Логина Н.В.
Данное пособие может быть использовано при
изучении дисциплин «История и методология науки» и «Философские проблемы
естествознания» студентами 5 курса всех направлений магистратуры, а также
аспирантами.
Зарождение и развитие химического
искусства с древнейших времен.
Античные представления о веществе.
Химические знания в эпоху Средневековья.
Начало формирования химии как науки в XVII в.
Теория флогистона.
«Химическая революция» XVIII в.
Атомистическая теория Дальтона.
Химическая атомистика в XIX в.
Представления о строении органических молекул.
Физикализация химии в конце XIX – первой половине XX вв.
Физическая химия.
Особенности и тенденции развития химии в XX в.
Литература.
Наука – одна из определяющих подсистем
культуры, форма общественного сознания, направленная на получение и
систематизацию знаний об объективной реальности, деятельность по выработке
нового знания и результат этой деятельности.
Наука как исторически развивающаяся система
знаний о свойствах и отношениях изучаемых объектов, каковыми являются
природа, человек и социокультурная среда его обитания, прошла такой же
эволюционный путь, что и человечество – от простейших состояний к сложным. О
времени возникновения науки существует несколько точек зрения.
- Как опыт практической деятельности людей
наука началась почти 2 млн. лет назад, когда человек стал приобретать и
передавать практические знания;
- как доказательный вид знания, который
отличался от мифологического мышления и культуры традиционных обществ, наука
появилась в Древней Греции в
V
веке до н. э;
- наука появилась в период позднего
Средневековья. Здесь высокая значимость опытного знания была осознана в
творчестве английских церковных деятелей Р. Гроссета и Р.Бэкона;
- наука возникла в конце
XVI
- XVII
вв., когда появились труды И. Кеплера, Г. Галилея, И. Ньютона и др. (самая
распространенная точка зрения). Построение математических моделей объектов,
эмпирические результаты экспериментов, мысленные обобщения выступают
основными признаками науки. В это время возникает первое научное объединение
ученых – Лондонское королевское общество, т.е. создаются социальные условия
науки;
- наука появилась в конце первой трети ХIХ
в., когда на основе общей научно-исследовательской программы объединились и
совместились научно-исследовательская деятельность и высшее образование
(точка зрения немецких естествоиспытателей В. Гумбольдта и Ю. Либиха).
Все эти точки зрения раскрывают особенности
эволюции науки. Собственно наука как специфический вид деятельности,
связанный с теоретическим знанием, возникла в
V
в. до н.э., а как полноценное социально-духовное образование – с
XVII
в., когда научный способ мышления стал достоянием естествознания
(становление эксперимента как метода изучения природы, соединение
математического метода с экспериментом и формирование теоретического
естествознания).
В процессе формирования и развития научного
знания можно выделить стадии, которые соответствуют историческому
многообразию форм науки:
- кумуляция знаний с древнейших времен и
древняя восточная преднаука;
- античная наука;
- средневековая наука;
- новоевропейская классическая наука;
- неклассическая наука;
- постнеклассическая наука.
Накопление донаучных рациональных знаний о
природе началось еще в первобытную эпоху и эпоху первых цивилизаций Древнего
Востока. Познавательная деятельность, духовное освоение мира – важнейшие
обстоятельства, которые окончательно вырвали человека из-под влияния
биологических факторов эволюции.
Процесс первоначального познания был
двухуровневым, что отвечало сознанию человека традиционного общества. Первый
– уровень обыденного, повседневного, стихийно-накапливающегося знания.
Второй – уровень мифотворчества как некоторой «доисторической» формы
систематизации обыденного повседневного знания. Для каждого из них
характерны подчиненность практическим потребностям, рецептурность знания,
эмпирический характер его происхождения и обоснования, кастовость и
закрытость «научного» сообщества (производство и передача знаний в культуре,
например, Древнего Востока, закреплялись за кастой жрецов и чиновников и
носило авторитарный характер).
Складывающаяся в древнегреческом мире наука (V-IV
вв. до н.э.) явилась результатом длительного развития познавательной
деятельности в предшествующий исторический период и эпоху первых цивилизаций
Древнего Востока. Ее характерными чертами являются: теоретичность (источник
научного знания – мышление), логическая доказательность, независимость от
практики, открытость критике, демократизм.
Сущностные черты средневековой науки –
теологизм, обслуживание социальных и практических потребностей религиозного
общества, схоластика, догматизм. Научные истины («истины разума») имели
более низкий статус по сравнению с религиозными истинами («истинами веры»).
Алхимия, астрология, религиозная герменевтика выступают парадигмальными
образцами средневековой науки.
В эпоху Возрождения и Новое время возникает
новая форма научного знания – классическая наука. Основаниями ее являются:
антителеологизм, детерминизм, механицизм; в области познания – эксперимент,
математическая модель объекта, дедуктивно-аксиоматический способ построения
теории. Создаются научные и учебные заведения нового типа. Усиливается связь
науки с производством. Растет практическая значимость научного знания. Наука
превращается в непосредственную производительную силу. В конце
XVIII
– первой половине XIX
столетия возникает дисциплинарная организация науки.
С кризисом основ классического научного
знания (конец XIX
– начало XX
в.) связано начало качественно нового этапа в историческом развитии науки –
неклассической науки, основанной на фундаменте релятивизма (пространства,
времени, массы), индетерминизма (фундаментальных взаимосвязей объектов),
статистичности, системности, структурности, организованности, эволюционности
систем и объектов.
Гносеологическими и методологическими
особенностями неклассической науки являются субъект-объективность научного
знания, вероятностный характер научных законов и теорий, частичные
верифицируемость научного знания, отсутствие универсального научного метода,
интуиция. Неклассический этап развития науки завершается в 70-е гг.
XX
в.
