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

Академик Ю.Д. Третьяков

История преподавания неорганической химии в Московском университете насчитывает более 120 лет. В 1875 году профессор В.В. Марковников впервые прочел курс лекций по неорганической химии. Тогда же при физико-математическом факультете Московского универси-тета было создано отделение неорганической химии, преобразованное позже (1936г.) в самостоятельную кафедру неорганической химии химического факультета МГУ. В разное время кафедрой руководили крупнейшие ученые России: Н.С. Курнаков, Э.Ф. Краузе, В.И. Спицын. С 1988 г. кафедру возглавляет академик Ю.Д. Третьяков.

Отличительной особенностью преподавания на кафедре всегда было сочетание углубленной теоретической подготовки по основным курсам с практическими занятиями в лаборатории и с научными изысканиями. Результаты многих исследований стали ценным вкладом в мировую науку. Первые научные исследования по химии редких элементов, выполненные под руководством академиков В.И. Спицына и А.В. Новоселовой, были связаны с созданием технологии выделения из руд и получения в чистом виде таких важных металлов, как Мо, W, Be, и развитием химии соединений этих элементов, а также урана.

Существенное увеличение научного потенциала кафедры нача-лось после переезда МГУ в новое здание на Воробьевых Горах. В 1953 г. кафедра в своем составе уже имела 5 научных лабораторий - химии редких элементов (акад. В.И. Спицын), неорганического синтеза и гетерогенных равновесий (акад. А.В. Новоселова), химии платиновых металлов (акад. И.И. Черняев), радиохимии (чл. корр. АН СССР Ан.Н. Несмеянов) и рентгенографии (доц. Ю.П. Симанов). В 1956–1967 гг. были организованы лаборатории, в которых широким фронтом выполнялись исследования по химии и физике полупроводников, изучению процессов разделения Zr и Hf, применению математических методов планирования эксперимента в химии. Одновременно активно развивались работы по химии Te, Se, Sc и редкоземельных элементов.

В результате всесторонних исследований были заложены физико-химические основы синтеза новых соединений и материалов с ценными для практики электрическими (полупроводники, сегнетоэлектрики, твердые электролиты), магнитными (ферриты) и оптическими (халькогенидные шпинели) свойствами.

C 1988 г. на кафедре начало активно развиваться новое направ-ление - химия высокотемпературных сверхпроводников, в рамках кото-рого осуществляется сейчас поиск новых сверхпроводящих материалов и их структурные исследования; разработка методов химического транспорта для получения сверхпроводящих пленок; создание научных основ технологии керамики с высокими значениями критических токов. Гордостью кафедры стало открытие Е.В. Антиповым и С.Н. Путилиным нового поколения ВТСП.

Кафедра неорганической химии представляет собой основанную академиком В.И. Спицыным ведущую научно-педагогическую школу, которая успешно развивается, продолжая свои традиции. Эта школа получила официальное признание в рамках Федеральной программы "Ведущие научно-педагогические школы".

В последние годы значительно возросли международная репутация кафедры, число публикаций в зарубежных журналах. Большим успехом пользуется ставший уже традиционным Международный семинар по химии и технологии ВТСП материалов (MSU–HTSC), который проводит кафедра.

Велика заслуга ученых кафедры в становлении отечественной научной периодики. Так, длительное время Журнал неорганической химии возглавляли В.И. Спицын и А.В. Новоселова, а Российский химический журнал - Ю.Д. Третьяков.

В рамках созданной в 1992 г. программы "Университеты России" кафедра выполняет как исследования, направленные на создание ВТСП и сенсорных материалов, так и подготовку высококвалифицированных специалистов-материаловедов. Последняя успешно осуществляется на кафедре и в созданном по ее инициативе Высшем колледже наук по материалам, являющимся новым факультетом МГУ.

Современный научный облик кафедры определяют широта, глубина и оригинальность исследований, которые находят поддержку различных федеральных программ и различных отечественных и международных фондов: "Актуальные направления в физике конденсированных сред (ВТСП)", "Принципы и методы получения химических веществ и материалов", "Фундаментальное естествознание", РФФИ, INTAS, NATO, VOLKSWAGEN, COPERNICUS.

Основным научным направлением кафедры является получе-ние, изучение структуры и свойств неорганических соединений и создание материалов на их основе. В рамках этого направления в лабораториях кафедры проводятся исследования различных аспектов и сторон основной тематики.

Общее число сотрудников кафедры 126 (14 докторов, 55 кандидатов наук).

