внеклассное мероприятие по предмету « М.В. Ломоносов – ученый химик» 9-10 классы

МОУ «Средняя общеобразовательная школа №4 г Вельска»

 Архангельской области

внеклассное мероприятие по предмету

« М.В. Ломоносов – ученый химик»

9-10 классы

Панова Елена Владимировна –

учитель химии МБОУ «Средняя

                                                                     общеобразовательная  школа

                                               №4 г. Вельска» ,

Пояснительная записка

В 2011 году исполнилось  300 лет со дня рождения первого российского академика Михаила Васильевича Ломоносова (19.11.1711-15.04.1765). Выдающийся ученый, Человек и Гражданин своей страны, он жил и творил в послепетровскую эпоху, когда происходили исторически значимые социальные преобразования.  Гений М.В. Ломоносова проявился в его многогранном таланте, благодаря которому он смог стать «первым нашим университетом». (А.С. Пушкин).

Основной областью своей деятельности М. В. Ломоносов считал химию

Подводя итоги своей деятельности,  в мае 1764 года М. В. Ломоносов выбирает из всего своего творчества то, что представляется ему наиболее важным. Результатом этого анализа явилось описание девяти «открытий», из которых четыре имеют отношение к исследованиям, основанным на его корпускулярном учении и гипотезе о вращательном движении составляющих тела частиц

(физическая химия, теория растворов), остальные относятся к минералогии и геологии , изучению электрических явлений  и гравиметрии.

Актуальность обращения к жизни и деятельности первого российского академика обусловлена необходимостью познания его наследия, потребностью изучения личности и судьбы ученого.

Цель: Знакомство учащихся с деятельностью великого русского ученого М.В. Ломоносова, его важнейшим и работами в области химии

Задачи:

1.     Познакомить учащихся с научной и творческой деятельностью М.И. Ломоносова, как ученого  химика.

2.     Воспитать чувство гордости за северный край, подаривший миру великого ученого М.В. Ломоносова

Содержание

Вступление. В истории отечественной и мировой науки и культуры Михаил Васильевич Ломоносов занимает особое место. Это был один из образованнейших русских людей XVIII века. Сложно назвать область науки, техники и культуры, в которую он не внес бы свой вклад. Его научные интересы были чрезвычайно широки и многогранны. Работы ученого в области физики, химии, астрономии, оптики, геологии, минералогии и кристаллографии, техники, географии и метеорологии, экономики, истории и литературы, педагогики и психологии заложили основы для развития этих наук. Он создал первую в России научную химическую лабораторию, организовал астрономические и метеорологические исследования, участвовал в снаряжении географических и геологических экспедиций, в подготовке морских плаваний с целью изучения и освоения Северного морского пути. Он разработал проекты переустройства Петербургской академии наук. Автор идеи и инициатор вместе с И.И. Шуваловым открытия Московского университета. Многогранен не только талант Ломоносова как ученого-энциклопедиста, но и удивительна сама его личность, отличавшаяся постоянным стремлением к научному поиску, неутолимой жаждой знаний, упорством и бескорыстием в науке, самоотверженной любовью к своей стране, к своему народу, «радением за распространение наук в Отечестве».

 Основной областью своей деятельности М. В. Ломоносов считал химию, но как показывает его наследие, эта дисциплина, вступая на разных этапах его творчества во взаимодействие с другими разделами естествознания, оставалась в неразрывной связи с ними в контексте всего разнообразия его исследований, которые, в свою очередь, пребывали во взаимосвязи между собой.

 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 после учебы за границей  Ломоносов приступил к экспериментальным исследованиям в области химии.  Семилетняя борьба Ломоносова за создание первой в России научной химической лаборатории, начатая им в 1741 г., окончилась его победой. Лаборатория Ломоносова была окончена постройкой к 12 октября 1748 г Еще до окончания постройки лаборатории, в июле и в августе 1748 г. Ломоносов составил заявки на потребную посуду, инструменты и материалы, с указанием, где их можно достать. Находилась первая лаборатория Ломоносова, показано нами на плане, представляющем собой часть Васильевского острова города Ленинграде. Лаборатория была построена на расстоянии около 30 м от дома, где жил Ломоносов; это давало возможность ему бывать в ней почти безотлучно. Лаборатория представляла собой одноэтажное кирпичное здание с двухскатной крышей, покрытой черепицей. Две трубы возвышались над крышей; одна из них играла роль вентиляции и предназначалась для отвода продуктов горения лабораторных печей, другая - для отвода дыма из печи для отопления. Здание состояло из сводчатого помещения, где находились лабораторные печи, и двух небольших комнат, названных Ломоносовым «камерами». Одна из камер предназначалась «для взвешивания материй, разделения их и т. д.», Другая - «для посуды, которая не всегда в употреблении, кладовая для хранения». Чердак предназначался для хранения приборов и химической посуды.