Химия |
Стехиометрия: закон сохранения массы вещества, постоянство состава. ...
Радиоактивные превращения, деление ядер и ядерный синтез. ...
Зависимость перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое
от температуры и ... Способы выражения концентрации растворов (
массовая доля, ...
http://abiturient.spbu.ru/files/prog/bachelor/chem.doc |
В 80-е гг.
XX
в. формируется парадигма «постнеклассической» науки, преимущественным
предметом исследования которой являются сверхсложные системы, включающие
человека в качестве существенного элемента своего функционирования и
развития. Основой этой формы научного знания является: системность,
структурность, органицизм, нелинейный (многовариантный) эволюционизм,
телеологизм, антропологизм, методологический плюрализм, конструктивизм,
экологическая и гуманистическая ценность научной информации.
К двадцатому столетию сложилась
следующая система наук:
- естественные науки (естествознание) –
система научного знания о природе;
- технические науки – система научного знания
о технических системах, науки ориентированные на реализацию
естественно-научного знания.
- социальные и гуманитарные науки – система
научного знания о человеке и обществе, социокультурной среде его обитания.
Химия относится к естественным наукам,
которые изучают окружающий нас материальный мир. Материальные объекты,
составляющие предмет изучения химии – это химические элементы и их
разнообразные соединения. Изначально основными проблемами химии были
получение веществ с полезными свойствами, позднее – объяснение причин
происхождения и обусловленности различных свойств веществ.
Слово «химия» (chemeia),
вероятно, связано с очень древними понятиями, обозначающими наливание,
настаивание. Слово «химеия» греки производили от «хюмос» - сок, «хюма» -
литье, поток, а «химевсис» - смешивание. Древнекитайское «ким» означало
золото. Химия в вольном переводе с китайского означает «наука об
изменениях». Древнеегипетское
chemi
– «чернозем», название Египта. Название «химия», обозначающее искусство
превращать неблагородные металлы в золото и серебро, встречается в указе
римского императора Диоклетиана (296 г.н.э.). Термин «химия» в более
современном произношении – «химейа» - впервые употребил греческий философ и
естествоиспытатель Зосима Панополитанский во второй половине
IV
в. Этим термином он обозначил процессы настаивания.
Во все исторические эпохи человек стремился
осуществить превращение веществ. Химия как наука о веществах и их
превращениях сформировалось приблизительно к концу
XVIII
века. Но истоки химического искусства находятся в глубокой древности, когда
люди в ходе повседневной практической деятельности имели возможность
наблюдать и использовать для своих целей различные химические процессы.
Древняя «химия» представляла собой некоторую совокупность сведений
практического характера. Первоначальное накопление химических знаний
осуществлялось в области ремесленной прикладной химии. В первую очередь эти
сведения касались процессов выплавки и обработки металлов. Еще в древности
возникли ремесла, в основе которых лежали химические процессы: выплавка
металлов, получение стекла, керамики, красителей, лекарств, ядов, освоение
бальзамирования и т.д.
Первыми металлами, которые использовались
человечеством, были медь, свинец, золото и серебро. В древности широко
использовался также сплав золота с серебром (егип. – азем, греч. –
электрон).
Начиная с
III
тыс. до н.э. человечество стало использовать олово. Одновременно широкое
распространение получил сплав меди с оловом – бронза, что явилось началом
новой эпохи развития человечества, получившее название «бронзовый век».
Высокий уровень развития техники обжига,
усовершенствование высокотемпературных технологий привели к изготовлению
изделий из железа приблизительно в середине
II
тыс. до н.э. В древности железо обычно изготавливали в горнах так называемым
сыродутным способом с применением древесного угля. Постепенно техника
выплавки и обработки железа достигла очень высокого уровня. Наступил
«железный век». Возникновение металлургии позволило человечеству практически
овладеть двумя важнейшими химическими процессами: обжигом – окислением
металла и обратным превращением – восстановлением оксида в металл. Металлы
стали основным естественным объектом, при изучении которого возникло понятие
о веществе и его превращениях.
Ртуть стала использоваться позже – в
III-II
вв. до н.э., хотя есть данные о находках ртути, относящихся к
XVI-XV
вв. до н.э. Ртуть получали нагреванием киновари (HgS).
На рубеже новой эры был разработан способ извлечения золота из руды ртутным
методом (из амальгамы путем выпаривания ртути).
По свидетельству дошедших до нас письменных
источников, в начале I
тысячелетия н.э. широкое распространение получило искусство подделки
металлов – изготовление сплавов, похожих на золото, серебро или электрон.
Подобные подделки делали обычно на основе меди с самыми разнообразными
добавками, в числе которых были олово, ртуть, свинец, окись цинка, мышьяк и
др. Тогда же получило распространение изготовление изделий из латуни (сплава
меди с цинком).
Другим важным ремеслом, требовавшим
«химических» навыков, было производства красителей. И в Месопотамии, и в
Египте уже в глубокой древности было развито получение как минеральных
красок (сурик, белила, сажа и др.), так и красителей, выделенных из
растительных и животных организмов. Например, для окраски в желтый цвет
использовали корень куркумы, а известный по меньшей мере со
II
тыс. до н.э. красно-малиновый краситель, пурпур, получали из моллюсков.
Помимо прямого, в древности существовали и
протравные способы крашения. Последний предполагал использование специальных
закрепляющих краситель веществ – протрав, в качестве которых употребляли
алюминиевые квасцы, сульфат и ацетат железа, танниды из плодов и древесины
различных растений и проч. Мыловарение, получение клея, скипидара, выделение
смол и масел и множество других ремесел стали первым опытом химического
производства.
