- •1. Основная проблема химии
- •2. История химии как закономерный процесс смены способов решения ее основной проблемы
- •3. Принцип субординации дискретных уровней развития научного знания — основной принцип классификации науки
- •4. Принцип гомологии, или принцип уплотнения научной информации, и его значение для изучения химии
- •5. Иерархия дискретных уровней научного знания — основание теории развития химии
- •Литература
- •1. Решение проблемы химического элемента
- •2. Развитие учения о периодичности и теории валентности
- •3. Решение проблемы химического соединения
- •4. Учение о составе и появление технологии основных неорганических веществ
- •Литература
- •111 Химии. Вторая концептуальная
- •1. Возникновение первых структурных представлений
- •2. Эволюция понятия структуры в химии
- •3. Конец антиномии «структура — динамика»
- •4. Новые проблемы структурной химии
- •5. Пределы структурной химии. Ограниченность химической технологии, основанной на принципах структурных теорий
- •IV о химическом процессе.
- •1. Логические основы учения о химическом процессе
- •2. Рост исследований многофакторности кинетических систем — первая и основная тенденция развития учения о химическом процессе
- •3. Химия каталитическая и химия экстремальных состояний
- •4. Исследование гидродинамических факторов
- •6. Математическое моделирование в учении о химическом процессе
- •7. Новые методы управления химическими процессами. Спиновая химия
- •Литература
- •V концептуальная система.
- •1. «Лаборатория живого организма» — идеал химиков
- •2. Изучение ферментов в русле биохимии и биоорганической химии
- •3. Пути освоения каталитического опыта живой природы
- •4. Самоорганизация химических систем — основа химической эволюции
- •5. О понятиях «организация»
- •6. О различных подходах к проблеме самоорганизации предбиологических систем
- •7. Общая теория химической эволюции и биогенеза а. П. Руденко
- •8. Нестационарная кинетика и развитие представлений об эволюции химических систем
- •9. Явления саморазвития химических систем
- •Литература
- •VI и химического производства
- •2. Особенности интенсификации развития химии как науки и производства
- •3. Возможно ли предвидение научных открытий?
- •4. Пути интенсификации химических процессов
- •5. Наиболее перспективные направления исследований в области химии экстремальных состояний
- •6. Пути интенсификации развития химии и химического производства посредством катализа
- •7. Теория химической технологии вместо «технического оформления процессов» — важный путь интенсификации химического производства
- •8. О резервах интенсификации развития химии на уровне двух первых концептуальных систем
- •Литература
- •Глава 1. Основная проблема химии '4
- •Глава 1. Возникновение первых структурных представлений . . 75
- •Глава 1. Логические основы учения о химическом процессе . . .108
- •Глава V
- •Глава VI
5. О понятиях «организация»
и «самоорганизация» и их познавательных
функциях в химии
Понятия «организация» и «самоорганизация» имеют очень широкое распространение во многих отраслях знания и обычно характеризуются как «общенаучные» понятия. Применительно к химии оба они до недавнего времени не имели существенного значения: в химии безраздельно господствовало понятие «структура», которое было введено в середине XIX в. для характеристики (наряду с понятием «состав») главного фактора, определяющего свойства и реакционную способность молекул реагента. Теперь понятие «организация» прочно вошло в познавательные средства химии потому, что с его помощью можно характеризовать не только свойства молекул как дореакционных систем, но и свойства реакционных систем, т. е. совокупности реагирующих и качественно изменяющихся молекул. Поэтому понятия «структура молекулы» и «организация кинетической системы» следует рассматривать как понятия-гомологи.
Исходя из принципа гомологии понятий или из все того же энгельсовского принципа субординации уровней научного знания, можно прийти к следующему определению: «Химическая организация вещества — это основанная на обменном взаимодействии** упорядоченность отношений между атомами и (или) атомными агрегатами, вследствие которой образуется единая система: в случае устойчивой упорядоченности — молекула, или частица химического соединения, в случае неустойчивой упорядоченности—кинетический континуум, в том числе переходное состояние» [4, с. 68].
Это определение сегодня нуждается только в одном уточнении:' под устойчивой упорядоченностью следует понимать структуру
* Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 564.
** Здесь под обменным взаимодействием подразумеваются процессы образования и преобразования химических связей путем обобщения электронов в молекулярных орбиталях.
190
качественно неизменной химической системы, т. е. молекулы в широком смысле этого слова. Под неустойчивой же упорядоченностью надо понимать, как об этом было сказано в гл. II, химическую организацию, или кинетические закономерности, качественно изменяющейся системы, т. е. химического процесса. Неустойчивой эта упорядоченность названа только потому, что она зависит от множества переменных факторов, о которых подробно было сказано в предыдущей главе, — катализаторов, растворителей, примесей, материала стенки реактора, термо- и гидродинамических факторов— словом, всего того, что вызывает неустойчивость действия одного физико-химического закона под воздействием другого, т. е. что образует как бы переплетение законов, обусловливающих течение процесса. Но при всем этом любые такие законы (кинетические и плюс к ним термодинамические, гидродинамические) объективны: это законы природы. И несмотря на то, что человек ставит перед собой цель так провести химический процесс, чтобы в результате был получен продукт с максимальным выходом при минимальных энергетических затратах, он не в состоянии обойти законы природы. Человек только тогда достигает означенной цели и приобретает возможность управлять химическим процессом, когда познает эти законы и поступает в соответствии с ними. Итак, химическая организация кинетической системы — это (объективные законы существования данной системы. Или, что одно и то же, это теории кинетики и химической термодинамики, макро-]кинетики и химической технологии. Понятие «организация» в нашей схеме (с. 21) связано поэтому с понятием «производительность».