В своей Химической лаборатории М. В. Ломоносов в 1752—1753 годах впервые за всю историю науки читал курс физической химии студентам академического университета. А разрешение на строительство этой лаборатории он смог получить только после трёхлетних усилий — это была первая научно-исследовательская и учебная лаборатория в России.

 Сам Ломоносов так писал об этом: «В нашей лаборатории девять печей, которых нам достаточно». Далее он перечисляет их: 1) плавильная печь, 2) пробирная печь, 3) вторая плавильная печь, 4) перегонная печь, 5) печь с сильным дутьем, 6) финифтяная печь, 7) обжигательная печь, 8) печь для варки стекла и 9) печь для дигерирования (т. е. для длительного нагревания при слабом огне).Краткое описание печного оборудования лаборатории говорило о том, что Ломоносов имел в виду основательно заниматься работами, связанными с плавкой и обжигом. Можно смело сказать, что если бы Ломоносов предполагал создать специальную силикатную лабораторию, предназначенную прежде всего для работ по химии и технологии стекла и фарфора, он не оборудовал бы ее иначе, чем была оборудована его химическая лаборатория. Как известно, Ломоносов действительно занимался в ней много работами по химии и технологии стекла, а также работами по фарфору. . В лаборатория производилась экспертная оценка различных красок отечественного производства, и эти краски сравнивались с ввозимыми из-за рубежа. Создавались и собственные краски. Известно, что удалось получить краску «наподобие берлинской лазури»; предполагают, что создавались и другие краски. Судя по отчетам, такие же работы велись в лаборатории в течение ряда лет, и в результате удалось найти хорошие красящие вещества не только для прозрачных, но и для непрозрачных цветных стекол — смальт. Их Ломоносов стал изготовлять для мозаик вначале в химической лаборатории. Поиск стойких, не разлагающихся при варке стекла красителей был кропотливым и сложным делом. Набор известных в то время красителей был невелик, многие рецепты содержались мастерами в секрете, по этому Ломоносову пришлось произвести множество опытов, в которых проверялись не только рецептура, но и весь технологический процесс варки цветного стекла. Отыскивались необходимые материалы для тиглей и огнеупоров стекловаренных печей, определялся оптимальный режим варки. Как выяснил один из исследователей научного творчества Ломоносова Б.Н.Меншуткин, основным способом получения красителей было осаждение, в результате которого ученый получал окрашенные гидраты оксидов или основных солей тяжелых металлов. Особенно сложным оказалось раскрытие тщательно охраняемого мастерами секрета варки рубиновых стекол.           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.

Им разработана технология цветных стёкол (прозрачных и «глухих» — смальт)^]. Эту методику он применил в промышленной варке цветного стекла и при создании изделий из него.  Стекольное производство того времени имело в своём распоряжении весьма скудный ассортимент ещё в XVII веке обладал секретом красного стекла — «золотого рубина реактивов, что, конечно, сказывалось на окраске изделий: производившееся Санкт-Петербургским стеклянным заводом было в основном бесцветно, или окрашено в синий и зелёный цвета. Немецкий стеклодел Иоганн Кункель» (извесен ещё в Древнем Риме — включение золота при варке). Но и Кункель унёс в могилу свою тайну. М. В. Ломоносов был одним из первых, кто разгадал эту рецептуру..В результате большой серии опытных варок  Ломоносов сумел найти нужную концентрацию золота и способы его введения во фритту (полуготовую стекольную массу) и в 1751 г. сумел создать такое стекло.  Он интересовался природой света и цветов с самого начала своей научной деятельности. Тогда же, в ходе размышлений о природе цветов, им был задуман ряд опытов с цветными стёклами. И в согласовании со своими теоретическими исследованиями эти эксперименты М. В. Ломоносов получил возможность проводить с 1748 года в своей Химической лаборатории, когда им были получены такие стёкла, рецептуры которых нашли применение впоследствии, при создании его мозаичных работ. В 1753—1754 годах недалеко от Ораниенбаума в деревне Усть-Рудицы Копорского уезда М. В. Ломоносов получает для строительства стекольной фабрикие земельный надел. Усть-Рудицкая фабрика представляла собой своеобразное и в полной мере новое стекольное промышленное предприятие, и поскольку руководил ею создатель науки о стекле, ведущее место отведено было лаборатории, причём находившейся в процессе эксперимента и в постоянном совершенствовании. Первоначально на фабрике выпускался только бисер, пронизка, стеклярус и мозаичные составы (смальты). Через год появляются различные «галантерейные изделия»: гранёные камни, подвески, броши и запонки. С 1757 года фабрика начинает выпускать столовые сервизы, туалетные и письменные приборы — всё из разноцветного стекла, по большей части бирюзового. Постепенно, по прошествии нескольких лет, было налажено производство крупных вещей: дутых фигур, цветников, украшений для садов, литых столовых досок. Неоспоримые достоинства стекла и польза для человека воспеты великим русским ученым  М.В.Ломоносовым в 1752 году  в письме генералу Шувалову «О пользе Стекла»:

