Химический факультет МГУ и его кафедры (история и современное состояние)

Профессор Ю.А. Пентин

Кафедра физической химии была создана одновременно с образованием химического факультета МГУ в 1929 г. в числе вошедших тогда в него пяти химических кафедр.

Кафедрой заведовали:
1929–1941 г.г. - чл.-корр. АН СССР, проф. А.В. Раковский
1942–1952 г.г. - проф. А.В. Фрост
1952–1981 г.г. - чл.-корр.АН СССР, проф. Я.И. Герасимов
1981–1994 г.г. - заслуженный деятель науки РСФСР, проф. Ю.А. Пентин
с 1994 г. - чл.-корр.РАН, проф. В.В. Лунин.

Уже в проекте об учреждении Московского университета, почти 250 лет тому назад, его основатель М.В. Ломоносов предусматривал обучение " ...химии физической особливо.." . Он же предрекал, что в химии научатся " ... через геометрию вымеривать, через механику развешивать и через оптику высматривать..." , что будет " ... химик и глубокий математик в одном человеке" , как бы предчувствуя появление не только теории, но и физических методов современной химии. Большой физико-химический вклад в развитие химии сделал, конечно, и Д.И. Менделеев.

Реально возникновением и оформлением физической химии как науки стало создание основ химической термодинамики и химической кинетики в конце XIX века (математик: Дж.В. Гиббс, химики: Я. Вант-Гофф, С. Аррениус, В.Ф. Оствальд, В.Ф.Г. Нернст), что было сразу замечено и отмечено в начале XX века четырьмя нобелевскими премиями.

Первым лектором по отдельным разделам физической химии, читавшимся в МГУ с 1886 г., был русский ученый, физико-химик, впоследствии чл.-корр., а затем почетный член АН СССР И.А. Каблуков. С 1889 г. он некоторое время работал в Лейпцигском университете с В.Ф. Оствальдом, который в 1887 г. создал в этом университете первую в мире кафедру физической химии, перейдя туда из Рижского политех-нического училища (впоследствии института).

В Московском университете лекционный курс физической химии читался И.А. Каблуковым с 1892- 93 учебного года. С 1889 г. профессо-ром Московского университета работал выдающийся ученый, физико-химик В.Ф. Лугинин, основавший в 1891 г. на собственные средства термохимическую лабораторию и создавший прецизионные весьма точные по тем временам термоизмерительные приборы (калориметрические бомбы).

С момента создания в 1921 г. химического отделения физико-математического факультета И.А. Каблуков заведовал лабораторией неорганической и физической химии. Выделившейся в 1925 г. лабораторией физической химии и соответствующим студенческим практикумом руководил профессор Е.И. Шпитальский.

При создании кафедры физической химии в 1929 г. в ее состав входили первоначально 6 лабораторий:

• лаборатория термохимии, созданная проф. В.Ф. Лугининым в 1891 г., которой он руководил до 1911 г., а после него заведовали профессора Н.А. Умов (1911- 15) и И.А. Каблуков (1915- 33),
• лаборатория галургии (изучения солевых систем), с 1930 г. называ-емая лаб. химической термодинамики - зав. проф. А.В. Раковский (1929- 41),
• лаборатория контактных процессов основной химической промыш-ленности, в 1931 г. получившая название лаб. химической кинетики и неорганического катализа - зав. Н.Н. Петин (1929- 41),
• технической электрохимии - зав. проф. А.Н. Фрумкин,
• фотохимии - зав. проф. А.И. Рабинович,
• коллоидной химии - зав. проф. В.А. Наумов.