Лаборатория неорганического материаловедения (заведующий – академик Ю.Д. Третьяков) входит в состав кафедры неорганической химии с 1988г. (до 1977 г. - лаборатория физико-химического анализа кафедры общей химии, с 1977 по 1988г. - лаборатория криохимической технологии кафедры химической технологии).

Сотрудниками лаборатории выполнены систематические исследо-вания по созданию новых перспективных твердофазных материалов со специальными свойствами и технологий их получения. К числу таких материалов относятся: магнитные диэлектрики, электронно-ионные проводники, керамические электролиты, пьезокерамика и гибкие пьезо-композиты на ее основе, высокотемпературные сверхпроводники.

Особое внимание уделялось разработке и развитию так называе-мых химических методов получения неорганических материалов, среди которых следует выделить криохимический, основанный на получении однородных по составу ультрадисперсных солевых порошков и их последующем сублимационном обезвоживании.

В последнее время лаборатория выполняет исследования в области химии и технологии высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), в рамках которых разработаны фундаментальные основы технологий получения дисперсных порошков, керамики и композитов на основе ВТСП.

Большое внимание уделяется развитию представлений о явлении самоорганизации в процессах твердофазного взаимодействия и примене-нию подходов детерминистского хаоса к материаловедческим задачам.

Лаборатория неорганической кристаллохимии была основана в 1936 г. Юрием Петровичем Симановым, который возглавлял ее до 1962 г. В 1962– 1995 гг. лабораторией заведовал профессор Леонид Михайлович Ковба, который внес большой вклад в развитие метода рентгенографии на кафедре. В настоящее время лабораторию возглавляет профессор Е.В. Антипов.

В лаборатории проводится синтез оксидных и оксифторидных соединений и изучение закономерностей их строения с целью получения соединений с заданными свойствами. Особое внимание уделяется синтезу и исследованию высокотемпературных сверхпроводников на основе слож-ных оксидов меди со слоистыми структурами. В 1993 г. сотрудниками лаборатории было открыто новое семейство ртутьсодержащих сверхпро-водящих сложных оксидов меди с рекордно высокими температурами перехода в сверхпроводящее состояние.

В последние годы в лаборатории были успешно использованы новые методы расчётов в исследовании структур неорганических соедине-ний. Много внимания уделяется совершенствованию методики постановки экспериментов и обработки данных, полученных с использованием методов порошковой дифракции.

С целью поиска новых сверхпроводящих материалов проводятся исследования сложных оксидов переходных металлов с переменной валентностью, в частности ниобия, рения и висмута.

Лаборатория химии координационных соединений организова-на в 1991 г. на базе двух лабораторий – лаборатории химии редких элементов, основанной академиком В.И. Спицыным в 1943 г., и лаборатории химии платиновых элементов, основанной академиком И.И. Черняевым в 1945 г. В течение пяти лет лабораторию возглавляла профессор, Л.И. Мартыненко, а с 1996 г. ею заведует профессор А.Р. Кауль.

Общее научное направление лаборатории – синтез, исследование и применение комплексных соединений металлов. Интенсивные исследования ведутся в области химии  -дикетонатов и карбоксилатов, направленные на получение летучих соединений редкоземельных, щелочно-земельных и некоторых d- переходных элементов, применяемых в материалах электронной техники. Динамично развивающаяся работа по получению различных тонкопленочных материалов из паров летучих координационных соединений преследует цели разработки физико-химических основ CVD-технологии и исследования структуры и свойств этих материалов. Традиционное направление исследований-синтез и изучение комплексонатов, а также их применения при получении много-компонентных керамических материалов. Исследуются возможности стабилизации необычных валентных состояний d- и f-элементов при комплексообразовании. В лаборатории проводятся также исследования в области бионеорганической химии: процессов комплексообразования металлов с биолигандами. Синтезированы новые комплексы платины, на основе которых разработаны высокоэффективные противо-опухолевые препараты.

Научная работа лаборатории направленного неорганического синтеза (заведующий – профессор Б.А. Поповкин) проводится по нескольким направлениям.

Разрабатываются и оптимизируются химические и электрохими-ческие методы синтеза алкоголятов переходных металлов, включая биметаллические алкоголяты. Определяются кристаллические структуры новых алкоголятов и оксокомплексов металлов. Изучаются зависимости физико-химических свойств алкоголятов от условий приготовления и времени хранения. Путем изучения растворимости алкоголятов в невод-ных растворителях оптимизируются условия приготовления растворов, используемых в алкоксотехнологии оксидных фаз, обладающих важными в практическом отношении свойствами. Разрабатываются условия получения таких фаз в виде монодисперсных порошков и пленок.