             Неправо о вещах те думают, Шувалов,

Которые Стекло чтут ниже Минералов,

Приманчивым лучем блистающих в глазах.

Не меньше польза в нем, не меньше в нем краса.

Из смальт  возродили  произведения изобразительного искусства — «мозаичные картины» и монументальные панно.  Еще до того как Ломоносову удалось обзавестись химической лабораторией, он обратил внимание на мозаику — древнее искусство составлять из цветных стеклянных сплавов (смальт) немеркнущие картины и портреты. Несколько мозаичных работ привез в 1746 году из Рима граф Михаил Илларионович Воронцов, в доме которого часто бывал Ломоносов. Ломоносова живо заинтересовала искусная работа итальянских мастеров, доведших свою смальтовую «палитру» до нескольких тысяч оттенков, что позволяло им виртуозно копировать масляную живопись. Ломоносов хорошо знал, что мозаика была известна еще Киевской Руси. Разрабатываемая Ломоносовым теория «трех цветов» (он полагал, что белый свет состоит из трех основных цветов — красного, желтого и голубого) имела, несомненно, значение для развития цветоведения. Установив трехмерность многообразия цветов, Ломоносов указывал пути для решения практических задач цветотехники, нашедшей в наше время такое широкое применение в цветной фотографии, печати, кино. Он трудится над созданием приборов для получения любых цветов через сложение или вычитание трех основных. Принципы этих приборов осуществлены в современных колориметрах.
Ломоносов всегда стремился связать свои теоретические изыскания с живой и непосредственной практикой. Работа по изобретению цветных прозрачных и непрозрачных стекол была для него одним из средств обоснования теории цветов. Здесь сама химия приходила ему на помощь, так как точно установленные химические вещества, взятые в точно измеренных весовых пропорциях, определяли характер и интенсивность цвета, окрашивающего стеклянную массу. Проблема света и цвета получала здесь как бы идеальное разрешение. Сверкающие, как самоцветы, смальты Ломоносова, были несравненно ярче и богаче по своим красочным возможностям итальянских. Но этого было недостаточно. Ломоносову предстояло еще разработать методы отливки и шлифовки смальты, из которой составлялись картины. Пришлось ему отыскать и лучший рецепт мастики, которой смальта скреплялась на медном подносе, и, наконец, стать самому художником, так как мастеров-мозаичистов у нас не было. Ломоносов не только сам отлично справляется с этой работой, но и набирает себе учеников, которых обучает мозаичному делу. В 1764 г. была выполнена  14 футов длиной и 9 футов высотой знаменитая  «ужасно красивая и большая картина, которая должна была представлять Полтавскую баталию»До нашего времени сохранились следующие мозаики Ломоносова:
Нерукотворный Спас (Исторический Музей, Москва)
Пётр I 1754г.(Государственный Эрмитаж)
Бог Отец 1757г. (Исторический Музей, Москва)
Александр Невский 1757-1758гг. ( Музей Ломоносова)
Императрица Елизавета Петровна 1758-1760гг. (Государственный Русский Музей)
Апостол Пётр 1761г. (Государственный Эрмитаж)
Екатерина II 1763г. (Государственный Русский Музей)
Полтавская Баталия 1762-1764гг. (АН России, С.-Петербург)

.

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.

           1744 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 подругому 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.

           Прошло время, прежде чем учёный получил в своё распоряжение прекрасную химическую лабораторию           Курс физической химии Ломоносов начинает с определения новой науки: «Физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях. Она может быть названа также химической философией, но в совершенно другом смысле, чем та мистическая философия, где не только скрыты объяснения, но и сами операции производятся тайным образом». Для того чтобы выяснить, «что происходит в химических телах при химических операциях», необходимо, считал Ломоносов, прежде всего, выяснить химический состав тел, или, говоря его языком, определить те «начала», из которых данное вещество состоит. Ученый был убежден, что всякое смешанное тело, какого бы сложного состава оно ни было, может быть разделено на составляющие, «в которых нельзя отделить друг от друга никакими химическими операциями или различить рассуждением разнородные тела». Ломоносов полагал, что существует две группы частных качеств химических тел. В первую группу он выделял те, которые зависят от различного сцепления частиц. Ко второй группе частных качеств Ломоносов относил цвет, прозрачность, вкус, запах. Учёный разработал свою теорию, согласно которой любой цвет (кроме чёрного) можно разложить на три простые составляющие - красный, жёлтый и голубой. Из выдвинутого Ломоносовым положения логически вытекает его утверждение, «что изменение смешанного тела происходит от прибавления или потери одной из нескольких составляющих» .

