Вклад М.В. Ломоносова в горное дело и металлургию

Введение

Актуальность. В истории отечественной науки Михаил Васильевич Ломоносов занимает особое место. В первую очередь с его именем связано становление российских естественных наук как целенаправленной поисковой деятельности, имеющей свой объект, предмет и метод исследования. Во-вторых, Ломоносов был первым, кто познакомил Западную Европу с российскими научными достижениями путем публикации своих работ в европейских (немецких, французских и английских) научных журналах. В-третьих, он первый начал читать лекции по естественным наукам на русском языке, а не только на латинском, который считался тогда исключительно языком науки.
Открытия М. В. Ломоносова обогатили многие отрасли знания: он развивал атомно-молекулярные представления о строении вещества, сформулировал принцип сохранения материи и движения, исключил флогистон из числа химических агентов, заложил основы физической химии, исследовал атмосферное электричество и силу тяжести, выдвинул учение о цвете, описал строение Земли, объяснил происхождение многих полезных ископаемых и минералов.
Пушкин в статье «Путешествие из Москвы в Петербург» писал: «Ломоносов … создал первый университет. Он, лучше сказать, сам был первым нашим университетом».
Сам Ломоносов оценивал свои научные результаты по четырем направлениям исследований: химия; физика; история; словесные науки. При этом им не выделены такие направления, как минералогия, общественно-экономические вопросы, география, астрономия.
Изучением научной деятельности М.В. Ломонова Занимаются такие современные ученые: В.С. Бочко, А.Д. Верхотуров, Б.А. Воронов, Л.А. Коневцов, Р.К. Гайфутдинова, О.В. Хабибрахманова, С.В. Девятова, В.И. Купцов, И.Н.Юркин.
Объект исследования: вклад М.В. Ломоносова в горное дело и металлургию.
Цель исследования: изучить вклад М.В. Ломоносова в горное дело и металлургию.
Задачи:
охарактеризовать основные достижения М.В. Ломоносова в научной деятельности:
выявить вклад ученого в области горного дела и металлургии.
Методы исследования: анализ. синтез, сравнительный.
1. Основные достижения М.В. Ломоносова в области науки
М.В. Ломоносов(1711–1765), действительный член Академии наук и художеств (адъюнкт физического класса с1742 г., профессор химии с1745 г.), статский советник, почетный член Стокгольмской и Болонской академий наук – первый русский ученый – естествоиспытатель мирового значения, энциклопедист.

