научная статья по теме ШУНГИТОВЫЕ ПОРОДЫ: ГОРИЗОНТЫ НАУЧНОГО ПОИСКА Науковедение

Текст научной статьи на тему «ШУНГИТОВЫЕ ПОРОДЫ: ГОРИЗОНТЫ НАУЧНОГО ПОИСКА»

ХИМИЯ И МЕТАЛЛУРГИЯ

Академик Леопольд ЛЕОНТЬЕВ, председатель Научного совета по металлургии

и металловедению РАН, кандидат технических наук Илья НЕКРАСОВ, старший научный сотрудник Института металлургии УрО РАН

(Екатеринбург)

Развитие человеческой цивилизации неразрывно связано

с металлургией, за много веков прошедшей путь от «алхимической магии» до передовой области знания о способах получения самых востребованных конструкционных материалов. Впрочем, достижения в данной области были бы невозможны без кооперации с химией. И сегодняшняя металлургия, если рассматривать ее не только в экономическом аспекте, т.е. как одну из важнейших отраслей промышленности, но и в научном — это прежде всего высокотемпературная электрохимия. Как же формировался плодотворный союз двух наук?

Вероятно, первой химической технологией в истории человечества было производство металлов путем восстановления из руд в примитивных горнах. Поэтому самый древний металлург был по совместительству еще и химиком. Посколь-

ку самой большой ценностью в древнем мире был огонь, то его берегли. Костры обкладывали камнями, защищавшими пламя от ветра и дождя. Сочетание древесного угля, некоторых пород камней и, конечно, высокой температуры периодически давало

интересный эффект: иногда, выгребая из очага золу, можно было заметить в ней застывшие капли восстановленного металла. Но прошло много времени, прежде чем очаг, предназначенный для обогрева и приготовления пищи, превратился в специализированный химический реактор — сыродутный горн, давний предок современной доменной печи.

Еще одно доказательство «генетической» связи химии с металлургией можно обнаружить в формулировках задач, которые ставили перед собой первые химики-экспериментаторы — алхимики древности и средневековья. Так, у английского философа и естествоиспытателя ХШ в. Роджера Бэкона встречаем такое определение: «Алхимия есть наука о том, как приготовить некий состав, или эликсир, который, если его прибавить к металлам неблагородным, превратит их в совершенные металлы». Как видно, в формулировке заложены вполне практические цели, связанные с получением металлов через изобретение «философского камня». Не вдаваясь в подробности наследия алхимии, можно отметить ее вклад в науку. Прежде всего он обусловлен приобретением навыков экспериментальной химии, расширением ее технических возможностей, что и подготовило состоявшийся позднее разрыв практики и магии.

Именно из алхимии на последнем этапе ее развития выделилась техническая химия, тесно связанная с металлургией. Это событие ознаменовалось выходом энциклопедических трудов, обобщавших опыт металлургических и химических технологий: «De к Pirotechшa» (1540 г., 10 томов) итальянского ал-

химика и архитектора Ванноччо Бирингуччо и «De Re Metallica» (1556 г., 12 томов) немецкого ученого Георга Агриколы.

Со временем техническая химия превратилась в точную науку, основанную не только на наблюдении, но и на измерении. На смену качественным зависимостям стали приходить количественные законы — свидетельство того, что идея атомов древнегреческого философа Демокрита (ок. 460 — ок. 360 г. до н.э.) окончательно вытеснила метафизику «философского камня» и начала приносить практические плоды.

После преодоления алхимии, т.е. с конца XVI в., формируются основы химии как науки. Один из основных ее законов — постоянства состава — открыт в начале XIX в. французским химиком Жозе-фом Луи Прустом. Суть его в том, что любое определенное химически чистое соединение независимо от способа его получения состоит из одних и тех же химических элементов, причем отношения их масс постоянны, а относительные числа их атомов выражаются целыми числами. Тогда же английский естествоиспытатель Джон Дальтон открыл закон кратных отношений, ввел понятие атомного веса, рассчитал его для ряда элементов, составил первую таблицу атомных весов, заложив тем самым теорию атомного строения вещества. Чуть раньше немецкий химик Иеремия Вениамин Рихтер (член-корреспондент Петербургской АН с 1800 г.) в своих работах впервые привел количественные уравнения реакций и показал, что при образовании соединений элементы вступают во взаимодействие в строго

Плавильная печь ХШ-ШИ вв. — все тот же горн древних, но усовершенствованный путем увеличения размеров и интенсификации дутья, что привело к росту температуры в рабочем пространстве (прообраз современной доменной печи). Гравюра из книги М.В. Ломоносова «Первые основания металлургии или рудных дел»(1763 г.).

определенных соотношениях, впоследствии названных эквивалентами. Отметим, что на этих открытиях базируется теория металлургических процессов, а в конечном итоге и практическая сторона металлургии как отрасли современной промышленности.