           Говоря о применяемой химиками воде, Ломоносов обращает внимание на имеющиеся в ней примеси, способные исказить картину химических изменений, поэтому следует «для физического познания составных частей применять самую чистую воду». Далее он указывает на то, что вода входит в состав многих химических веществ, что доказывается изменением их вида при прокаливании. Следовательно, вода, применяемая в качестве средства, должна строго различаться от той, которая «существует в самом теле как составная часть».

           Надо сказать, что большинство физико-химических исследований и сочинений Ломоносова остались незаконченными. Можно предположить, что основной причиной тому была незаурядная разносторонность ученого.

           В заключение подведем некоторый итог сделанному Ломоносовым в химии и физической химии. За сравнительно короткое время в основанной им химической лаборатории были заложены научные основы русской промышленности по производству цветного стекла. Разработаны приемы и методы аналитических исследований руд и сырья из различных месторождений России. Работы Ломоносова в области физической химии заложили основы развития этой науки в нашей стране.

           И, пожалуй, самое важное в его трудах - это пропаганда химических знаний. Непревзойденным образцом такого рода остается «Слово о пользе химии», прочитанное в Академическом собрании в 1751 г. До сих пор живут сказанные тогда слова: «Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие... Куда ни посмотрим, куда ни оглянемся, везде обращаются пред очами нашими успехи ея прилежания ».

 Молекулярно-кинетическая теория тепла

Одним из выдающихся естественнонаучных достижений М. В. Ломоносова является его молекулярно-кинетическая теория тепла. В середине XVIII века в европейской науке господствовала теория теплорода, впервые выдвинутая Робертом Бойлем. В основе этой теории лежало представление о некой огненной (или, как вариант, холодообразующей) материи, посредством которой распространяется и передается тепло, а также огонь.

М. В. Ломоносов обращает внимание научного сообщества на то, что ни расширение тел по мере нагревания, ни увеличение веса при обжиге, ни фокусировка солнечных лучей линзой, не могут быть качественно объяснены теорией теплорода. Связь тепловых явлений с изменениями массы отчасти и породили представление о том, что масса увеличивается вследствие того, что материальный теплород проникает в поры тел и остается там. Но, спрашивает М. В. Ломоносов, почему при охлаждении тела теплород остаётся, а сила тепла теряется?
Опровергая одну теорию, М. В. Ломоносов предлагает другую, в которой с помощью бритвы Оккама он отсекает лишнее понятие теплорода. Вот логические выводы М. В. Ломоносова, по которым, «достаточное основание теплоты заключается»:

1.     «в движении какой-то материи» — так как «при прекращении движения уменьшается и теплота», а «движение не может произойти без материи»;

2.     «во внутреннем движении материи», так как недоступно чувствам;

3.     «во внутреннем движении собственной материи» тел, то есть «не посторонней»;

4.     «во вращательном движении частиц собственной материи тел», так как «существуют весьма горячие тела без» двух других видов движения «внутреннего поступательного и колебательного», напр. раскалённый камень покоится (нет поступательного движения) и не плавится (нет колебательного движения частиц).

«Таким образом, мы Утверждение, что колебательное движение влечет распад тела и потому не может служить источником тепла, тем не доказали a priori и подтвердили a posteriori, что причиною теплоты является внутреннее вращательное движение связанной материи»^[49].

Эти рассуждения имели огромный резонанс в европейской науке. Теория, как и полагается, более критиковалась, нежели принималась учеными. В основном критика была направлена на следующие стороны теории:

1.     Частицы М. В. Ломоносова обязательно шарообразны, что не доказано (по мнению Рене Декарта прежде все частицы были кубические, но после стерлись до шаров);

менее, общеизвестно, что частицы колоколов колеблются веками и колокола не рассыпаются;

2.     Если бы тепло путем вращения частиц передавалось лишь передачей действия, имеющегося у тела, другому телу, то «б и куча пороху не загоралась» от искры;

3.     И так как, вследствие затухания вращательного движения при передаче его от одной частицы к другой «теплота Ломоносова купно с тем движением пропала; но сие печально б было, наипаче в России»^[50].