К числу наиболее древних ремесленных
производств относится изготовление стекла и керамики, в том числе и
глазурованной. В состав глазури входила глина, растертая с поваренной солью,
а позднее и сода, и окрашивающие добавки окислов металлов. Вероятно, именно
смеси для глазуровки керамических изделий послужили исходным материалом для
приготовления стекла. Самые древние стеклянные бусины были сделаны в Древнем
Египте около 2500 г. до н.э., хотя широкое распространение стекло (в
основном окрашенное соединениями металлов) получило примерно к
XV
в. до н.э.
К древним ремеслам, которые, наряду с
перечисленными выше, сыграли впоследствии важную роль в развитии
экспериментальной химии, следует отнести фармацию. Издавна в качестве
лекарственных средств использовались, экстракты различных растительных и
животных организмов, а также сера, некоторые минералы и металлы. Уже одна из
древнейших сохранившихся рукописей Древнего Египта «Папирус Эберса» (XVI
в. до н.э.) содержит рецепты изготовления фармацевтических средств.
К достижениям древних химиков-практиков
следует отнести изобретенные в Китае способы изготовления бумаги и фарфора,
а также пороха. Составные части пороха – селитра, сера и уголь – были
известны, по-видимому, задолго до нашей эры, однако первые описания его
образцов относятся лишь к середине
I
тысячелетия н.э.
Итак, в древности были развиты многие
ремесленно-химические производства, а круг используемых человечеством
веществ был довольно широк. Однако, несмотря на весьма обширные навыки
оперирования с веществами, практики, занимавшиеся ремесленными
производствами, по-видимому, не задумывались над сущностью производимых ими
операций и часто не замечали ни какой связи между отдельными процессами.
В древности не существовало понятия об
определенных, обладающих неизменными свойствами веществах, а
химики-ремесленники обычно отличали одно вещество от другого (и
соответственно давали ему обозначение) на основании наблюдаемых различий или
сходства внешнего вида (цвета, блеска) и устойчивости веществ. По эти
признакам, например, многие сплавы золота принимались за разновидности
самого золота, а некоторые минералы, блестящие или окрашенные, принимались
за металлы. Одно и тоже вещество, полученное разными способами, могло
восприниматься как разные вещества. Например, самородную ртуть (живое
серебро) отличали от искусственной, получаемой из киновари (гидраргирум).
Эти примеры показывают, что восприятие эмпирических фактов
химиками-практиками в древности происходило лишь на уровне обыденного
сознания без попытки осмысления и обобщения приобретенных практических
навыков. Однако накопленный в течение многих веков богатейший
практический опыт послужил основой для знакомства наших предков с
разнообразными веществами и их свойствами, что явилось важной в историческом
отношении ступенью в возникновении и развитии химических знаний.
Деятельность древних ремесленников не
заключала в себе никакого теоретического осмысления природы веществ и их
превращений. Однако, некоторые сведения о веществах, полученные в результате
ремесленной деятельности, попали в «поле размышляющего созерцания» античных
философов и в какой-то степени были ими описаны. В эпоху Античности
результаты познания природы путем умозрения считались существенно более
достоверными, чем приобретенные через чувственный опыт. Именно поэтому в
науках дедуктивного плана, например, в математике, древнегреческие философы
достигли значительных успехов.
Химия как индуктивная наука начала
формироваться только в
XVII в., когда, с одной стороны,
возник научный эксперимент, а с другой – началось проникновение
теоретических обобщений в ремесло (что превратило его в систему химической
технологии). В древности же не прямой, ни обратной связи натурфилософских
теорий с практическим ремеслом почти не существовало. Древнегреческие
натурфилософы, оказавшие большое влияние на развитие естественнонаучных
знаний, всегда пытались понять наиболее общие закономерности. В своем
стремлении понять самые общие закономерности мироздания они высказали ряд
идей относительно скрытой природы вещей, наиболее существенными из которых
являются идеи об элементе и об атоме.
В ранней греческой философии сформировалось
понятие об элементе (стихии) – некоторой первичной субстанции, которая лежит
в основе всего разнообразия окружающего мира. Фактически понятие элемента
впервые сформировалось в утверждении Фалеса из Милета (VII
– VI
вв. до н.э.) о том, что первоначалом, или первостихией, из которой возникло
все сущее, является вода. Вслед за Фалесом философы называли
элементами-стихиями воздух (Анаксимен из Милета,
VI
в. до н.э.), огонь (Гераклит из Эфеса,
V
- IV
вв. до н.э.) и иные начала. Проблема многообразия вещей в рамках этих
представлений решалась с помощью категорий сгущения и разрежения,
посредством которых происходят перемещения элементов.
В
V
в. до н.э. Эмпедокл высказал идею о неизменности (то есть непревращаемости)
первоначал. При этом Эмпедокл придерживался представлений об ограниченной
(по числу) множественности элементов-стихий и относил к ним огонь, воду,
воздух и землю. Он считал их «корнями вещей», но образование вещей
происходит не в результате взаимопревращения элементов (они неизменны), а в
результате их способности соединяться или отталкиваться под воздействием
двух сил – любви и вражды. В учении Эмпедокла отчетливо выражена мысль о
том, что причиной наблюдаемого разнообразия вещей является неодинаковое
содержание в них каждого из элементов. Выделение четырех элементов как
основы материального мира стало первой в науке попыткой классификации
веществ исходя из общего принципа агрегатных состояний. В
XVII
в. эмпедоклова традиция получила дальнейшее продолжение в виде концепции
элементов как предсуществующих составляющих тел.