При конструировании, синтезе и структурных исследованиях новых семейств слоистых фаз выявляются частные кристаллохимические закономерности в рядах слоистых фаз, которые являются фундаменталь-ной основой направленного синтеза веществ с заданным кристаллическим строением. Основной целью этих работ является выявление зависимостей состав – структура – свойство для рассматриваемых соединений. Изуча-ются методы синтеза и структуры потенциальных пьезо-, пиро-, сегнетоэлектриков. Разрабатываются алгоритмы поиска и методы синтеза кристаллических фаз, содержащих конечные и бесконечные поликатионы и полианионы элементов Vb группы: фосфора, мышьяка, сурьмы и висмута. На основе квантовомеханических расчетов и изучения кристал-лической структуры соединений выясняются особенности электронного и геометрического строения кластеров в зависимости от природы, элемен-тов и особенностей кристаллического строения соединений. Проводится поиск новых кластерных соединений некоторых переходных металлов (Nb,W,Re).

Методом масс-спектрометрии с использованием эффузионной ячейки Кнудсена изучаются взаимодействия в газовой фазе, характер испарения и состав пара в бинарных галогенидных, фторидных и карбоксилатных системах. Проводится синтез, изучаются кристаллические структуры и процессы термолиза комплексных гидратов аммиакатов меди.

Разрабатываются методики синтеза однофазных образцов ртуть-содержащих медькислородных ВТСП с заданными отклонениями от стехиометрии. Проводятся работы по определению тензиметрическим методом ширины области гомогенности некоторых бинарных галогенидов и разработка методов выращивания монокристаллов этих соединений из пара (сублимация-конденсация, химические транспортные реакции) с заданным составом внутри области гомогенности.

Лаборатория диагностики неорганических материалов (заведующий – профессор А.М. Гаськов) создана в 1995 г. Основное направление работ лаборатории - создание новых неорганических материалов для химических сенсоров на основе сложных оксидов, ванадатов и фосфатов редких металлов. С этой целью проводятся синтез и систематические исследования кристаллической и реальной структуры, состава, состояния поверхности, а также электрофизических, оптических и сорбционных свойств новых материалов. Особое внимание уделяется синтезу нанокристаллических материалов и исследованию их свойств.

Синтез поликристаллических плёнок и керамики проводится различными методами – вакуумной конденсации, магнетронного распы-ления, лазерной абляции, а также пиролизом аэрозолей металлооргани-ческих соединений, гидролизом растворов солей, криохимическим мето-дом и соосаждением малорастворимых соединений. Для исследования синтезированных веществ в лаборатории разрабатываются методики: оже-электронной спектроскопии, рентгеновской дифракции, атомно-флюоресцентной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой, ИК-спектроскопии и сканирующей калориметрии.

Особое внимание уделяется изучению процессов взаимодействия синтезированных веществ с газовой фазой, определяются сенсорные свойства новых материалов при детектировании в газовой фазе следовых концентраций токсичных газов: H₂S, CO, CH₄, H₂, C₂H₅OH, а также влажности атмосферы. Исследуется механизм газовой чувствительности и каталитическое влияние легирующих примесей: Pd, Pt, Cu, Ni, Ag.

Лаборатория химии и физики полупроводниковых материалов организована в 1962 г. академиком А.В.Новоселовой, которая возглавляла ее до 1986 г. С 1986 г. лабораторией руководит профессор В.П. Зломанов.

В лаборатории изучаются условия синтеза полупроводниковых материалов с заданными составом и свойствами. В связи с этим прово-дятся исследования фазовых Р-Т-х диаграмм различных двух- и трёхком-понентных систем. Получены самосогласующиеся термодинамические данные по свойствам фаз в системах Pb-Te и Ga- As. В этой области лаборатория является ведущей в СНГ.

В лаборатории проводится теоретическое и экспериментальное определение фундаментальных параметров синтеза однородных кристал-лов неорганических соединений, разрабатываются новые методы получе-ния монокристаллов и пленок полупроводников. Предложен и обоснован синтез монокристаллов по методу пар–жидкость–кристалл.

При введении элементов третьей группы (Ga,In) в полупроводни-ковые соединения (PbTe, Pb_1-xSn_xTe) обнаружены новые эффекты аномально высокой задержанной фотопроводимости, повышения одно-родности электрофизических свойств. В связи с этим исследуются процессы изо- и гетеровалентного легирования полупроводников, природа электронных состояний.