Считается, что основы физической химии были заложены нашим великим естествоиспытателем Михаилом Ломоносовым* в 40-е годы XVIII в., когда он попытался объяснить химические явления на основе законов физики и теории строения вещества. По его определению, «физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях».

Нельзя не отметить, что Ломоносов также занимался металлургией как отраслью промышленности. В работах, посвященных ей, а также горному делу — «Первые основания металлургии или рудных дел» и «О слоях земных», — он дал понятие о рудных жилах, их возрасте и причинах происхождения. Описал известные способы получения ряда металлов и их свойства. Вместе с тем внес целый ряд оригинальных предложений, в частности, первым высказал идею извлекать металлы из руд действием растворов химических реагентов — именно этот подход лежит в основе современный гидрометаллургии.

Важную роль в создании теории энергетики химических реакций сыграл отечественный химик

*См.: Э. Тропп. На пути к универсальному знанию. — Наука в России, 2011, № 5 (прим. ред.).

Герман Гесс (академик Петербургской АН с 1830 г.), автор основного закона термохимии — «постоянства теплоты». Он преподавал в Горном институте Петербурга — первом высшем техническом образовательном учреждении России (ныне Национальный минерально-сырьевой университет «Горный») и считается одним из основателей российских химической и металлургической учебно-научных школ.

Становлению химии как науки и теории металлургических процессов в немалой степени способствовали формирование понятия о химическом равновесии, а также разработка методов оценки скорости и направления развития реакций. Здесь мы выделим некоторых ученых, внесших значительный вклад в данные области знаний. Так, норвежский физико-химик Като Гульдберг и его соотечественник химик Петер Вааге в 1864—1867 гг. открыли закон действующих масс, лежащий в основе теории химического равновесия. А вот физик-теоретик, один из основоположников термодинамики и статистической механики Джозайя Уиллард Гиббс (США) получил признание за теоретическое рассмотрение химического равновесия. Его работы, посвященные равновесию гетерогенных систем, рассматриваются как одно из величайших научных достижений XIX в. Шведский физикохимик Сванте Аррениус (нобелевский лауреат 1903 г.) внес значительный вклад в формальную кинетику, а также теорию растворов.

Среди ученых того времени следует также отметить тех, без пионерских работ которых было бы

невозможно появление электрометаллургии, технологий электролиза. Например, английскому физику-экспериментатору и химику Майклу Фарадею (иностранный почетный член Петербургской АН с 1830 г.) принадлежат фундаментальные труды в области электролиза и индукции. Кроме того, он проводил опыты по выплавке стали с никелем и открыл нержавеющую сталь. Итальянский физик, химик и физиолог Алессандро Вольта в 1803 г. изобрел первый химический источник тока, так называемый «вольтов столб». В том же году русскому физику академику Петербургской АН Василию Петрову удалось создать самый мощный на то время «вольтов столб». Годом раньше он же открыл электрическую дугу и доказал ее применимость для плавки и сварки, восстановления металлов из руд.

Отметим также французских химиков Клода Бер-толле и Гаспара Монжа, которые еще в конце XVIII в.

в своих работах «Различные состояния железа» и «Наставление о выделке стали» сделали вывод о том, что различие между железом, чугуном и сталью в первую очередь определяется содержанием углерода. Высказанные ими представления о роли этого элемента в сплавах железа, развитые впоследствии другими учеными, способствовали развитию металловедения как самостоятельной отрасли знаний.

Отдельно необходимо остановиться на наследии русского ученого Дмитрия Менделеева*. Открытие им в 1869 г. Периодической системы элементов — одно из самых важных событий в истории науки. Главная особенность периодического закона — его «предсказательность». Иными словами, он позволяет описывать свойства элементов, которые еще не открыты. Без развития идей о связи атомных весов

*См.: М. Савченко. Гордость и слава России. — Наука в России, 2004, № 1 (прим. ред.).

Современная электродуговая сталеплавильная печь, в которой осуществляется переплав стального лома — полный рециклинг важнейшего конструкционного материала.

с физическими и химическими характеристиками были бы невозможны современные наука и технологии. Этим достижением человечество доказало, что оно все больше и больше осваивается в мире атомов Демокрита.

Значительная часть деятельности Менделеева была посвящена технико-экономическим исследованиям в области освоения рудных и угольных месторождений России и организации, говоря современным языком, «промышленных кластеров», прежде всего в Сибири и на Урале. Менделееву также принадлежит постановка фундаментальной проблемы «прямого получения железа и стали из руды, обходя чугун», решению которой отводится много внимания и в настоящее время.

Развитие металлургии как науки в XIX в. связано с именами ряда отечественных ученых. Так, Павел Аносов, будучи крупным организатором горнозаводской промышленности, предложил технологию производства булатной стали, Дмитрий Чернов в своих трудах заложил основы металловедения и теории

те

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Науковедение»