Анаксагор (V
в. до н.э.) развил представления Эмпедокла (четыре «корня» объясняют далеко
не все многообразие бесчисленных качеств вещей). Он сформулировал принцип:
все различные частицы обладают неодинаковым весом (массой). Так был введен
новый классификационный принцип в развитие естественнонаучных знаний:
различные вещества образуются соответственно из качественно неодинаковых
частиц первоматерии. Согласно взглядам Анаксагора, в каждом веществе
содержатся частицы («семена») разных элементов, но лишь частицы какого-либо
одного элемента присутствуют в наибольшем количестве. Они-то и определяют
основные качества вещества. Анаксагор считал, что в своей бесконечной
делимости частицы веществ достигают размеров, которые выходят за пределы
чувственного человеческого восприятия. Для развития естественнонаучных
знаний была особенно важной конкретизация представления о существовании
необычайно малых частиц первоматерии. Это сделали Левкипп и Демокрит.
В
V
в. до н.э. возникло новое учение – атомизм, выдвинувшее идею о дискретности
материи. Основоположники атомизма Левкипп и Демокрит. Демокрит полагал, что
все вещи видимого мира состоят из мельчайших неделимых и неизменных частиц –
атомов, разделенных пустым пространством. Образование тел есть результат
движения и столкновения атомов и их «сцепления» друг с другом. Разнообразие
всех вещей Демокрит объяснял различием числа, формы, величины и порядка
составляющих их атомов.
В античное время атомизм встретил серьезные
возражения. В первую очередь они касались самой идеи о существовании у тел
предела делимости. Оставалось непонятным, почему и где должна существовать
грань, за которой становится невозможным дальнейшее дробление вещества.
Помимо идеи об атомах критиковались (в частности Аристотелем) представления
Демокрита о том, что превращения тел являются следствием изменения порядка
составляющих их атомов. Эти представления опровергало простейшее наблюдение:
превращение жидкого тела в твердое при замерзании. Такое превращение
происходило «само по себе», без какого-либо перемешивания, а значит, как
полагали древние философы, не затрагивало внутреннего порядка атомов.
Наибольшие же возражения получили воззрения
Демокрита о неизменности свойств атомов после их соединения друг с другом с
образованием нового вещества. Такое представление не позволяло объяснить
качественный скачок при формировании новых веществ, т.е. образование из
бескачественных атомов и пустого пространства качественно оформленных
(обладающих вкусом, цветом и запахом) сложных тел. Положении Демокрита о
том, что вкус, запах, цвет, тепло, холод и т.п. существуют только во мнении,
плохо соответствовало наблюдению и делало всю атомистическую концепцию очень
умозрительной.
В
V
– IV
вв. до н.э. элементаризм получил свое развитие в трудах афинских классиков
Платона и Аристотеля. Платон придерживался представления о четырех
элементах, но рассматривал воду, воздух, землю и огонь как качественно
различные и изменчивые формы (состояния) единой, бескачественной и
неизменной субстанции (материи). Для развития химических знаний большое
значение имело разработанная Платоном теория соединения первоэлементов.
Согласно Платону, единая для всех основа, первоматерия, проявляется в разных
телах по-разному, оказываясь то огнем, то водой, то воздухом, то землей.
Например, в горючих телах проявляется воспламеняющая способность
первоматерии (т.е. элемент огонь), в легких телах проявляется ее «летучая
компонента» (т.е. элемент воздух). Элементы в такой трактовке выступали лишь
как носители первичных качеств (свойств) вещей. Таким образом, в учении
Платона понятия Эмпедокла об элементах-стихиях как неизменных субстанциях,
образующих многообразные тела, трансформировались в изменчивые
элементы-качества, придающие телам определенные свойства. Платон образно
представлял себе взаимодействие элементов как изменение формы определенных
«геометрических фигур». Треугольники первоэлементов, различающиеся своими
размерами, постоянно взаимодействуя друг с другом, образуют многообразие
веществ. Представления об образовании веществ из треугольников и
элементарных частиц впоследствии оказали влияние на формирование взглядов о
пространственном строении соединений.
Учение Платона было развито Аристотелем.
Принимая идею об элементах как формах единой первичной материи, которые в
разнообразных пропорциях содержатся в телах и придают им определенные
свойства (качества), Аристотель считал каждый из элементов носителем двух из
четырех свойств (воду – носителем холода и влажности, огонь – носителем
тепла и сухости, землю – холода и сухости, воздух – тепла и влажности). По
Аристотелю, превращение элементов друг в друга является следствием изменения
хотя бы одного из качеств, составляющих элемент. Эти взаимопереходы
элементов-качеств Аристотель считал обязательным условием превращения одного
тела в другое. Таким образом, все многообразие вещественного мира возникло
из четырех основных элементов в результате их смешения. Важнейшие качества
каждого вещества определялись преобладающем в нем элементом. Аристотелевские
представления об элементах приводили к фактическому отожествлению предмета с
его качествами (свойствами). Соответственно, вывод о наличии того или иного
элемента в теле делался на основе оценки чувственно воспринимаемых свойств,
которые ассоциировались с элементами (например, горючие тела содержали
огонь, текучие – воду и т.п.). Подобный критерий присутствия элемента в теле
будет характерен для химического мышления вплоть до
XVII
в.
В работе «О возникновении и уничтожении»
Аристотель выдвинул очень важное и принципиально новое положение
относительно причины качественного многообразия тел: возникновение новых
веществ сопровождается изменением качеств. Объясняя процесс возникновения
новых тел, он ввел понятие миксиса – соединения веществ в качественно новое
образование. В этой теории соединение веществ рассматривалось не просто как
их механическое смещение (синтезис), а как «тело», обладающее новыми, не
присущими исходным компонентам, качествами (миксис). В миксисе исходные тела
находились только в возможности (т.е. могли, в принципе, быть выделены
снова). Необходимым условием миксиса Аристотель считал контакт, благодаря
которому должно происходить изменение исходных веществ. Наблюдение
показывало, что вещество с одними свойствами способно превращаться в другое
вещество с другими свойствами. Но из полученного продукта с помощью
определенных операций можно было снова выделить исходное вещество.