Рисунок 1 – М.В. Ломоносов

Михаил Васильевич занимает особое место в развитии отечественной и мировой науки и культуры. Разработанные им проекты и открытия в различных отраслях научных знаний на много опередили свое время и не утратили актуальности, и востребованы в современном обществе. Один перечень открытий, сделанных Ломоносовым, восхищает широтой, масштабностью деяний: организовал первую в России химическую лабораторию; составил рецепты для изготовления фарфоровых масс и цветных стёкол; развивал атомно-молекулярные представления о строении вещества; разработал принципы новой науки – физическая химия; открыл закон сохранения материи; создал ряд оптических приборов; сконструировал термометр; открыл атмосферу на Венере; описал строение Земли; объяснил происхождение многих полезных ископаемых и минералов; опубликовал руководство по металлургии; особое внимание уделял исследованию Северного морского пути и освоению Сибири; автор трудов по русской истории.
В 1755 году по инициативе Михаила Васильевича Ломоносова совершается открытие Московского университета.
Рассмотрим вклад М.В. Ломоносова в отдельные области знаний.
Физическая химия
Как отмечал крупнейший российский ученый­материаловед Г.В.Самсонов, среди гениальных работ Ломоносова одно из важнейших мест занимают классические труды по физической химии, впервые созданной им как самостоятельная дисциплина, впоследствии ставшей основой теории металлургических процессов.
Ломоносовым даны определения и примеры многим современным понятиям: растворению, экстракции, амальгированию, выщелачиванию. В главе «О химических операциях» (труд «Слово о пользе химии») Ломоносов, подразделяя такие операции на общие и частные, к общим отнес «разрыхление, сгущение, растворение, осаждение, варение, возгонку». К разрыхлению, при котором «переменяются положения частичек смешанного тела», – операции ожижения, размягчения, разжижения, прокаливания и препарации.
К сгущению – «застывания, отвердения, выпаривания, кристаллизации, свертывания, закаливания, спекания, остекловывания и отжиг». Его классификация механического диспергирования привела к появлению современных методов ее использования в порошковой металлургии и коллоидной химии (им описаны почти все виды диспергирования в порошковой металлургии задолго до появления этой отрасли). Созданная Ломоносовым физическая химия дала «способ, который ясным вещей познанием открывает свет и прямую стезю показывает художествам», т.е. стала теоретической основой прикладных наук, в частности металлургии. Принцип единства эмпирических данных и теоретических выводов, выдвинутый М.В.Ломоносовым, сыграл важнейшую прогрессивную роль для развития всех наук, но особенно горного дела и металлургии. Не будет преувеличением сказать, что именно после изысканий Ломоносова металлургия стала превращаться из ремесла в науку. Российский химик академик П.П. Вальден заметил: «Если мы сравним гигантскую программу физико­химических опытов Ломоносова с современным состоянием физической химии, например, по классическим учебникам Оствальда, то нас прямо поразит общность научного материала задуманной Ломоносовым и созданной в продолжение 150 лет физической химии... химия коллоидов Ломоносова не забывается; им уже предчувствовалась связь химии с электричеством... Его взгляды настолько современны, и изложение их настолько свежо, что при чтении их мы забываем, что полтораста лет разделяют нас, современных физикохимиков, от того, кто может быть назван «отцом физической химии» .
Геология
Говоря о геологии и минералогии, В.И.Вернадский отмечал: «Среди всех работ Ломоносова в этой области знаний резко выделяется его работа о слоях земных. Она является во всей литературе XVIII века, русской и иностранной, первым блестящим очерком геологической науки». Статья «О слоях земных» была переиздана в Германии и Франции. В этой работе Ломоносов пришел к выводу, «что видимые телесные на земле вещи и весь мир не в таком состоянии были от начала создания, как ныне находим, но великие происходили в них перемены. Он первым обосновал понятия о рудных жилах и их возрасте, первым увидел причину происхождения руд в «деятельности подземных сил», последствиях извержения вулканов. Ломоносов придавал большое значение поиску полезных ископаемых с помощью науки: «Велико есть дело – достигнуть во глубину Земную разумом, куда рукам и оку досягнуть возбраняет натура, странствовать размышлениями в преисподней, проникать рассуждением сквозь телесные расселины и вечною ночью помраченные вещи и деяния выводить на солнечную ясность».
Минералогия
Ломоносов по праву может быть назван первым русским минералогом. Он организовал в России первую экспериментальную лабораторию, в которой исследовались металлы и некоторые соли, и первым поставил вопрос о необходимости изучения полезных ископаемых в России. Разработал ряд проектов по привлечению населения к сбору минералов по всей стране. Так, в «Нижайшем доношении Сенату о повсеместном собирании образцов минералов» от 06.07.1761 г. предлагал: «чтобы изо всех городов Российского государства собраны были пески разные, разные камни по их цветам… Сие всё
собирать приказывать по деревням старостам или сотским, посылая малых ребят искать по берегам, выбрав лучшие посылать в губернские канцелярии или прямо в Санкт-Петербург. Какие ж минералы и по каким приметам собирать, о том разослать печатные инструкции». В 1745 г. был напечатан его первый труд по минералогии – «Каталог минералогического музея Академии наук» .
Химия стекла
Огромны достижения Ломоносова в технологии создания цветных стёкол. Стекольное производство того времени имело в своём распоряжении весьма скудный ассортимент реактивов, что, конечно, сказывалось на окраске изделий. Продукция Санкт-Петербургского стеклянного завода было в основном бесцветна или окрашенав зелёный цвет. В1751 году Санкт-Петербургский Стеклянный завод через Академию наук заказал исследования по разработке цветных стёкол М.В. Ломоносову. Эмпирическая технология стеклоделия тогда применялась только практиками, не владевшими никакими научными методами. М.В. Ломоносов первым заявляет о необходимости знания химии для создания стёкол.
Его увлечение цветным стеклом возникло, по-видимому, под влиянием итальянских мозаик, привезенных из Рима в1746 г. графом М. Л. Воронцовым. Ученого тогда поразили красота и изящество этих мозаик, выложенных из природных разноцветных камней, и он решил создать нечто подобное, но не из природных материалов, а из искусственных окрашенных стекол