После организации в 1933 г. на базе последних трех лабораторий двух новых кафедр - электрохимии и коллоидной химии, на реформированной в 1934 г. кафедре физической химии стало 4 лаборатории, которые существуют и поныне. К настоящему времени в составе кафедры 13 лабораторий:

лаб. термохимии им. В.Ф. Лугинина заведовали: 1934- 56 - проф. М.М. Попов, 1956- 68 - проф. С.М. Скуратов, 1968- 88 - проф. Г.Л. Гальченко, с 1988 г. - проф. Л.Н. Сидоров;

лаб. химической термодинамики после А.В. Раковского заведовали: 1941- 43 - проф. Д.Н. Тарасенков, 1943- 76 - чл.-корр. АН СССР Я.Н. Герасимов, с 1976 – проф. Г.Ф. Воронин;

лаб. кинетики и катализа, до 1941 г. называвшаяся " лаб. хим. кинетики" , после Н.Н. Петина заведовали: 1942- 52 - проф. А.В. Фрост, 1953- 84 - проф. К.В. Топчиева, с 1984 г. – проф. Б.В. Романовский;

лаб. катализа и газовой электрохимии, первоначально называвшаяся " лаб. неорганического катализа" , заведовали: 1934- 74 - проф. Н.И. Кобозев, 1974- 87 - проф. Л.И. Некрасов, с 1988 г. – чл.-корр. РАН В.В. Лунин.

В результате развития трех главных составляющих современной физической химии - химической термодинамики, химической кинетики, строения вещества и возникновения новых направлений, внедрения в химию физических и математических методов и теорий, с годами на кафедре прибавились следующие лаборатории:

лаб. адсорбции и хроматографии основана в 1943 г.; заведующие: 1943- 84 - проф. А.В. Киселев, 1984- 95 - проф. Ю.С. Никитин, с 1995 г. - проф. В.Я. Давыдов;

лаб. молекулярной спектроскопии создана в 1948 г.; заведующие: 1948- 88 - проф. В.М. Татевский, 1988- 96 - проф. Ю.А. Пентин, с 1996 г. - проф. Н.Е. Кузьменко (в 1988 г. одна из научных групп этой лаборатории во главе с проф. Ю.Я. Кузяковым вошла в состав созданной им новой кафедры лазерной химии, а еще две группы образовали новую лабораторию, см. ниже);

лаб. химии и разделения стабильных изотопов создана в 1949 г.; заведующие: 1949- 68 - проф. Г.М. Панченков, с 1968 г. – проф. В.И. Горшков;

лаб. кристаллохимии основана в 1952 г. как межкафедральная, с 1956 г. входит в состав кафедры физической химии; заведующие: 1952- 74 – чл.-корр. АН СССР М.А. Порай-Кошиц, с 1974 г. – проф. П.М. Зоркий;

лаб. электронографии оформлена в 1954 г. на основе электроно-графической группы, созданной на кафедре в 1950 г. по инициативе проф. А.В. Фроста; заведующие: 1954- 63 - проф. П.А. Акишин, 1963- 97 - проф. В.П. Спиридонов, 1997–99 – докт. физ.-мат. наук А.А. Локшин, с 1999 г. – проф. В.П. Спиридонов;

лаб. растворов организована в 1958 г.; заведующие: 1958- 89 г. - проф. М.И. Шахпаронов, с 1989 г. - проф. М.А. Толмачев;

лаб. химической кибернетики создана в 1966 г. на кафедре неорганической химии под руководством академика В.И. Спицина, с 1973 г. межкафедральная, с 1993 г. в составе кафедры физической химии; заведующие: 1973- 93 - проф. А.М. Евсеев, с 1993 г. - проф. А.В. Немухин;

лаб. молекулярных пучков организована в 1979 г. на базе научной группы лаборатории стабильных изотопов; заведующий - проф. Д.Н. Трубников;

лаб. строения и квантовой механики молекул организована в 1988 г. на основе двух научных групп лаборатории молекулярной спектроскопии; заведующий проф. Н.Ф. Степанов.

На этой постоянно укрепляющейся и развивающейся научной базе растет профессорско-преподавательский коллектив кафедры и совершенствуется обучение студентов и аспирантов, что является главной задачей любой университетской кафедры. Этим же целям служат постоянно действующие методическая комиссия кафедры и научные семинары, а также студенческие практикумы и вычислительные классы.