«Коловратное движение»

Все сии диссертации не токмо хороши, но и весьма превосходны, ибо он [Ломоносов] пишет о материях физических и химических весьма нужных, которые по ныне не знали и истолковать не могли самые остроумные люди, что он учинил с таким успехом, что я совершенно уверен в справедливости его изъяснений. При сём случае г. Ломоносову должен отдать справедливость, что имеет превосходное дарование для изъяснения физических и химических явлений. Желать должно, чтоб и другия Академии в состоянии были произвести такия откровения, как показал г. Ломоносов. Эйлер в ответ к его сиятельству г. президенту 1747 года.^[51]

М. В. Ломоносов утверждает, что все вещества состоят из корпускул — молекул, которые являются «собраниями» элементов — атомов. В своей диссертации «Элементы математической химии» (1741; незакончена) учёный дает такое определения: «Элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших и отличающихся от него тел… Корпускула есть собрание элементов, образующее одну малую массу».

В более поздней работе (1748) он вместо «элемента» употребляет слово «атом», а вместо «корпускула» — партикула (лат. particula) — «частица» или «молекула» (лат. molecula). «Элементу» он придаёт современное ему значение — в смысле предела делимости тел — последней составной их части. Древние говорили: «Как слова состоят из букв, так и тела — из элементов». Атомы и молекулы (корпускулы и элементы) у М. В. Ломоносова часто также — «физические нечувствительные частицы», чем подчёркивает, что эти частицы чувственно неощутимы. М. В. Ломоносов указывает на различие «однородных» корпускул, то есть состоящих из «одинакового числа одних и тех же элементов, соединенных одинаковым образом», и «разнородных» — состоящих из различных элементов. Тела, состоящие из однородных корпускул, то есть простые тела, он называет началами (лат. principium).^[5][52]

Своей корпускулярно-кинетической теорией тепла М. В. Ломоносов предвосхитил многие гипотезы и положения, сопутствовавшие дальнейшему развитию атомистики и теорий строения материи. В его тезисах, логических построениях и доказательствах можно наблюдать следующие аналогии с представлениями, ставшими актуальными более чем сто лет спустя: атомы — шарообразные вращающиеся частицы — следующий шаг был сделан только с гипотезой электрона (1874; точнее, ещё позже — с появлением модели вращательного движении частиц вокруг ядра — электронная конфигурация, вращательная симметрия), увеличение скорости вращения сказывается повышением температуры, а покой — предвосхищает мысль об абсолютном нуле и невозможности его достижения (второе начало термодинамики — 1850; по Дж. Джоулю (1844) теплота — следствии вращательного движения молекул; теплота, как следствие вращения частиц — у У. Д. Рэнкина — при обосновании второго закона термодинамики); М. В. Ломоносов, при ошибочной исходной тезе о соприкосновении частиц (но — вращательном!), тем не менее, впервые использует геометрическую модель для доказательства, связанного с формой, строением и взаимодействием разной величины шарообразных атомов; опытным путём вплотную приблизился к открытию водорода; дал кинетическую модель идеального газа, по отдельными положениям, при ряде поправок — соответствующую принятой в дальнейшем; демонстрирует зависимость между объёмом и упругостью воздуха (см. закон Бойля-Мариотта), тут же указывает на дискретность её для воздуха при сильном его сжатии, что определяет конечный размер его молекул — настоящая мысль применена Я. Д. Ван-дер-Ваальсом в выводе уравнения реального газа; рассматривая тепло и свет (1756—1757), М. В. Ломоносов приходит к выводам о вращательном («коловратном») распространении частиц тепла и волновом («зыблющемся») — частиц света (в 1771 году тепловое излучение, «лучистую теплоту», рассматривает К. В. Шееле); русский учёный говорит об одном происхождении света и электричества, что, при определённых поправках на общие представления времени, сопоставимо с положениями электромагнитной теории Д. К. Максвелла. Некоторые из этих утверждений в той или иной форме в дальнейшем высказывались другими учёными, в едином рассмотрении — никем. Справедливость этих аналогий и предшествие гипотез М. В. Ломоносова достаточно убедительно показаны химиком и историком науки Н. А. Фигуровским и многими другими учёными^[4][5][52].