. М.В. Ломоносов не был, конечно, первооткрывателем техники изготовления окрашенных стекол. До него в европейских странах и в самой России работало немало талантливых экспериментаторов, добившихся в этом направлении значительных результатов. Однако никто до Ломоносова не проводил исследования с такой широтой, так систематично и последовательно, применяя всю доступную лабораторную технику и опираясь на последние достижения химии. Именно научный подход к постановке экспериментов позволил ему успешно разрешить многие проблемы, относящиеся к технологии окрашенных стекол. Например, Ломоносову удалось разгадать секрет «золотого рубина», утерянный со смертью немецкого мастера – он заново был открыт в западноевропейских странах лишь в 40-х годах XIX века.
Как только стали известны успехи М. В. Ломоносова в деле изготовления окрашенных стекол, государственный стекольный завод обратился в Академию наук с просьбой разрешить прислать к Ломоносову для обучения заводского мастера. В течение четырех лет М.В. Ломоносов проводил фундаментальные научные исследования по химии стекла в первой химической лаборатории в России. Потребовалось четыре тысячи опытов, в результате которых, были достигнуты успехи в направлениях расширения ассортимента исходных материалов; получения сравнительно чистых разных минеральных красителей посредством химической обработки природных и искусственных соединений; изучения действия красителей на стекло.
Результаты своих экспериментов Ломоносов реализовал на новой стекольной фабрике – недалеко от Ораниенбаума в деревне Усть-Рудицы. Он сам выбрал подходящий земельный участок, имеющий всё необходимое для постройки и работы стекольной фабрики, то есть в первую очередь лес, песок, и воду. При постройке фабрики и во время ее работы он проявил себя как исключительно талантливый инженер и в тоже время гениальный организатор. Одновременно для нужд фабрики были построены: кирпичный завод, водяная мельница. Вся проектная документация была сделана им самим. Фабрика начала работать и выпускать продукцию весной 1754 года. На ней изготовлялась разноцветная столовая и парфюмерная посуда. Это детище особо было дорого М.В. Ломоносову. Достижения М. В. Ломоносова в деле изготовления окрашенных стекол были настолько значительны, что дали достаточные основания для построения «истинной теории цветов» и позволили ему приняться за мозаику. Теория цветов была изложена Ломоносовым в его речи на публичном собрании Академии наук: «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее»(1756г). Эти исследования позволили Ломоносову создать грандиозные мозаичные портреты и полотна, которые поражают красотой, разнообразием цветовой гаммы, искусством исполнения.
2. Труды М.В. Ломоносова в области горного дела и металлургии
В творческом наследии М.В. Ломоносова его труды в области минералогии, металлургии и горного дела занимают значительное и достойное место.
Для горной общественности Ломоносов, прежде всего, – один из основоположников отечественной геологии и металлургии, организатор подъема горнозаводских дел в стране, учитель русских горщиков, рудознатцев и иных представителей горнозаводского дела и его техники. исследователь русских руд, исследователь-новатор в области теории горного дела и металлургии.
Первые знания о горнорудной промышленности Ломоносов получил в Германии, куда он был отправлен на учебу как один из наиболее одаренных студентов университета при Петербургской академии наук.Однако наиболее активная деятельность Ломоносова в этой области началась лишь спустя два десятка лет после возвращения в Россию. Ее результаты были изложены в речи «Слово о рождении металлов от трясения земли», а также в работах «Первые основания металлургии или рудных дел» и «О слоях земных».
Особое место занимает книга великого русского ученого М.В. Ломоносова «Первые основания металлургии, или рудных дел».
Интересна история ее создания. Работа над рукописью была завершена на 19 лет раньше, чем ее начали печатать. Первый тираж составил 1225 экземпляров. Книга была разослана на крупнейшие горные предприятия и рудники Урала и Алтая и быстро приобрела большую популярность. Впечатление от нее было настолько благоприятное, что в том же году именным указом Екатерины II Ломоносов был пожалован в статские советники.
При работе над книгой чрезвычайно ярко проявилась характерная для всего творчества Ломоносова черта: каким бы вопросом он ни занимался, мысль его всегда была направлена на научные обобщения, постановку широких проблем в науке и технике. Так, на страницах рукописи, легшей в основу этого научного труда, ученый дал замечательное для своего времени определение понятия «горная наука»: «Наука, которая учит минералы знать, приискивать и приводить в такое состояние, чтобы они в обществе человеческом были угодны, называется горная наука». Оценивая общее значение этой книги Ломоносова, а также приложений к ней, следует отметить, что здесь впервые в русской научной литературе было дано систематизированное изложение принципов и техники разработки рудных месторождений. Большой интерес представляют рисунки, которыми снабжена книга.
Ученый первым дал правильное понятие о рудных жилах (скоплениях рудных залежей на поверхности или в недрах земли) и их возрасте. Причину происхождения руд Ломоносов видел в деятельности подземных сил, в последствиях извержений вулканов. Ломоносов рассмотрел свойства разных металлов, описал способы их получения.
Он в постоянно обращал внимание на то, что наука должна отвечать практическим задачам. Свои работы он писал для мастеров горного дела. Труды стали замечательным пособием для многих поколений русских металлургов и горняков. Он – организатор подъема горнозаводских дел в России, учитель русских рудознатцев, горщиков и других представителей горнозаводского дела и его техники; он – исследователь русских руд, новатор и области теории металлургии и в горном деле; он – исследователь.
Ломоносов глубоко изучил опыт металлургического производства и разработки месторождений полезных ископаемых и изложил основы методов, практически используемых в металлургии и горном деле.