Кафедра физической химии самая большая кафедра не только на химическом факультете (1/5 его часть), но и в университете. На ней работают 349 сотрудников, в том числе более 40 докторов наук, из них более 30 имеют профессорские звания, около 200 кандидатов наук, в их числе более 30 доцентов и несколько ассистентов.

Преподавание общего курса физической химии и некоторых других лекционных курсов ведется для студентов не только химического факультета, но и ряда смежных факультетов (биологического и геологического факультетов, факультета почвоведения и факультета фундаментальной медицины), а также специализированных студенческих групп. Для студентов 1 курса химического факультета преподавателями кафедры физической химии читается общий курс лекций І Програм-мирование и ЭВМІ .

Кафедра уже более 30 лет курирует специальную физико-химиче-скую группу с углубленной теоретической и физико-математической подготовкой, а в последние годы также группу, в которой углубленно преподаются математические методы в химии. Для дипломников, аспирантов и всех желающих повысить квалификацию сотрудниками кафедры читается более 40 спецкурсов. Кроме студенческого практикума по общему курсу физической химии (зав. доц. В.М. Ковба) в каждой научной лаборатории имеется спецпрактикум, соответствующий пробле-матике лаборатории.

За время существования кафедры основными лекторами по курсу физической химии для общего потока студентов были профессора А.В. Раковский, А.В. Фрост, Я.И. Герасимов, Е.Н. Еремин и О.М. Полторак, который читает этот общий лекционный курс в течение уже многих лет и в настоящее время (3 - 4 курсы). На смежных факультетах этот курс читался профессорами К.В. Топчиевой, Ю.В. Филипповым, В.И. Горшковым, И.А. Семиохиным, А.М. Толмачевым и др. Будучи прекрасным лектором, А.В. Раковский издал два учебника по физической химии, по которым учились несколько поколений студентов, две книги написаны А.В. Фростом и сотр. Двухтомный учебник по физической химии был написан позднее коллективом авторов под общей редакцией Я.И. Герасимова, вышли также учебники по физической химии и отдельным ее разделам, написанные ведущими учеными и лекторами: Е.Н. Ереминым, О .М.Полтораком, В.П. Лебедевым, Г.М. Панченко, В.И.Горшковым, Ю.В.Филипповым, И.А.Семиохиным и рядом других авторов.

Создателем лекционного курса по строению молекул, читавшим его много лет, был профессор В.М. Татевский; им написан также и соответствующий учебник. Этот курс читали также профессора Ю.А. Пентин и Н.Ф. Степанов.

Курс кристаллохимии на химическом факультете читается с конца 40-х годов, его основателем был проф. Г.Б. Бокий (ныне чл.-корр. РАН). Затем этот курс читали доц. Г.М. Попов, проф. Ю.Т. Стручков, чл.-корр. АН СССР М.А.Порай-Кошиц. С 1974 г. курс кристаллохимии ведет профессор П.М. Зоркий; он является автором учебника и многочисленных методических разработок по этому курсу.

В течение многих лет (с середины 40-х годов) курс истории химии читал профессор Н.А. Фигуровский; им были написаны классические учебники по этой дисциплине. С 1986 г. лекции по истории и методологии химии (на пятом курсе) читает проф. П.М. Зоркий.

Последние годы студентам второго курса читается также І Введение в историю и методологию химии. История химического факультетаІ . В преподавании этого курса, кроме профессора П.М. Зоркого и доцента О.Н. Зефировой, участвуют декан факультета профессор В.В. Лунин и все заведующие кафедрами.

В 70-х годах профессорами Л.В. Вилковым и Ю.А. Пентиным был создан и начал читаться сначала на факультете повышения квалификации преподавателей ВУЗов, а затем для студентов физико-химической группы и всех специализирующихся на кафедре курс І Физические методы исследования в химииІ . В 80-х годах ими был написан по этому курсу двухтомный учебник.

Лекторами по термодинамике и кинетике в специализированных группах являются профессора Л.Н. Сидоров, Б.В. Романовский, Е.П. Агеев и др., по строению молекул и квантовой химии - профессор А.В. Немухин. Учебник по квантовой механике молекул написан Н.Ф. Степановым и В.Н. Пупышевым.