Методом позитронной спектроскопии и рентгенографии опреде-ляется природа дефектов, обусловленных нестехиометрией и легирова-нием, методом гетерогенных равновесий определены тип и константы реакций образования преобладающих атомных дефектов в теллуриде и селениде свинца и в твердых растворах систем Pb-Se-Te, Pb-S-Se.

Кафедра неорганической химии проводит обучение студентов по двум направлениям: базовый курс неорганической химии для студентов первого года обучения и специальные предметы для студентов старших курсов и аспирантов.

На первом курсе изучаются базовые законы общей и неоргани-ческой химии и основы химии элементов. Курс сопровождается обшир-ным практикумом. Студенты, выбравшие кафедру неорганической химии для выполнения дипломной работы, слушают курсы лекций, посвященные современным аспектам неорганической химии, методам исследования неорганических соединений, фундаментальным основам синтеза неорганических веществ и химии неорганических материалов. Эти же курсы предназначены и для аспирантов кафедры. Практические работы студентов старших курсов ориентированы на овладение современными методами неорганического синтеза и анализа неорганических соединений. Темы дипломных работ являются частью научных исследований, проводимых в лабораториях кафедры.

В последние годы создана новая система обучения аспирантов. Она складывается из научной работы, участия в педагогическом процессе как на первом, так и на старших курсах и прослушивании курсов по специальным проблемам неорганической химии. В ходе обучения аспиранты практикуются в проведении научных семинаров и написании научных проектов.

На кафедре неорганической химии читаются следующие основные и специализированные курсы:

Неорганическая химия. Ю.Д.Третьяков,В.П.Зломанов
Введение в специальность. Г.Н.Мазо
Реальная структура твердого тела. И.Э.Грабой
Неорганическое материаловедение. А.Р.Кауль
Физико-химические методы исследования неорганических соединений и материалов. А.М.Гаськов
Современная неорганическая химия. А.В.Шевельков,О.Г.Дьяченко
Фундаментальные основы неорганического синтеза. Е.В.Антипов, Б.А.Поповкин, А.Р.Кауль
Химия функциональных материалов. Ю.Д.Третьяков,П.Е.Казин

Химия координационных соединений. А.Р.Кауль, Л.И.Мартыненко
Направленный синтез некоторых классов неорганических соединений. Б.А.Поповкин
Синтез материалов из газовой фазы (CVD-технология). А.Р.Кауль
Синтез кристаллов и пленок неорганических соединений. А.М.Гаськов, О.И.Тананаева
Химия дефектов в кристалле. В.П.Зломанов
Практические аспекты рентгеновского дифракционного эксперимента. С.Н.Путилин, Р.В.Шпанченко
Кинетика и механизм твердофазных реакций. Н.Н.Олейников
Структурная неорганическая химия. Е.В.Антипов

ТРЕТЬЯКОВ ЮРИЙ ДМИТРИЕВИЧ (р. 1931) Заведующий кафедрой неорганической химии (с 1988), действительный член РАН (1987), профессор (1969), доктор химических наук (1965), главный научный сотрудник (совм. с 1992) и зав. лабораторией химической синергетики ИОНХа (с 1994). Председатель Попечительского Совета и декан Высшего колледжа наук о материалах (с 1991).

Области научных исследований . Работы по изучению твердо-фазных процессов, направленных на создание функциональных матери-алов с гибридными свойствами (новые типы ферритов, твердых элект-ролитов, электронно-ионных проводников и магнитных полупровод-ников). С 1987г. сосредоточил усилия на фундаментальных исследованиях в области химии и технологии высокотемпературных сверх-проводников на основе купратов. В настоящее время научные интересы связаны с развитием химической синергетики, в частности, с изучением эволюционной природы твердофазных реакций, эффектом топохимической памяти, процессами самоорганизации в сильно неравновесных физико-химических системах.

Основные научные достижения . Приоритет (1960) в создании криохимической технологии твердофазных материалов. Предложенные и изученные совместно с сотрудниками новые процессы криокристаллизации, криоэкстракции и криодиспергирования открыли пути к получению многокомпонентных порошковых абразивных материалов с высокой активностью, химической и гранулометрической однородностью. Обобщил (1973) закономерности термодинамики и кинетики твердофазных реакций, ведущих к формированию структурно-чувствительных свойств материалов, разработал (1982) методологию конструирования твердофазных материалов. Исследовал нестехиометрию простых и сложных оксидов и халькогенидов и предложил пути использования контролируемой нестехиометрии для формирования свойств функциональных материалов.

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