Здесь особо подчеркивается объективность понятия химической организации потому, что недавно в литературе появилось новое толкование понятия «организация». Оно принадлежит немецкому физику Г. Хакену, которого считают основателем так называемой «синергетики» — науки о самоорганизации систем. В отличие от автоупорядочения материальных объектов, т. е. от их самодвижения от хаоса к упорядоченности, Г. Хакен называет организацией только такое упорядочение (или такую упорядоченность), которое является следствием сознательных действий человека. Пусть в синергетике понятие «организация» будет таким, каким интерпретирует его Г. Хакен. Но для химии оно является иным, не зависящим от целей, поставленных человеком.
Существенно иное содержание вкладывается в понятие «самоорганизация». Подобно понятию «организация», оно тоже обозначает объективные законы (упорядоченность) существования материальных динамических, т. е. качественно изменяющихся, или процессуальных, систем. Но в отличие от понятия «организация» оно отражает законы такого существования динамических систем, которое сопровождается их восхождением на все более высокие уровни упорядоченности, или материальной организации. Именно такое
191
«содержание вкладывают в понятие «самоорганизация» все иссле-, дователи, занятые решением проблем хемо- и биогенеза.
Собственно, этим определением можно было бы и завершить выяснение смысла понятия «самоорганизация», если бы был совершенно ясен вопрос о том, как оценивать уровни упорядоченности материальных систем, т. е. высоту их организации. Как было уже сказано, в биологии применительно к живым системам этот вопрос представляется более ясным, чем в химии, хотя при этом нельзя не вспомнить замечания Ч. Дарвина о том, что почти безнадежной является попытка сравнивать высоту организации особей разных типов, например пчелы и каракатицы. Еще более безнадежными оказались попытки биохимиков найти мерило высоты организации химических соединений в их отношениях к белкам и другим биополимерам путем построения гипотетической лестницы, ведущей вниз вплоть до метана.
Теперь, после того как выяснена ничтожно малая вероятность обратного движения вверх по той же лестнице — от метана до биополимеров, а вероятность эта оценивается чудовищно малой величиной (10~400—10500), химики не могли не проявить интереса к эволюционной систематике своих объектов. Ведь если не верить в чудо сверхъестественного происхождения биоорганических соединений, составляющих материал «лаборатории живого организма», то надо же все-таки как-то иначе объяснять и хемогенез и биогенез. Именно поэтому сегодня решение вопроса об иерархии химических систем поставлено на строгие научные основания.
В этой связи здесь хотелось бы сказать прежде всего о перво-проходческих работах в данном направлении Ю. А. Жданова. Являясь активным поборником введения принципа историзма в химию, Ю. А. Жданов еще с 1950-х годов разрабатывает вопросы химической эволюции [21, 22} и, в частности, определения высоты химической организации веществ. В 1960-е годы он предложил применять два параметра для оценки структурного и энергетического уровней органических соединений. Один из них — информационная емкость соединения в расчете на один атом. Этот параметр не зависит от величины и сложности молекулы и служит объективным критерием структурных богатств как одного соединения, так и всего класса (углеводы, аминокислоты, терпеноиды, нуклеиновые кислоты, стероиды, алкалоиды). В качестве энергетического параметра Ю. А. Ждановым выбрана средняя степень --окисления атома углерода в молекуле; она характеризует электронное окружение атома и отражает соотношение в органическом, соединении противоположных тенденций к спонтанному окисли- -тельно-восстановительном'у диспропорционированию. Эта величина выявляет отношение данного соединения к всеобщей среде живого —• воде, взаимодействие с которой даже в отсутствие окислителей может привести одни органические соединения к окислению, другие — к восстановлению.
192
Оба параметра Жданова коррелируются с биохимическими функциями соединений разных классов в организме и проливают свет на некоторые общие закономерности «поведения» добиологи-ческих химических систем в образовании биосистем различных эволюционных периодов и разной высоты организации.
Сегодня вопрос об оценке уровней химической организации вещества можно решать уже не только посредством создания отдельных моделей иерархии химических систем, даже и таких, которые имеют солидное обоснование, но и путем выявления общих закономерностей химической эволюции, позволяющих получить решение данного вопроса в качестве вывода или следствия. В таком случае модель иерархии химических систем перестанет играть роль произвольной конструкции, задающей схему решения всей проблемы хемогенеза. Она будет находиться в органическом единстве с решением всех других вопросов химической эволюции. Путь к этому — общая теория химической эволюции и биогенеза, разработанная А. П. Руденко [3].
О том, как конкретно в этой теории решается вопрос об оценке уровней химической организации вещества, будет сказано ниже. Здесь же можно пока ограничиться априорным сообщением о том, что результаты решения этого вопроса в теории А. П. Руденко во многом коррелируются с результатами, установленными Ю. А. Ждановым, а в ряде случаев и с постулатами актуалисти-ческих теорий биогенеза. Во всяком случае, сегодня общие и далеко не всегда определенные представления о законах и порядке в процессах перехода химических систем на более высокие уровни упорядоченности приобрели конкретные формы и содержание. А это дает возможность направленно, более осознанно и адекватно оперировать в химии понятием «самоорганизация».