Вращательное движение М. В. Ломоносов положил в основу своей «Натуральной философии», как один из фундаментальных принципов мироздания. При всём умозрительно-философском характере и логике идей М. В. Ломоносова (учёный достаточно широко использовал и математический аппарат; но математика сама по себе ни есть «абсолютный гарант достоверности» — достоверны должны быть исходные — неслучайно У. Гиббс заявляет: «Математик может говорить всё, что ему заблагорассудится, физик должен сохранять хоть толику здравого смысла»; приблизительно об этом же говорит П. Дюэм^[53]), они убедительны и справедливы (это отмечал, как мы видим, и математик Леонард Эйлер) и хорошо согласуются с последовавшими через многие десятилетия открытиями — подобно открытию продолжателя его — Д. И. Менделеева, который, не зная строения атома, дал фундаментальный закон, которым впоследствии руководствовались те, кто постигал именно это строение.^[4][5][52]

Выводы механической теории теплоты, подтвердив саму её, впервые обосновали гипотезу об атомно-молекулярном строении материи — атомистика получила объективные естественнонаучные доказательства. С корпускулярной теорией и молекулярно-кинетическими взглядами М. В. Ломоносова напрямую связанно его понимание актуальности закона сохранения вещества и силы (или движения). Принцип сохранения силы (или движения) для него стал начальной аксиомой в рассмотрении им аргументов в обосновании молекулярного теплового движения. Принцип этот регулярно применяется им в ранних работах. В диссертации «О действии химических растворителей вообще» (1743) он пишет: «Когда какое-либо тело ускоряет движение другого, то сообщает ему часть своего движения; но сообщить часть движения оно не может иначе, как теряя точно такую же часть». Аналогичны соображения о принципе сохранения вещества, показывающего несостоятельность теории теплорода. Руководствуясь им, М. В. Ломоносов выступает с критикой идей Р. Бойля о преобразовании огня в «стойкую и весомую» субстанцию. В «Материалах для биографии Ломоносова» в документе № 165 — видим, что учёный пишет в декабре 1756 года: «В Химии: 1) Между разными химическими опытами. которых журнал на 13 листах, деланы опыты в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать: прибывает ли вес металлов от чистого жару. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Боция (ошибка — следует читать, конечно, Бойля) мнение ложно, ибо без пропущения внешенего воздуха вес сожжённого металла остаётся в одной мере…». В 1774 году А. Л. Лавуазье опубликует работу, в которой описаны аналогичные опыты; позднее им был сформулирован и опубликован закон сохранения вещества — результаты опытов М. В. Ломоносова не были опубликованы, поэтому о них стало известно только через сто лет.^[5][11][52].

В письме к Л. Эйлеру он формулирует свой «всеобщий естественный закон» (5 июля 1748 года). повторяя его в диссертации «Рассуждение о твердости и жидкости тел» (1760)^[5][52]:

Являясь противником теории флогистона, М. В. Ломоносов, тем не менее, вынужден был делать попытки согласования её со своей «корпускулярной философией» (например, объясняя механизм окисления и восстановления металлов, «состав» серы — рационального понимания явлений не было, отсутствовала научная теорией горения — еще не был открыт кислород), что было естественно в современной ему всеобщей «конвенциональности» относительно теории «невесомых флюидов» — иначе он не только не был бы понят, но его идеи вообще не были бы приняты к рассмотрению. Но учёный уже подвергает критике Г. Э. Шталя: «Так как восстановление производится тем же, что и прокаливание, даже более сильным огнем, то нельзя привести никакого основания, почему один и тот же огонь то внедряется в тела, то из них уходит».

Основные сомнения М. В. Ломоносова связаны с вопросом невесомости флогистона, который, удаляясь при кальцинации из металла, даёт возрастание веса продукта прокаливания — в чём учёный усматривает явное противоречие «всеобщему естественному закону». М. В. Ломоносов оперирует флогистоном как материальным веществом, которое легче воды — по существу указывая на то, что это — водород. В диссертации «О металлическом блеске» (1745) он пишет: «…При растворении какого-либо неблагородного металла, особенно железа, в кислотных спиртах из отверстия склянки вырывается горючий пар, который представляет собой не что иное, как флогистон, выделившийся от трения растворителя с молекулами металла (ссылка на „Диссертацию о действии химических растворителей вообще“) и увлеченный вырывающимся воздухом с более тонкими частями спирта. Ибо: 1) чистые пары кислых спиртов невоспламенимы; 2) извести металлов, разрушившихся при потере горючих паров, совсем не могут быть восстановлены без добавления какого-либо тела, изобилующего горючей материей». К аналогичному выводу («горючий воздух» — флогистон, позднее названный водородом), более 20 лет спустя пришел английский ученый Г. Кавендиш^[56], который был уверен, что его открытие разрешает все противоречия теории флогистона. Идентичный вывод М. В. Ломоносова в работе «О металлическом блеске» (1751) «остался незамеченным»,^[5][11][52]

