Серегей Васильевич Лебедев родился 25 июля 1874 года в городе Люблине в семье священника, настоятеля русской православной церкви, что стояла на окраине города Люблина.
После смерти отца от чахотки, когда Сергею шёл девятый год, семья была вынуждена переехать к родителям матери в Варшаву. Среднее образование мальчик получил в Варшавской гимназии. Там он подружился с Егором Вагнером, сыном известного русского химика Е.Е.Вагнера, занимавшего тогда кафедру органической химии Варшавского университета. Он часто бывал в гостеприимном доме Вагнеров. Рассказы профессора о Н.Н.Зинине, А.М.Бутлерове, Д.И.Менделееве, Н.А.Меншуткине и других стали, по-видимому, одной из причин раннего увлечения юноши химией.
Окончив в 1895 году гимназию, Лебедев поступил на естественное отделение физико- математического факультета Петербургского университета.
В этом городе жила родная тетка его матери, Мария Клементьевна. Она была замужем за тайным советником Петром Ивановичем Остроумовым, и у них было шестеро детей, близких по возрасту Сергею. Вскоре юноша стал желанным гостем в их семье. Особенно быстро он сблизился со своей двоюродной сестрой, художницей Анной, ставшей впоследствии его женой. Молодых людей часто можно было видеть на художественных выставках, в Эрмитаже, Русском музее.
Но не только на выставках и в музеях проводил время будущий учёный. В университете он увлеченно изучал неорганическую химию у Д.П.Коновалова, органическую – у Н.А.Меншуткина и А.Е.Фаворского, аналитическую – у В.Е.Тищенко. На третьем курсе Лебедев начал свои первые научные исследования и под руководством Фаворского успешно выполнил дипломную работу «Исследования трихлорметил-о-метоксифенилкарбинола», опубликованную позже в журнале Русского физико-химического общества.
За участие в студенческих волнениях, Лебедев в 1899 году был арестован и на год выслан из столицы. В 1900 году он с отличием окончил Петербургский университет, но по политическим мотивам его не оставили на кафедре для продолжения научной работы.
Некоторое время он работал лаборантом на мыловаренном заводе, а потом поступил работать в Комиссию по исследованию рельсовой стали. За собранный и опубликованный материал жюри Международной выставки в Милане присудило ему в 1907 году золотую медаль.
Благодаря поддержке А.Е. Фаворского, который был его учителем, в 1902 г. С. Лебедев был принят лаборантом в лабораторию аналитической и технической химии Петербургского университета. Но это не дало учёному возможности целиком посвятить себя научной работе. Даже получив желанное место, он не мог свести концы с концами (при окладе 800 рублей в год) и продолжал работать в комиссии по исследованию рельсовой стали, а затем, вплоть до завершения магистерской диссертации, постоянно давал уроки в средних учебных заведениях или проводил анализы, которые, как правило, не входили в круг его научных интересов.
В это время Сергей Васильевич женился, но очень неудачно. Научная работа была прервана в 1904 году: во время русско-японской войны Лебедева призывают в действующую армию. Он служил прапорщиком в Финляндии. Приезжая в отпуск, он оформил развод и женился на кузине, художнице Анне Петровне Остроумовой.
К научной работе он возвращается в 1906 году. Работа настолько занимала его, что, по словам Анны Петровны, они почти не виделись. Сергей Васильевич уходил в университет ранним утром, на час приходил к обеду, потом опять – в лабораторию и возвращался лишь поздней ночью.
В 1908 году Лебедев приступил к исследованию полимеризации, т.е. процесса соединения отдельных молекул веществ в длинную молекулярную цепь. Он проводит целые дни в лаборатории и нередко остаётся там ночевать, сооружая себе постель из одеял, хранящихся на случай пожара.
В 1909 г. синтетический каучук был изучен в Германии Ф. Гофманом. Но в то время как царское правительство было далеко от мысли строить промышленность синтетического каучука, по-иному отнеслись к этому делу германское правительство и германская химическая промышленность. В 1912 г. на съезде по прикладной химии демонстрировались автомобильные шины из синтетического каучука, изготовленные в Германии. Мировая война и блокада 1914—1918 гг. вынудили немцев ещё детально неразработанному методу дать рамки крупного заводского масштаба. Вслед за постройкой опытного завода в Леверкузене с производительностью 2000 тонн в год было начато строительство двух новых заводов с производительностью 8000 тонн. Однако всего за время войны немцам удалось изготовить лишь 2350 тонн синтетического каучука, а с наступлением мира, вследствие дешёвых цен на плантационный каучук на лондонской бирже, это производство пришлось и вовсе прекратить.
