаил Васильевич Ломоносов, прошедший обучение в германских университетах. У М. В. Ломоносова были хорошие учителя, в частности известный немецкий химик и металлург И. Ф. Генкель из Фрайберга, последователь Э. Щталя — т. е. сторонник теории флогистона. Химию М. В. Ломоносов всегда считал своей главной профессией, хотя современниками был признан в основном как поэт. Труды М. В. Ломоносова-химика были поняты и оценены немногими. До начала ХХ в они оставались забытыми, и только в результате исторических изысканий Б. Н. Меншуткина выяснилась действительная роль М. В. Ломоносова в истории отечественной химической науки.

Михаил Васильевич Ломоносов — первый российский ученый-естествоиспытатель, поэт, литературовед, художник, просветитель. Первые исследования М. В. Ломоносова, судя по их изложению в его книге «Элементы математической химии», не отличались большим объемом (сказывалось отсутствие лаборатории), но были интересны по замыслу и хорошо продуманы. Экспериментальные работы он развернул в основном после создания в Санкт-Петербурге Химической лаборатории Академии наук (1748). Не очень большая по площади (150 м²) лаборатория была создана М. В. Ломоносовым по собственному проекту оснащена необходимыми приборами, в частности точными весами, устройством для фильтрования под давлением, специальными печами и тягой. Основным методом работы стал химический (весовой) анализ. Руководитель лаборатории придавал особое значение чистоте реактивов и точности взвешивания.

В этой лаборатории систематически занимались студенты созданного при Академии университета. М. В. Ломоносов читал им лекции по физической химии, причем на русском языке, а не на латыни что было в то время новшеством. Отметим, что подобную учебно-исследовательскую лабораторию, имевшую огромное значение для развития химии в Германии, Ю.Либих создал гораздо позднее М. В. Ломоносова. Правда, у М.В.Ломоносова было гораздо меньше учеников − максимум три слушателя. Именно в эти годы он пришел к мысли о неизменности суммарной массы реагирующих веществ и начал опыты по ее проверке. Ученик М. В. Ломоносова В. И. Климентьев, к сожалению, рано умерший, подготовил в 1754 г. диссертацию «Об увеличении веса, который некоторые металлы приобретают после осаждения». Его М. В. Ломоносов видел своим преемником и поручал ему все химико-аналитические работы. Развитию аналитических исследований помешали смерть В. И. Климентьева и отставка М. В. Ломоносова от лаборатории (1757). М. В. Ломоносов вскоре создал новую лабораторию у себя в доме, а затем еще одну — на стекольной фабрике в Усть-Руднице, но о результатах проведенных там исследований известно совсем мало. А в созданной Ломоносовым академической лаборатории на 2-й линии Васильевского острова позднее работали другие петербургские химики. До 1918 г. эта лаборатория (переведенная в другое здание и значительно расширенная) была единственным химическим научно-исследовательским учреждением Академии наук, а позднее послужила базой для создания ряда институтов.

М. В. Ломоносов хорошо понимал значение химического анализа. Во «Введении в истинную физическую химию» он отмечал, что для объяснения частных качеств тел и их изменений обязательно требуется познание их состава. Хорошо владея современным ему «пробирным ис кусством», М. В. Ломоносов лично выполнял многочисленные анализы, в том числе по заказам. Техника выполнения анализов была детально изложена им в учебнике «Первые основания металлургии или рудных дел (1742, 1763). М. В. Ломоносов сам разрабатывал методики анализа. При этом он проводил четкое различие между растворением металлов кислотах, которое сопровождается химическими изменениями, и растворением солеи в воде, при котором химические изменения, как он считал, не происходят. М.В.Ломоносова интересовал механизм криталлизации и влияние разных факторов на растворимость осадков. Им была установлена связь концентрации раствора и температуры его замерзания. М. В. Ломоносов пытался также связать внешнюю окраску веществ с их химическим составом (задача, не разрешенная в полном объеме и поныне).

К сожалению, наряду с признанием подлинных достижений и ярких прозрений гениального ученого, ему в XX в. приписывали и немало лишнего. Особенно в 1940—1950-е гг., когда все российское полагалось считать совершенно оригинальным и самым лучшим. Тогда в печати появлялись статьи типа «Ломоносов — основатель аналитической химии» (А.X. Баталии). Авторы в целом очень хорошего советского учебника по аналитической химии (Ю. А. Клячко и М. М. Шапиро), не приводя никаких аргументов, утверждали: «Количественный анализ был основан М.В.Ломоносовым в середине XVIII в.». Однако М. В. Ломоносов настолько велик, что не нуждается в подобных преувеличениях.

М. В. Ломоносов действительно сыграл определенную роль в развитии отечественной аналитической химии, но не ту, которую ему приписывали, а именно: создал первую в России научно-исследовательскую химическую лабораторию, в которой учил студентов началам химического анализа; применял микроскоп для идентификации солей (по-видимому, он делал это раньше А. С.Маргграфа, которого считают основателем метода микрокристаллоскопии); написал один из первых в России учебников по техническому анализу металлов, причем в своих книгах излагал начала «пробирного искусства», фактически не привлекая (в отличие от Т. Бергмана и других современных ему авторов) представлений о флогистоне, хотя был сторонником этой теории.

Вывод М.В.Ломоносова о постоянстве массы веществ в химических реакциях (1748) опирается не столько на экспериментальные данные (хотя и на них тоже), сколько на общефилософские соображения о неуничтожимости материи. М. В. Ломоносов был убежден в справедливости атомно-молекулярной гипотезы, верил в неизменность атомов в ходе химических реакций. Отсюда и вытекала его уверенность в постоянстве суммарной массы реагирующих веществ. Догадка была подтверждена известным экспериментом по прокаливанию металлов в запаянных ретортах (1756). Однако проверка была проведена на реакциях только одного типа. Этого было бы вполне достаточно для опровержения теории Флогистона, но недостаточно для утверждения нового универсального закона. А. Л. Лавуазье независимо от М. В. Ломоносова доказал справедливость закона сохранения массы на множестве реакций разного типа. Он разгромил теорию флогистона и применил новый закон для теоретического обоснования элементного анализа органических соединений. Путем химического анализа А. Л. Лавуазье доказал также, что в ходе реакций элементы образуют новые соединения, но не переходят друг в друга. Поэтому именно его во всем мире считают единственным автором закона сохранения массы веществ, столь важного для аналитической химии как науки.

Несомненно, М. В. Ломоносов был одним из предшетствеников А. Л. Лавуазье, причем непосредственным и ближайшим. Намеченная им программа всестороннего физико-химического исследования реакций осаждения могла привести нашего соотечественника к доказательству закона сохранения массы веществ (до А. Л. Лавуазье) и теоретическому обоснованию весового анализа (до Т. Бергмана), но, к сожалению, эта программа не была реализована.