Рисунок 2 – Изображения из М.В. Ломоносова ««Первые основания металлургии, или рудных дел»

Русский ученый стремился химическую и физическую сущность производства металлов.
М.В. Ломоносов внес ряд оригинальных предложений. Например, он первым предложил извлекать металлы из руд действием растворов химических реагентов. Русские читатели получили возможность узнать новую теорию движения воздуха и газов в пламенных печах и рудниках. Творцом данной новой теории был Ломоносов, который на целое столетие опередил других ученых и создал свою теорию на таких основах, что ее положения остаются и по нынешнее время незыблемыми. Только исходя из этой теории возможна постройка на строго научной основе всех пламенных печей: от сталеплавильных и вплоть до печей, используемых в крематориях.
Ломоносов провел множество исследований разных образцов отечественной и зарубежной соли, способствуя развитию солеварения. Он непосредственно и много помог русским горщикам и рудознатцам, проводя многочисленные анализы руд в первой русской научной химической лаборатории, созданной им же.
В 1761 году ученый выступил как великий новатор золотой промышленности. Данная сторона его творчества не отмечена исследователями его жизни и творчества, хотя он, занявшись вопросами добычи золота, пришел к мысли, что россыпное золото можно добывать из песков в России и притом в очень многих местах. Он изобрел новый способ извлечения золота из золотоносных песков, который обеспечивает выявление мельчайших частиц золота, и дал теорию образования россыпного золота. При этом он точно указал, что после открытия золотоносных песков следует, поднимаясь вверх по рекам, отыскивать коренные месторождения золота. Если бы в 1761 году прислушались к мнению Ломоносова, все развитие золотой промышленности пошло бы иначе. На четкие указания Ломоносова не обратили, однако, должного внимания и до 1814 года ограничивались добычей только коренного, или рудного» золота.
«Рачения и трудов для сыскания металлов требует пространная и изобильная Россия. Мне кажется, я слышу, что она к сынам своим вещает. Простирайте надежду и руки ваши в мое недро, и не мыслите, что искание ваше будет тщетно. Химическое искусство в средину гор проникнет и что в них лежит без пользы очистит для умножения нашего блаженства; и сверх сего своего сильного в металлургии действия, иные полезные тебе плоды принести потщится».
Ломоносов четко провел мысль: химия представляет собой основание металлургии.
Он показал, что для разумного развития металлургии нужна постановка предварительных опытов по отдельным вопросам, необходимо создание опытных установок и последующее применение опытных данных в заводском масштабе