Представления Аристотеля получили широкое распространение в эллинистический
период и в Средние века.
В конце
IV
- III
вв. до н.э. атомизм Демокрита получил развитие в трудах Эпикура. Большинство
его воззрений дошло до нас благодаря поэме римского поэта-философа Лукреция
Кара (I
в. до н.э.) «О природе вещей». Лукреций, излагая учение Эпикура, писал об
обладающих определенным размером и весом атомах, движущихся в пустоте с
одинаковой скоростью. Атомы способны к спонтанному отклонению, что приводит
к их соударениям и образованию агрегатов (промежуточной стадии между атомом
и соединением).
С историко-химической точки зрения наиболее
интересным и важным аспектом атомизма Эпикура – Лукреция является попытка
объяснения процесса образования сложного тела, обладающего качествами, из
бескачественных атомов. По Эпикуру, сложное тело – консилиум – это
образованная из атомов новая целостность, наделенная ранее отсутствовавшими
у его компонентов свойствами вследствие гармонии (согласованности) атомных
движений в консилиуме. Идея консилиума являла собой попытку объединить в
одном учении атомистические воззрения с элементаристскими представлениями о
миксисе.
Античное мышление с его умозрительным
проникновением в строение вещества и причины его превращений принципиально
не могло соединить представление об атомах с процессом образования нового
химического соединения. Тот факт,
что свойства соединения отличны от свойств его компонентов, требовал
признания потери атомами при образовании соединения своей индивидуальности,
а это вступало в противоречие с идеей о его неизменности и вечности. Так, в
течение многих последующих веков, вплоть до Нового времени,
элементаристские и атомистические взгляды оказались разобщенными, причем
идея элемента (как субстанциального качества) стала господствующей
(аристотелизм).
В начале новой эры определенную роль в
дальнейшем разобщении этих учений стала играть алхимия.
Период, охватывающий более тысячелетия,
начиная примерно с IV
в. н.э., характеризуется медленным прогрессом науки. С историко-химической
точки зрения интересным явлением, во многом определяющим «химическую»
картину мира того времени, является алхимия – специфическая область
средневековой культуры, которую связывают с попытками осуществления
трансмутации – взаимопревращения металлов (главным образом, с целью
получения золота).
Зарождение алхимии в первые века нашей эры
явилось результатом взаимодействия древнегреческой натурфилософии (учения
Платона, Аристотеля и их последователей) с практическими знаниями древних
ремесленников.
Под влиянием взглядов Аристотеля об общей
основе всех тел и их различии в соотношении составляющих элементов-качеств
во взглядах на материю сформировалось убеждение в возможности путем
взаимопревращения элементов-качеств изменить это соотношение (и
соответственно, превратить одно вещество в другое). Известные в то время
практические факты подтверждали подобное убеждение. Так, изменения, которым
подвергаются твердость, вязкость, цвет и другие свойства веществ (например,
металлов) под влиянием многочисленных химических агентов, воспринимались как
подтверждение превращения этих веществ и способствовали укреплению идеи об
их общей сущности. «Металлы сходствуют в эссенции; они различаются только
своей формой», - отмечено в сочинениях крупнейшего средневекового ученого,
философа и богослова Альберта Великого.
Одним из важных представлений средневековых
философов было представление о степени совершенства объектов окружающего
мира. Считалось, что каждый объект может существовать только в процессе
бесконечного самосовершенствования.
Комбинация этих воззрений со взглядами
Аристотеля, уподоблявшего металлы растениям за их свойство возникать из
земли под действием холодных и влажных паров, трансформировалась в
алхимическом мышлении в идею о способности металлов развиваться в глубине
земли, подвергаясь целому ряду переходов от менее совершенного состояния к
более совершенному (состояние совершенства характеризовалось, главным
образом, способностью металла быть устойчивым к влиянию внешних сред). По
убеждениям алхимиков природа в своем стремлении к совершенству должна
постоянно производить золото, но случайные стечения неблагоприятных
обстоятельств приводят к образованию «несовершенных» металлов. Подобные
идеи, по-видимому, опирались не только на воззрения философов, но и на тот
факт, что в земле рядом с чистым металлом обычно встречаются его соединения,
из которых чистый металл может быть извлечен. Это приводило к мысли, что
соединения, в которых находится данный металл, есть как бы последовательные
стадии его усовершенствования.
Своеобразное «смешение» философских идей и
химических знаний ремесленников в алхимическом мировоззрении привело
(примерно в VIII
в.) к интересному в методологическом плане изменению – преобразованию
аристотелевских элементов-качеств в алхимические элементы-принципы. Такими
элементами-принципами стали считать серу и ртуть.
Эти идеи были связаны с расцветом химических знаний в арабском мире начиная
с 800-х гг. Арабские ученые знали переводы греческих и латинских авторов еще
до VII
в. Всемирно известный авторитет в области химических знаний Джабир ибн Хайан
(VIII
– нач. IX
вв.) был автором нескольких сотен научных трудов, создателем научной школы,
подобной платоновской Академии или аристотелеву Ликею. Его современник, врач
и философ Ар-Рази, систематизировал и классифицировал вещества (минеральные,
растительные, животные) и обобщил опыт использования химических знаний для
развития фармации и ремесел. Великий врач и философ Авиценна (около 980-1037
гг.), взгляды которого были близки к представлениям алхимиков, оказал
огромное влияние на практические и теоретические знания не только своего
времени, но и на последующие поколения (особенно «Канон»).