Одной из причин медленного развития в тот период промышленности синтетического каучука в Германии было стремление подражать природе и получать изопреновый каучук. Изопрен же синтезировался длинным рядом реакций: от уксусной кислоты (получавшейся из карбида кальция) переходили к ацетону; ацетон конденсировали действием амида натрия с ацетиленом в третичный спирт—бутинол, который гидрировался затем в бутенол; дегидратацией последнего над солями бария получался, наконец, изопрен.
В противоположность Гофману С. В. Лебедев считал, что решать проблему синтетического каучука следует не путём попыток синтезировать продукт, тождественный по структуре природному каучуку, а изготовлением каучука, годного для превращения в хорошую резину, из простейшего углеводорода ряда дивинила — самого дивинила.
В декабре 1909 г. Лебедев продемонстрировал коллегам каучукоподобный термополимер из дивинила. Трудно представить, как мог учёный в такой короткий срок достичь столь поразительных результатов. Необходимо учесть, что всю работу Сергей Васильевич фактически выполнил один и ему только частично помогли два вольнослушателя Петербургского университета. После заседания многие из присутствовавших остались в зале, чтобы поздравить учёного. В ответ на поздравления Лебедев заметил: «Видите, два года работы – и лишь полчаса результатов. Такова жизнь химика: за каждым словом – годы труда. Но зато в этом наша сила».
Сергей Васильевич был всегда очень требователен к себе и другим. Он говорил, что химик должен быть чернорабочим, мыслителем, исследователем вещества. Необычайно высоко ценил учёный умение правильно выбрать и хорошо поставить опыт, чтобы получить надежный ответ на интересующий вопрос. «Побеждает в науке тот, – говорил он, – кто работает правильно». Немало приборов в лаборатории было сконструировано и собрано его руками. С большой ловкостью и мастерством выполнял он обязанности стеклодува, механика, монтера и своих учеников приучал работать так же. На работе он никогда не нервничал. Самое резкое его осуждение: «Это нехорошо». Иногда Сергей Васильевич работал до 4–5 часов утра. Но так было не всегда.
Его жена Анна Петровна вспоминала, что он любил путешествовать, на отдыхе разбирал по лепесткам цветы, рассматривал букашек, часами наблюдал за черепахами. Когда ей казалось, что он спит, лёжа на спине, он вдруг вынимал записную книжку и писал в ней химические формулы. «Вообще я много раз замечала,– говорила Анна Петровна, – как Сергей Васильевич, сидя в концерте и, видимо, взволнованный музыкой, вдруг поспешно вынимал свою записную книжку или, если ее не было, торопливо брал афишу и начинал на ней записывать химические формулы и потом прятал ее в карман. То же самое происходило и на выставках».
Сам Лебедев признавался: «Мне химии в лаборатории довольно. Когда я прихожу домой, я хочу отдохнуть. А отдыхаю я, когда смотрю красивые вещи». Он также не раз говорил, что после химии любимой его наукой была небесная механика. Он часами мог рассказывать о планетах, звездах, строении Вселенной.
Лебедев установил фундаментальные закономерности, которые вошли в физическую химию как законы термополимеризации диеновых углеводов, сформулировал правила, позволившие его последователям безошибочно выбирать вещества для синтеза каучука.
В 1913 году Лебедев защитил магистерскую диссертацию «Исследования в области полимеризации непредельных углеводородов», в которой излагалась технология получения искусственного каучука. В 1914 г. Российская Академия наук присудила ему за работу большую премию И. Д. Толстого и почётную золотую медаль.
В 1913году он стал профессором Психоневрологического института по кафедре органической химии, а в 1915 г. профессором Женского педагогического института (ныне Педагогический институт им. Герцена), где он читал органическую химию до 1922 г.
В 1914 г. он начал читать в Петербургском университете специальный курс «Химия гетероциклических соединений», но лишь в 1916 г., после своего избрания профессором Военно-медицинской академии по кафедре общей химии, он, уже прославленный учёный с мировым именем, смог, наконец, оставить обязанности ассистента лаборатории аналитической химии университета. Эти обязанности привлекали его только потому, что с ними была связана возможность проводить исследовательскую работу в оборудованной лаборатории.