Перечень всех учебников, научных монографий и разного рода научно-популярных и учебно-методических изданий, написанных учеными кафедры, очень велик и даже все важнейшие из них здесь указать невозможно.

Выпускники лабораторий кафедры и бывшие аспиранты, ставшие кандидатами, а многие и докторами наук, известными учеными, работают не только в России, но и во многих странах ближнего и дальнего зарубежья, на всех континентах - от Японии, Кореи и Китая - на востоке до тихоокеанского побережья Северной и Южной Америки - на западе.

Выпускники кафедры по общей квалификации не только не уступают, но зачастую и превосходят выпускников лучших зарубежных университетов. Школа химиков Московского государственного универси-тета, к которой относятся и ученые кафедры физической химии, признана и высоко ценится во всем мире.

По научному потенциалу кафедра физической химии представляет фактически большой научно-исследовательский институт. Проблематика, над которой работают ученые кафедры, охватывает практически все важнейшие направления физической химии.

Сами названия перечисленных выше научных лабораторий уже в какой-то степени выявляют их связь с тремя главными разделами физической химии и, казалось бы, их можно разделить на такие группы, где работы связаны с термодинамическими исследованиями, кинетикой и катализом, строением вещества. Однако, это можно сделать лишь отчасти или весьма условно, а некоторые лаборатории нельзя отнести лишь к какой-то одной из этих групп даже преимущественно. Физическая химия как теоретическая основа и язык современной химии и химической технологии представляет единую науку, что проявляется как в единстве и взаимопроникновении ее частей, так и в приложении их к решению проблем неорганической и органической химии, биохимии, техническим задачам и т.д.

Это относится и к деятельности лабораторий кафедры, которые ведут совместные комплексные исследования с применением различных физических и физико-химических методов, как экспериментальных, так и расчетных, развивая теорию и решая конкретные практические задачи.

В химию как эмпирическую и корреляционную науку еще в прошлом веке внедрились представления о зависимости свойств и реакционной способности веществ от структуры химических частиц. Тогда же появилась классическая теория химического строения и функциональных групп, теория координационных соединений, другие классические модельные теории строения, которые нельзя, однако, причислить строго к физико-химическим.

Такая теория строения вещества возникла уже в ХХ веке в результате открытий атомной физики, достижений квантовой механики, появления новых экспериментальных физических методов исследования и, наконец, компьютеризации. В настоящее время доступны количествен-ные структурные данные и результаты квантово-механических расчетов, проводимых для весьма сложных систем, которые широко используются при обсуждении общих вопросов и решении самых различных химических проблем.

Вполне закономерным выглядит в этом свете, что, начиная с 40-х годов, на кафедре постоянно увеличивается число лабораторий; научная ориентация новых лабораторий по преимуществу связана с проблемами строения вещества.

Дадим общую характеристику важнейших научных направлений кафедры.

Химическая термодинамика, узко определяемая как учение о химическом равновесии, изучает зависимость химических свойств веществ и химических процессов не только от строения реагентов и состава смесей, но и от внешних условий - давления и температуры. Ее раздел - статистическая термодинамика при описании свойств химиче-ских систем использует законы взаимодействия множества составляющих систему частиц определенного строения.

Выявление же связи между строением веществ и их реакционной способностью может рассматриваться в качестве задачи, имеющей некоторый смысл, только в узких рамках І типическихІ интервалов температур и давлений, что и объясняет распространенность такого подхода, например, в так называемой физической органической химии и ряде других разделов химии, когда задаются жесткие границы условий эксперимента.

Термодинамика, определяя необходимые условия протекания реакции и возможное направление процесса, еще ничего не говорит о том, пойдет ли данный процесс и с какой скоростью. Учением о скоростях и механизмах химических реакций является химическая кинетика. Скорость термодинамически І разрешеннойІ реакции может быть любой, т.е. очень малой и очень большой. Известно, что возможно каталитическое ускорение реакций, возможны различные, например цепные, механизмы и т. д. Таким образом, существует и кинетический аспект проблемы реакционной способности, требующий отдельного рассмотрения, но также с привлечением структурных и термодинамических сведений.