М. В. Ломоносов своей «корпускулярной философией» не только подвергает критике наследие алхимии и ятрохимии, но, выдвигая продуктивные идеи, использовавшиеся им на практике — формирует новую теорию, которой суждено было стать фундаментом современной науки.^[52]

[править] Физическая химия

«Введение в истинную физическую химию». Рукопись М. В. Ломоносова. 1752

В 1740-х годах М. В. Ломоносов в «собственноручных черновых тетрадях» «Введение в истинную физическую химию» (лат. Prodromus ad verum Chimium Physicam), и «Начало физической химии потребное молодым, желающим в ней совершенствоваться» (лат. Tentamen Chymiae Physicae in usum studiuosae juventutis adornatum) уже дал абрис будущего курса новой науки, более строго оформившийся к январю 1752 года, о чём учёный пишет в итогах 1751-го: «Вымыслил некоторые новые инструменты для Физической Химии», а в итогах 1752-го — «диктовал студентам и толковал сочиненные мною к Физической Химии пролегомены на латинском языке, которые содержатся на 13 листах в 150 параграфах, со многими фигурами на шести полулистах». Тогда М. В. Ломоносовым была намечена огромная программа изучения растворов, которая не полностью реализована и по сию пору^[57].

М. В. Ломоносовым были заложены основы физической химии, когда он сделал попытку объяснения химических явлений на основе законов физики и его же теории строения вещества. Он пишет:

Леонард Эйлер говорит о М. В. Ломоносове не только и не столько как о сформировавшем новую научную методику, сколько как о первенствующем в основоположении новой науки — физической химии вообще^[11]:

Важной особенностью той науки, основу которой заложил М. В. Ломоносов, явился его метод, подразумевающий исследование связи физических и химических явлений. Постоянно занимаясь практической наукой, он находит подтверждение в ней своим теоретическим воззрениям, но не только тому служит эксперимент — учёный применяет его для развития практики как таковой, опирающейся на понимание закономерностей тех или иных процессов. Настоящая методика касается не только химии и физики, но и вопросов химизма, сопровождающего электрические опыты и оптические явления — свойств объектов исследования, химического их состав и молекулярного строения. Все эти факторы говорят о хорошо осознанной, разработанной и последовательно применяемой системе взглядов и приёмов, которая, с точки зрения теории познания даёт корректное экспериментальное подтверждение гипотезам, способным вследствие того становиться основой теории. Этот методологический круг можно определить, перефразируя самого учёного, как «оживляющий» теорию и делающий практику «зрячей»

В октябре 1748 года, когда она, наконец, была построена, и получила оборудование, изготовленное по чертежам и проектам самого учёного, он начал проводить в ней экспериментальные исследования по химии и технологии силикатов, по обоснованию теории растворов, по обжигу металлов, а также — осуществлял пробы руд.

Вне связи с вековыми традициями мозаичного искусства, Ломоносов совершенно самостоятельно добился исключительных результатов.

чёный работал со стёклами и другими силикатными расплавами ещё в процессе изучения им технологии горнорудного и металлического дела в Германии. В 1751 году Санкт-Петербургский Стеклянный завод через Академию наук заказал исследования по разработке цветных стёкол М. В. Ломоносову.^[47]

Эмпирическая технология стеклоделия тогда применялась только практиками, не владевшими никакими научными методами. М. В. Ломоносов и его однокашник Дмитрий Виноградов, создатель русского фарфора, первыми заявляют о необходимости знания химии для создания стёкол. М. В. Ломоносов сумел доказать необходимость лабораторного и производственного персонала.^[4][47]

Важной стороной ломоносовской методологии явилась присущность ему качеств отличного систематизатора, что сказывалось на теоретической упорядоченности исследований и строго последовательном, контролируемом технологическом цикле^[4][60].

В четырёхлетних фундаментальных научных исследованиях по химии стекла, проводившиеся М. В. Ломоносовым, и потребовавших упомянутых четыре тысячи опытов, можно наблюдать три крупных этапа:

• Расширение ассортимента исходных материалов.
• Получение сравнительно чистых разных минеральных красителей — посредством химической обработки природных и искусственных соединений.
• Изучение действия красителей на стекло

Собственноручная запись М. В. Ломоносова в лабораторном журнале.