Ведя большую педагогическую работу, С. В. Лебедев с 1912 г. состоял заведующим химической части завода «Нефтегаз». С началом Первой мировой войны ему, как сотруднику этого завода, пришлось принять деятельное участие в изыскании способов получения толуола из нефти. Опыты проводились и в лаборатории и в печах завода, сырьё же получалось разгонкой бензина на ректификационных колоннах спиртоочистительного завода в Петрограде. Опыты прошли успешно, и в 1916 г. было начато строительство большого бензоло-толуолового завода на юге России. Заведование химической частью этого завода было поручено С. В. Лебедеву.
В 1916 г. он был избран профессором кафедры общей химии Военно-медицинской академии. Здесь ему удалось решить главную задачу: разработать способ промышленного получения синтетического каучука.
Его сотрудники на всю жизнь запомнили, по их воспоминаниям, его вечно склонённую над работой фигуру, его молчаливость и замкнутость, свидетельствовавшие о напряжённой внутренней работе, его печальное и слегка насмешливое лицо. В дни его дежурств, инстинктивно уважая его большой труд, студенты никогда не заглядывали в ассистентскую, довольствуясь редкими появлениями С. В. Лебедева в общем зале.
Исследования С. В. Лебедева явились побудительным толчком для развития исследований за границей, в результате которых возник новый промышленный процесс синтеза бензина. Работы С. В. Лебедева подсказали Б. Бруксу и другим исследователям схемы возникновения нафтеновых углеводородов из олефинов в процессах каталитической полимеризации и крэкинга под давлением. Лебедев разработал способы получения из нефтяных фракций загустителей смазочных масел, используемых для авиационных двигателей.
В 1925 г., в целях подготовки для нефтеперерабатывающей промышленности квалифицированных химиков-исследователей, С. В. Лебедеву было предложено организовать в Ленинградском университете лабораторию хи-мии нефти. С 1925 по 1928 г. им и его многочисленными учениками был выполнен ряд работ по силикатной очистке нефтепродуктов, а также по пиролизу нефтяных фракций на дивинил. В 1928 г. эта лаборатория химии нефти была преобразована в лабораторию синтетического каучука. Она сыграла важную роль в строительстве промышленности синтетического каучука в СССР.
В 1926 году был объявлен конкурс на лучшую работу по синтезу дешевого каучука. Лебедев и семь его учеников после напряжённого труда сумели в точно указанный день -1 января 1928 года - представить жюри необходимые два килограмма синтетического натрий - бутадиенового каучука, полученного из этилового спирта, и комплект технологической документации. Лебедев стал победителем конкурса. Выход дивинила составлял 22% от количества затраченного спирта. Позже он был доведён до 40%. В 1930 году под эту технологию в Ленинграде был построен завод. Проблема получения искусственного каучука была решена.
Постановлением Правительства СССР от 7 августа 1931 г. С. В. Лебедев был награждён орденом Ленина за «особо выдающиеся заслуги по разрешению проблемы получения синтетического каучука». В 1932 году С.В. Лебедев был избран академиком.
Лебедевы были в очень хороших отношениях с К.А.Сомовым, дружили с К.С.Петровым-Водкиным и его женой. Зимой Сергей Васильевич вместе с Кузьмой Сергеевичем часто катался на коньках.
В феврале 1934 г., несмотря на болезнь сердца, Лебедев приступил к организации в Академии наук новой лаборатории высокомолекулярных соединений. Но сыпной тиф, которым он заболел во время служебной поездки на завод синтетического каучука, оборвал его напряжённую и плодотворную деятельность.
С.В. Лебедев скончался 2 мая 1934 года. Он похоронен в некрополе деятелей искусств в Александро-Невской лавре. На его памятнике написано: «Академик Сергей Васильевич Лебедев - изобретатель синтетического каучука». Его могила расположена недалеко от могил П. И. Чайковского, А. П. Бородина, Н. А. Римского-Корсакова и А. И. Куинджи.
Правительство в ознаменование заслуг покойного перед родиной, в увековечение его памяти постановило присвоить Опытному заводу, где С. В. Лебедевым был разработан в большом заводском масштабе синтез каучука, имя Сергея Васильевича Лебедева; учредить при Ленинградском университете лабораторию имени акад. С. В. Лебедева для исследования высокомолекулярных органических соединений и стипендии для студентов университета.