Исходя из всего этого легко понять, что имея свою специфику, лаборатории кафедры физической химии активно сотрудничают друг с другом, другими кафедрами и учеными вне МГУ, зачастую совместно решая одни и те же проблемы, подходя к ним с разных сторон.

Конкретная проблематика работ, проводимых на кафедре, может быть рассмотрена здесь лишь очень кратко, почти только в виде перечисления тематики некоторых исследований и важнейших теорети-ческих и практических результатов.

Теоретические исследования в области химической термодина-мики, термодинамическое моделирование технологических процессов, разработка программного и математического обеспечения термодинами-ческих расчетов проводятся в лабораториях химической термодинамики и термохимии. Термодинамика адсорбции, межфазовых равновесий, моле-кулярностатистическая теория поверхностных явлений разрабатываются в лаб. адсорбции и хроматографии и лаб. растворов.

Термодинамическими методами проводится изучение свойств веществ, представляющих особый научный и практический интерес, на-пример, фуллеренов (недавно открытый, удивительный класс соединений углерода), галогенуглеводородов (фреонов или хладонов, полностью фторированных полициклических систем - кровезаменителей), неоргани-ческих соединений, образующих керамики (у которых появляются свойства высокотемпературной сверхпроводимости), соединений благо-родных газов, с большим сродством к электрону и многих других (лаб. термохимии, лаб. химической термодинамики, а также сотрудничающие с ними лаб. электронографии, лаб молекулярной спектроскопии, лаб. адсорбции и хроматографии и др.).

В лабораториях кинетики и катализа, катализа и газовой электро-химии, адсорбции и хроматографии проводится теоретическое и экспериментальное изучение катализаторов, дается кинетическое описа-ние каталитических процессов. Созданы научные основы приготовления гетерогенных катализаторов с прогнозируемыми свойствами, сформули-рованы принципы направленного регулирования свойств каталитических систем.

К важным практическим результатам и рекомендациям привели исследования катализаторов на основе цеолитов, оксидов, металло-комплексов, интерметаллических соединений и их гидридов (лаб. катализа и газовой электрохимии, лаб. кинетики и катализа). Некоторые из них или уже внедрены или являются перспективными для нефтехимической промышленности, других производств, для утилизации или разрушения вредных отходов и газов, загрязняющих окружающую среду (оксиды углерода и азота) и т. д. Изучаются ферменты и реакции с их участием в биохимии и при иммобилизации в производственных целях (лаб. кинетики и катализа, лаб. химии и разделения стабильных изотопов).

Проводится исследование химических реакций в электрических разрядах, при фотохимическом и лазерном инициировании. Глубокое изучение химии озона привело к созданию высокоэффективных озонаторов, уже нашедших важные применения (лаб. катализа и газовой электрохимии).

В лаборатории молекулярных пучков исследуются физико-химические процессы в неравновесных газовых средах, в частности в непрерывных и импульсных сверхзвуковых газовых струях, истекающих в вакуум.

Физико-химические основы разделения близких по свойствам веществ и изотопов разрабатываются в лаборатории химии и разделения стабильных изотопов. Созданы методы глубокой очистки веществ, извле-чения веществ из разбавленных растворов а также метод хроматомасс-спектрометрии для тонкого анализа загрязнений окружающей среды (лаб. адсорбции и хроматографии).

Многими лабораториями кафедры ведутся структурные исследо-вания и сделан большой вклад в развитие теории строения вещества.

Профессором В.М. Татевским и сотрудниками в развитие класси-ческой теории химического строения была разработана аддитивная схема расчета физико-химических свойств соединений различных гомологиче-ских рядов, которой дано также квантово-механическое обоснование (лаб. молекулярной спектроскопии, лаб. строения и квантовой механики молекул). Эта схема нашла практическое приложение в целенаправленных поисках эффективных ракетных топлив еще перед запуском первого искусственного спутника Земли и продолжает широко использоваться.