Работы проводились на чрезвычайно высоком методическом уровне, для каждого из вышеозначенных факторов производилась большая самостоятельная серия опытов, когда количественное участие его систематически изменялось в очень широких пределах. Были правильно организованы опытные плавки (точные размеры тиглей — современные практически не отличаются от использовавшихся М. В. Ломоносовым); строго соблюдалось единообразие условий опытов; впервые в практике соблюдалась строгая дозировка компонентов; точное навешивание; строгая и аккуратная, контролируемая система хранения тысяч эталонных образцов; регулярное и неукоснительное ведение подробного лабораторного журнала (самим М. В. Ломоносовым); впервые очень чётко сформулирован вопрос о влиянии состава стекла на его свойства. Сейчас целесообразность такой постановки исследования очевидна, но в то время это было новаторством — теоретическая часть особенно интересовала учёного. Он пишет: «…прилагаю я возможное старание, чтобы делать стёкла разных цветов, которые бы помянутым художествам годны были и в том имею нарочитые прогрессы. При всех сих практических опытах записываю и те обстоятельства, которые надлежат до химических теорий».^[47]

Одновременно он занимается и теорией цвета, что пребывает в отчётливой связи с настоящими и другими его исследованиями Результатом этого комплекса научных исследований явилось также создание им собственной теории света и цвета, основывающейся на представлении о распространении света посредством колебания частиц эфира, заполняющего мировое пространство (уже в XIX веке академик Б. Б. Голицын назовёт её «теорией волнения»)^[5].

Множество разнообразно окрашенных стёкол было получено М. В. Ломоносовым при весьма ограниченном наборе элементов, использовавшихся в качестве включений, влиявших на цветность (ныне применяющиеся с этой целью хром, уран, селен, кадмий, попросту ещё не были открыты в то время) — очень искусно варьируя приёмы химической обработки в восстановительных и окислительных условиях при изменении состава стекла за счёт введения свинца, олова, сурьмы и некоторых других веществ.

Богатейшие красные тона получены в результате добавки меди для смальт, называемых мастерами мозаики «скарцетами» и «лаками». Очень большого умения требует их варка, которая до сих пор не всегда бывает успешной. Медь использовалась учёным также для получения зелёных и бирюзовых оттенков. И поныне знатоки мозаичного искусства очень высоко ценят полихромные качества ломоносовских смальт, и многие считают, что таких замечательных красных и зелёных оттенков крайне редко и мало кому удавалось получить.

И вот слова Л. Эйлера, подтверждающие признание роли М. В. Ломоносова в основании науки о стекле — и не только в его отечестве^[4]:

Жалованная грамота М. В. Ломоносову на владение землями в Ораниенбаумском уезде. 1756

, а в 1756 году земли были ему жалованы в вечное пользование. При постройке этой фабрики учёный проявляет свои инженерные и конструкторские способности, начиная с выбора места строительства, расчётов строительных материалов и ориентации на превоклассные ямбургские пески и достаточное количество леса для стеклеплавильных печей и пережигания на золу; — проектирования цехов завода, детальной разработки технологического процесса, конструирования лабораторных и производственных печей, оригинальных станков и инструментов; — и кончая офрмлением графических материалов, которые выполняются им также собственноручно или при непосредственном его руководстве.

Ваза Санкт-Петербургского стеклянного завода. Вторая половина XVIII века.

Эта страница деятельности М. В. Ломоносова — яркий пример органичного сочетания всего разнообразия его способностей: как увлечённого учёного-теоретика, в совершенстве владеющего экспериментом, практика, очень удачно реализующего найденное в ходе расчётов и опытов, умелого организатора производства, вдохновенного художника-дилетанта, наделённого природным вкусом, умеющего с толком применить свои познания и в этой области. Но и сим не исчерпывается многосторонняя творческая натура — М. В. Ломоносов написал беспрецедентное поэтическое произведение, единственное в своём роде; имеется в виду объём версификации, посвящённой одному предмету, в данном случае, веществу и материалу — стеклу — почти 3 тысячи слов (около 15 тысяч знаков) составило его «Письмо о пользе Стекла к высокопревосходительному господину генералу-поручику действительному Ея Императорскаго Величества камергеру, Московскаго университета куратору, и орденов Белаго Орла, Святаго Александра и Святыя Анны кавалеру Ивану Ивановичу Шувалову, писанное в 1752 году»…^[5][47]

Пою перед тобой в восторге похвалу

Не камням дорогим, ни злату, но Стеклу.

Основателем стекольной промышленности в России был М.В.Ломоносов. Мозаики, изготовленные в мастерской Ломоносова и его учеников, по силе впечатления не уступали живописи, а из-за своего декоративного языка чаще превосходили и усиливали впечатление.

Сравните живописные и мозаичные портреты. Кстати, портретная мозаика Ломоносова и его учеников не имела себе равных в Европе. 

 В одном из отрывков, которые вы сегодня читали из письма Ломоносова, говорится:  

Чрез множество веков себе подобны зрятся

И ветхой древности грызенья не боятся.