К
XIII
в. широко распространилось представление о том, что первичная материя
состоит из серы и ртути, но не одноименных веществ, а качественных принципов
(т.е. носителей определенных свойств, которые они придают телам). При этом
сера обычно связывалась с таким свойством, как горючесть, а ртуть
олицетворяла собой летучее начало. Соотношение серы и ртути определяло
индивидуальность каждого вещества, в том числе и металла. Таких
представлений, высказанных еще в
VIII
в. арабским алхимиком Джабиром, придерживались знаменитые европейские
алхимики XIII
в. Альберт Великий, Роджер Бэкон, Арнольд из Виллановы, Раймонд Луллий и ряд
ученых более позднего времени.
Нетождественность входящих в состав тел
элементов-принципов ртути и серы одноименным веществам многократно
подчеркивалась в средневековых сочинениях. Однако, само преобразование
философской категории элемент-качество в элемент-принцип, а также
оперирование очень многих алхимиков именно с соединениями ртути и серы
свидетельствуют о том, что иногда элементы-принципы неосознанно
воспринимались и как элементы-вещества. Этот факт отражает специфическую
особенность алхимического мировоззрения, фактически принимавшего двойную
сущность элемента: умозрительную и вещественную. В преобразовании
аристотелевских элементов-качеств в алхимические элементы-принципы
наметилось, пусть совсем незначительное, но тем не менее, заметное смещение
акцента с очень абстрактных философских понятий о веществе в понятия, более
подходящие для практических химических операций.
В
XV
в. в алхимических концепциях вещества появился третий элемент-принцип –
соль. Этот элемент изначально рассматривался как посредник в соединении
ртути и серы (его введение обычно приписывается немецкому монаху Василию
Валентину).
С позиций представлений об
элементах-принципах трансмутация металлов означала придание неблагородным
металлам некого определенного, соответствующего золоту соотношении ртутного
и серного начал. Восприятие металлов как по сути одного металла (золота)
различной степени совершенства приводило к мысли о возможности придать
совершенство любому металлу с помощью алхимического искусства, в частности,
воздействия на этот металл особым веществом – «философским камнем». Для
Средневековья характерен взгляд на трансмутацию металлов как на процесс
двойственной природы: рациональный (проведение химических превращений) и
мистический (процедура «священнодействия», загадочность изложения
алхимических рецептов).
По мнению многих историков химии,
приверженность идее трансмутации сыграла определенную роль в непопулярности
атомистических воззрений в средние века, поскольку идея о неизменности
атомов исключала возможность алхимической трансмутации. Атомистические
концепции практически не упоминались в средневековых сочинениях, а иногда,
как отличные от поддерживаемого церковью учения Аристотеля, даже
преследовались.
К
XV
в. наметилась тенденция к постепенному угасанию златоискательской идеи, что
повлекло за собой некоторое расширение задач алхимии. В это время большое
распространение получила лекарственная алхимия, основным объектом которой
стал человеческий организм. К началу
XVI
в. лекарственная алхимия оформилась в отдельное направление, которое
получило название ятрохимия (или иатрохимия, от греческого слова «иатрос» -
врач). Немецкий врач XVI
в. Парацельс писал, что настоящая цель химии должна состоять «не в делании
золота, а в приготовлении лекарств». В трудах Парацельса была развита идея о
гармонии «химических» функций здорового организма и нарушении этой гармонии
при болезнях. Разделяя алхимические представления об элементах-принципах –
ртути, сере и соли – Парацельс высказал идею об определенном содержании этих
начал в теле человека, изменение нормального соотношения которых вызывает
заболевания. Факт сближения рассмотрения «элементарного состава» металлов и
человеческого организма был интересным аспектом ятрохимических концепций.
В
XVI
– XVII
вв. во многом благодаря трудам ятрохимиков наметилось проникновение
алхимического теоретизирования в практическую деятельность ремесленников.
Появились собственные труды технохимиков, например А. Либавия («Алхимия»),
Г. Агриколы («О горном деле и металлургии, 12 книг»), В. Бирингуччо («Pirotechnia»)
и др., суммирующие опыт извлечения металлов из руд, приготовление
пиротехнических средств и т.п., носящие прикладной, утилитарный характер.
Сочинения ятрохимиков, например, А. Либавия, содержали не только описания,
но и рекомендации по усовершенствованию химических операций практического
характера. Практическая химическая деятельность стала, таким образом,
восприниматься как объект для изучения.
Результатом включения ремесленной
технохимической деятельности в контекст ятрохимических (и алхимических)
рассуждений стало преобразование к
XVII
в. химических ремесел в систему химической технологии. В трудах ятрохимиков
наметился важный позитивный сдвиг в химическом мышлении, который проявился в
придании элементу большего вещественного статуса (хотя ощутимая доля
абстрактности в понимании вещей сохранилась). Лишь в конце
XVIII
в. одержали верх исследователи, называвшие себя «химиками», которые под
алхимией понимали только поиски способов получения золота. Алхимия перестала
существовать как область человеческой деятельности.
В литературе высказываются неоднозначные
суждения о значении алхимии в истории науки: от признания ее по сути
единственным руслом развития химических знаний в эпоху средневековья до
отведения ей абсолютно негативной роли в истории научного познания.
Многие историки видят основное значение
алхимии в ее своеобразном посредничестве между технологическим ремеслом и
натурфилософским размышлением, в специфическом сближении в ней этих двух
направлений человеческой деятельности. Это сближение в конечном счете
проявилось в том, что в алхимическом мышлении наметилась важная особенность:
одновременное размышление о веществе и оперирование с веществом.
В
XVII
в. вследствие взаимопроникновения науки и производства стали происходить
общемировоззренческие изменения в естествознании. Эти изменения проявились в
возрастании интереса к решению конкретных, частных задач (в противовес
умозрительным обобщениям древних философов), что привело к развитию
эксперимента в науке. Значительное влияние на развитие естествознания
оказала философия, например, труды Ф. Бэкона, который предложил индуктивный
метод изучения природы и выдвинул перед естествоиспытателями задачу опытного
исследования.