Профессором П.М. Зорким развивается теоретическая органиче-ская кристаллохимия, ее топологический аспект, исследуются специфи-ческие межмолекулярные контакты и вообще межмолекулярные взаимодействия. Изучается надмолекулярная организация жидких систем, развивается молекулярная теория жидкостей и растворов, адсорбционных слоев (лаб. кристаллохимии, лаб. растворов).

Профессором А.В. Киселевым и его учениками создан новый структурный метод хроматоскопии, позволяющий рассчитывать структур-ные параметры сложных молекул на основе данных адсорбционной хроматографии (лаб. адсорбции и хроматографии).

Развивается теория колебательных и электронно-колебательных спектров молекул, методы решения прямых и обратных спектральных задач. Широкое развитие получили квантово-механические расчеты строения и свойств молекул в основном и возбужденном состояниях (лаб. молекулярной спектроскопии, лаб. строения и квантовой механики моле-кул). Развит математический аппарат для описания электронных состо-яний и колебательно-вращательных движений модельных молекулярных систем (особенно для высоковозбужденных состояний) (лаб. строения и квантовой механики молекул). Проводится математическое моделиро-вание химических процессов (лаб. химической кибернетики).

Развивается теория и разрабатываются новые методики газовой электронографии, в частности метод стробоскопической электроногра-фии, математический аппарат совместной обработки электронографиче-ских и спектральных данных для определения структуры и силовых полей молекул (лаб. электронографии, лаб. молекулярной спектроскопии).

Практически во всех лабораториях кафедры изучаются объекты как органической, так и неорганической природы с применением разных физических методов исследования и математического моделирования. В лаборатории электронографии группой сотрудников профессора Л.В. Вилкова изучено геометрическое строение многих органических молекул различных классов, а под руководством профессора В.П. Спиридонова методом высокотемпературной электронографии определена геометрия большого ряда неорганических молекул.

В лаборатории молекулярной спектроскопии исследованы колеба-тельные (ИК и КР) и электронно-колебательные (УФ) спектры множества молекул органических и элементоорганических соединений, изучены структуры, конформации и равновесия динамических форм нежестких мо-лекул с заторможенным внутренним вращением и инверсией, определены соответствующие потенциалы (для ряда молекул и в возбужденном электронном состоянии). В лаб. строения и квантовой механики молекул (отчасти и в лаб. молекулярной спектроскопии) изучаются спектры малоатомных молекул (в основном неорганических), проведены квантово-механические расчеты структуры и свойств молекул в основном и возбуж-денном состояниях, выявлен ряд закономерностей. Этими тремя лаборато-риями (лаб. электронографии, лаб. молекулярной спектроскопии, лаб. строения и квантовой механики молекул) сделан большой вклад в банк данных по молекулярным постоянным, структуре и спектрам молекул.

В лаборатории молекулярных пучков изучаются строение и свойства ван-дер-ваальсовых кластеров и комплексов.

Методы ИК, УФ, ФЭС, ЭПР и ЯМР- спектроскопии используются в исследованиях лаб. катализа и газовой электрохимии, лаб. кинетики и катализа, лаб адсорбции и хроматографии, лаб. термохимии и др. Отдельные масс-спектрометрические группы имеются в лаб. термохимии, лаб. химии и разделения стабильных изотопов, лаб. адсорбции и хроматографии. Используются также методы рентгеноструктурного и рентгенофазового анализа (лаб. кристаллохимии, лаб. химической термо-динамики и др.). Методы релеевской, диэлектрической и акустической спектроскопии (лаб. растворов и лаб. кристаллохимии).

Физико-химическая научная школа МГУ является одной из ведущих в химической науке не только в нашей стране, но и в мире. Гостями кафедры были многие видные зарубежные ученые, в том числе несколько лауреатов Нобелевской премии. Ученые кафедры физической химии имеют широкое признание и международные контакты, сотрудни-чая со многими научными центрами.

[ Химический факультет МГУ и его кафедры (история и современное состояние) ]