Развитие эксперимента сыграло определяющую
роль в становлении химии как науки. В первую очередь, оно стало
трансформировать традиционные представления о причинах разнообразия веществ.
Эта проблема приобрела очень важное значение в химии
XVII
в. В традиционной – натурфилософской или алхимической – концепции
индивидуальность каждого объекта определялась комбинацией элементов-качеств
(или элементов-принципов), соединяющихся с бескачественной материальной
сущностью (эссенцией) тела. Бесплодность подобного абстрактного понимания
элемента в условиях развития экспериментальных исследований стимулировала
постепенное осознание того факта, что между сущностью предмета и чувственно
воспринимаемыми свойствами должно быть некое соответствие. Сближение качеств
объекта с самим объектом давало возможность достоверно интерпретировать
получаемые экспериментальные результаты и делать обоснованные предсказания.
В результате в химии
XVII
в. началось переосмысления понятия «элемент», который стал рассматриваться
не как абстрактное качество или принцип, а как вполне реальное вещественное
составляющее сложных тел.
Зарождающийся аналитический подход к
определению составных начал (элементов) принципиально отличался от
традиционного подхода, выводящего наличие элемента в составе данного тела на
том основании, что оно обладает присущим этому элементу качеством.
Традиционные же выводы о составе при восприятии элемента как вещества могли
не подтверждаться химическим анализом. Расширение опытных исследований
привело многих ученых к изучению циклических последовательностей превращения
веществ с обратным выделением исходных реагентов. Эти эксперименты приводили
исследователей к мысли о том, что исходные вещества входят в продукты
химической реакции в качестве составных частей, и снова выделяются при
разложении этого продукта, как бы предсуществуют в разлагаемом теле и
являются его составными частями (элементами). Так, традиционное понятие об
элементе постепенно трансформировалось в понимание элемента как
неразлагаемой составной части тела, вещество же стало рассматриваться как
комбинация предшествующих элементов.
Английский ученый
XVII
в. Р. Бойль к книге «Химик-скептик», подытоживая подобные взгляды, отметил,
что многие химики-экспериментаторы стали подразумевать под элементами
«некоторые первоначальные, или простые, тела, иначе говоря, ни с чем не
смешанные, которые, не будучи в состоянии образовываться ни из других тел,
ни друг из друга, являются составными частями, из которых непосредственно
слагаются или на которые в конечном счете разлагаются совершенным образом
смешанные тела». В рамках новой элементаристской концепции индивидуальность
свойств того или иного вещества определялась свойствами входящих в него
компонентов (неразлагаемых элементов), т.е. фактически его качественным
составом. А так как вещественные компоненты состава в отличие от абстрактных
алхимических начал могли быть определены аналитическими методами, многие
ученые
XVII
в. (И. Кункель, Н. Лефевр, Н. Лемери и др.) считали, что изучение этого
элементного состава и должно являться важнейшим направлением химических
исследований. Важные методики для химического анализа веществ разработал Р.
Бойль. Он, будучи экспериментатором (ввел в химию экспериментальный метод),
негласно принимал представление об элементах как пределе разложения
вещества. Однако его отношение к элементаристской концепции было
неоднозначным. Он предложил принципиально другое, теоретическое объяснение
происхождения свойств тел на основе корпускулярных представлений о веществе.
К началу
XVII
в. в научном мире наметилось постепенное возрождение атомизма. Это произошло
в результате распространения механистических взглядов. Формирование в рамках
механицизма представления о превращениях веществ как процессах
сборки-разборки отдельных «блоков» нашло свое воплощение в гипотезах о
дискретном корпускулярном (от лат.corpuscula
– частица) строении вещества. Существенное влияние на развитие подобных
учений оказали работы Р. Декарта, П. Гассенди, Т. Гоббса, В. и М. Кавендиш.
Попытка применить корпускулярную теорию для
объяснения превращения веществ в химических реакциях была сделана в трудах
Р. Бойля, с именем которого связывают процесс формирования химии как науки,
основанной на корпускулярных представлениях. Идея Бойля имела важное
методологическое значение. Такое объяснение впервые наполнило понятие
качества (свойства) реальным физическим содержанием, представив его не как
нечто имеющее неизвестное происхождение и изначально заданное в теле, а как
результат определенного внутреннего устройства вещества. Кроме того, работы
Бойля способствовали сближению химии с физикой, что в перспективе вело к
изменению представления о химии как о разделе медицины и ее становлению как
самостоятельной науки.
В начале
XVIII
в. И. Ньютоном была разработана корпускулярная концепция. Ньютон, подобно
Бойлю и другим атомистам, считал корпускулы всех тел неизменяемыми,
неделимыми, состоящими из единой субстанции и существующими в пустоте.
Однако главную роль в возникновении индивидуальных свойств веществ Ньютон, в
отличие от Бойля, отводил сочетанию корпускул посредством особых сил
притяжения, которые действуют на малых расстояниях (динамическая концепция).
Эта концепция сыграла ведущую роль в формировании новых представлений о
химическом сродстве, опровергнув положение о различии в формах частиц и
сведя химические процессы к взаимодействию веществ за счет сил притяжения.
Концепция Ньютона о взаимодействии тел, обусловленном проявлением сил
различной природы, впоследствии сыграла очень важную роль в формировании
«химической атомистики». Но в
XVII-XVIII
вв. корпускулярные представления хотя и были приняты очень многими
естествоиспытателями, не получили дальнейшего развития в плане объяснения
химических явлений. Например, М. В. Ломоносов в первой половине
XVIII
в. разработал свою «корпускулярную философию», дав целый ряд определений
таким категориям, как атомы и молекулы (корпускулы и элементы).
Ситуация в химии
XVII
в., уже во многом экспериментальной науки, была неоднозначной. С одной
стороны, еще очень сильна была старая алхимическая традиция, что накладывало
отпечаток как на интерпретацию экспериментов, так и на мышление в целом. С
другой стороны, в XVII
в. наряду с весьма популярными алхимическими идеями появились принципиально
новые воззрения: эмпирическая концепция предсуществующих элементов,
сформировавшаяся в результате расширения эксперимента, и корпускуляристское
учение, получившее распространение в результате возрождения атомизма. При
этом во всех трех одновременно сосуществующих концепциях совершенно
по-разному объяснялась причина разнообразия свойств веществ и сущность
химических явлений. Начавшийся с развитием эксперимента прогресс науки
свидетельствовал о том, что алхимические взгляды постепенно, но неизбежно
утратят свою популярность. Поэтому выбор дальнейшего пути развития химии
фактически определялся противостоянием именно элементаристской и
корпускуляристкой концепций.
В химии
XVIII
в. преобладающей стала первая тенденция как более близкая к старым традициям
элементаризма и более соответствовавшая эксперименту той эпохи. При этом
многие последователи элементаристских идей принимали сам факт существования
атомов, или корпускул, но воспринимали их только как абстрактную
(структурную) единицу тел, а не как объект, участвующий в химической
реакции, т.е. не как объект для химического исследования.
Для химии конца
XVII
- начала XVIII
вв. характерно возрастание интереса к экспериментальным работам и отдаление
от умозрительных концепций. Область химических исследований расширилась:
началось интенсивное изучение состава и свойств веществ минерального и
растительного происхождения. Возрастающее количество эмпирических фактов
вызывало необходимость их систематизации, которая в первую очередь
предполагала установление общих черт, характерных для анализируемых объектов
или процессов. Важное место в химических исследованиях заняли реакции
горения и обжига тел на воздухе.
Теоретические и технические основы ядерной энергетики. |
В зависимости от способа размещения топлива в активной зоне ... В
зависимости от замедляющего вещества гетерогенные реакторы делятся на
... Это процесс превращения атомного ядра в другое ядро с изменением ...
может быть интерпретирован как реакция превращения внутри ядра одного
протона ...
http://nuclphys.sinp.msu.ru/students/nucen.html |
В начале
XVIII
столетия задача систематизации процессов, связанных с горением, и сведение
их к общему принципу, была решена в теории флогистона – фактически первой
химической научной теории Нового времени. Эту теорию развил немецкий химик и
врач Г. Э. Шталь. Основой теории Шталя была идея о наличии во всех горючих
веществах общего компонента – флогистона (от греч. «воспламеняющийся»),
который исчезает в процессе горения. На многочисленных опытных примерах
Шталь доказывал способность флогистона передаваться от одного вещества к
другому. Теория флогистона объединила в определенную систему известные к
тому времени разрозненные факты химии, охватив обширный круг важнейших
химических процессов (горение, окисление, восстановление и др.). Внешне
очень разные реакции удалось свести к общему представлению о присоединении
или выделении флогистона. Флогистон рассматривался и как вещественные
частицы огня, и как огненная материя, соединенная со стихийной землей, и как
соединение теплотворного вещества со световым и т.п.
Теория флогистона очень показательна в плане
понимания особенностей химического мышления своего времени, состоявших в
переходе от традиционного (алхимического и натурфилософского) восприятия
веществ и их превращений к научному мышлению. С одной стороны, теория была
принята несмотря на то что флогистон не отождествлялся с каким-либо реальным
веществом, с другой стороны, уже ощущалась необходимость соответствия теории
эксперименту. Так, М. В. Ломоносов выступил против распространенных в науке
представлений о теплороде, или «огненной материи». Опираясь на разработанное
им атомно-молекулярное учение, он разработал механическую теорию тепла и
нашел новые аргументы в пользу принципа сохранения веса вещества и
сохранения движения. На базе этого он сформулировал новые задачи химии как
науки в противовес определениям своих современников, рассматривавших химию
лишь как искусство.
В середине XVIII в. сторонниками теории Шталя
предпринимались многочисленные попытки изолировать флогистон. Особый интерес
в этот период вызывала пневматическая химия (химия газов). С 1750 по 1775
гг. химия обогатилась открытием различных форм воздуха (газообразных
веществ), среди которых так и не было найдено вещества, идентичного
флогистону. Развитие пневматической химии и аналитических исследований во
второй половине XVIII в. оказало определенное влияние на представление
химиков об элементах. Различные виды первоэлементов (например, несколько
видов земли или несколько видов воздуха) свидетельствовали об укреплении
представления о них как о химически индивидуализированных веществах, а не
понимании их как элементов-качеств. Химики постепенно приходили к
разграничению понятий элемент и соединение, т.е. к мысли о существовании
различных неразложимых на какие-либо компоненты и не трансмутируемых друг в
друга элементов, сочетание которых образует химические соединения и
обусловливает их свойства.
Расширение объектов химического исследования
во второй половине XVIII в. привело к открытию настолько большого количества
самых разнообразных экспериментальных фактов, что они уже не могли быть
систематизированы в рамках теории флогистона. Ведущую роль здесь сыграли
возникновение химии газов и постановка вопроса о весовых соотношениях.
Теоретическое переосмысление химической информации в конце XVIII в. привело
к опровержению флогистики и созданию новой системы представлений о
химических веществах и их превращениях.
Глобальные изменения во взглядах на
химические явления, которые стали результатом работ французского ученого А.
Лавуазье, в историко-химической литературе традиционно называют химической
революцией. Это многогранное явление включает в себя такие важные
составляющие, как замена теории флогистона кислородной концепцией
горения, пересмотр принятой системы составов химических веществ,
переосмысление концепции химического элемента и ф
