8. О резервах интенсификации развития химии на уровне двух первых концептуальных систем

Вытекающий из закономерностей развития химии вывод о том, что наиболее вероятные области фундаментальных научных открытий находятся на уровне третьей и четвертой кон­цептуальных систем, не отрицает возможности крупных открытий и на низших уровнях развития химического знания.

Поистине безграничными являются такие возможности на уров­не структурной органической химии, где синтез новых ооганических

273

соединений может приводить не только к расширению банка науч­ной информации о миллионах и миллионах до того неизвестных веществ, но к заранее запланированным с помощью ЭВМ структу­рам со свойствами высокоспецифических фармацевтических препа­ратов, инсектофунгицидов, гербицидов, дефолиантов, поверхностно-активных веществ, красителей и т. д.

Еще более интересные перспективы открываются на уровне структурной неорганической химии. Ввиду того, что изучение неор­ганических веществ в течение целого столетия (примерно 1830— 1930-е годы) осуществлялось в русле классических представлений о молекулах, которых в подавляющем большинстве неорганических соединений в действительности не существует, развитие неоргани­ческой химии происходило в основном лишь на уровне учения о со­ставе. На структурный уровень оно поднялось лишь в связи с появ­лением квантовой механики не ранее 1930-х годов, т. е. со столет­ним опозданием по сравнению с органической химией. Если учесть то обстоятельство (о нем говорилось в гл. IV), что и сегодня еще в изучении твердого тела не исчезли рудименты преклонения перед стехиометрической химией, то успехи современной химии твердого тела, как, впрочем, и успехи химии комплексных соединений, мож­но квалифицировать лишь как первые шаги в познании глубин сложного строения неорганических тел.

Пожалуй, наиболее перспективным и важным направлением исследований неорганических веществ на структурном уровне яв­ляется изучение закономерностей, обусловливающих специфику химических связей в монокристалле при различных способах за­полнения и уплотнения узлов кристаллической решетки. Значение этих исследований в конечном счете определяется необходимостью получения твердых тел, свойства которых были бы обусловлены не столько характером связей между монокристаллами в поликристал­лите, сколько химическим строением гигантского монолита — моно­кристалла с любым заданным заполнением и уплотнением узлов кристаллической решетки вплоть до идеального кристалла как единой замкнутой квантово-механической системы с минимумом свободных валентностей на поверхности. Идеал — всегда есть цель, к которой приближается реальность. И ничего нет фантастического в том, что касается создания макромолекул, полностью идентичных обычным молекулам с полным внутренним взаимным насыщением валентностей. Но это — только одна задача; она диктуется требо­ваниями создания тел с особой механической, жаро- и противокор­розионной прочностью. Сотни других задач связаны с получением тел с заданным числом и характером дефектов решетки; решение этих задач позволит получать твердые тела с нужными химически­ми и физическими свойствами.

Огромные, еще далеко не вскрытые возможности интенсифика­ции химического производства находятся и на уровне первой кон­цептуальной системы химии — учения о составе. Уже один только

274

I показатель соотношения неорганических и органических соедине­ний (приблизительно 0,5—1 млн к 6—7 млн, или 1 — 10) свидетель­ствует о том, что в образовании как природных, так и искусствен­ных химических соединений структурный фактор (за счет которого и образованы миллионы органических веществ) явно превалирует над фактором состав — свойства. Между тем число сочетаний из­вестных на сей день ста с лишним химических элементов даже при соблюдении дальтоновского принципа простоты (АВ, АВ₂, А₂В₃, ABC, AB₂C и т. д.) обеспечивает получение многих десятков мил­лионов только неорганических соединений.

Перспективным.; в этом отношении являются исследования, на-.^: правленные на получение новых интерметаллидов, соединений ме­таллов с неметаллами типа карбидов, нитридов, оксикарбидов, карбонитридов, силицидов, фосфидов и их оксиформ, металлокомп-лексов, в том числе кластеров; комплексонатов и т. д.

Речь идет, конечно, не о простом увеличении числа синтезируе­мых соединений, но о создании научных основ производства хими­катов и материалов с заданными свойствами, например полупро­водников, катализаторов, особо прочных материалов, ферроспла­вов, лигатур, ингибиторов коррозии и солеотложения и т. д. Подобные вещества относятся к продукции малотоннажного хими­ческого производства. Но они могут принести огромный эффект в деле интенсификации любой отрасли экономики. Достаточно ска­зать, что на открытие новых катализаторов сегодня возлагаются основные надежды в интенсификации развития химической про­мышленности [5—7]. Поиск такого рода новых химикатов и мате­риалов ведется повседневно. Задача заключается, однако, в том, чтобы его упорядочить, сделать более цленаправленным, например уподобить поиску и синтезу биологически активных веществ при помощи программирования на ЭВМ, как это делается в Институте органического синтеза АН ЛатвССР [63] и пока в немногих других научных учреждениях СССР. Решение этой задачи должно быть основано, таким образом, на принципиально «новой идеологии» [64], позволяющей полностью освободиться от бесчисленных проб и ошибок или, по крайней мере, сократить число опытов в 5—10 раз. К сожалению, эта «новая идеология» воспринимается эксперимен­тирующими химиками подчас консервативно. Традиционные же пути оказываются в этих поисках недостаточно эффективными.

Немалые резервы интенсификации развития химического про­изводства на уровне первой концептуальной системы (состав — свойства) содержатся в рационализации добычи и использования сырья для такой крупнотоннажной продукции, как строительные материалы и металлы, предназначенные для всех видов машино­строения, энергетики и электротехники, 3. Поллер прав, обращая внимание на существующую неупорядоченность в использовании сырьевых ресурсов химической промышленности. «Если сравнить природные ресурсы нашей планеты с наиболее часто употребляе-

275

мыми материалами, металлами и силикатами, — говорит он, — то нетрудно заметить между ними некую обратно пропорциональную зависимость: чаще всего используются именно те вещества, запасы сырья которых ограничены» [8, с. 32]. К таким веществам он отно­сит олово, свинец, медь, титан, платину, палладий, родий и, до известной степени, даже железо.

В самом деле, 98,6% массы физически доступного слоя Земли составляют восемь химических элементов (О₂ —47%, Si — 27,5; А1 —8,8; Fe —4,6; Са — 3,6; Na-2,6; К-2,5; Mg —2,1%), среди которых железа почти в два раза меньше, чем алюминия, расход же его примерно в 70 раз больше, чем расход алюминия.

Во всяком случае, на основании данных о распространенности этих восьми элементов можно смело утверждать о больших пер­спективах в использовании алюминия, а затем магния и, может быть, кальция в создании металлических сплавов и металлокера-мических материалов ближайшего будущего. Несомненно, для этого должны быть разработаны энергоэкономичные методы про­изводства алюминия, например, путем обработки алюминиевого сырья хлором с целью получения хлорида алюминия и восстанов­ления последнего до металла (этот метод был опробован в 1970-х годах в США [8, с. 28]). Исключительная распространенность си­ликатов, составляющих 97% массы земной коры, дает основание утверждать, что именно они должны стать основным сырьем для производства строительных материалов будущего. Но надо прини­мать во внимание еще огромные скопления промышленных отходов, таких, как «пустая порода» при добыче угля, «хвосты» при добыче металлов из руд, зола и шлаки энергетического и металлургиче­ского производства, — все это тоже в основном различные сили­каты. И как раз их необходимо в первую очередь превращать в сырье. С одной стороны, это обещает большие выгоды, так как это сырье не надо добывать — оно в готовом виде ждет своего потре­бителя. А с другой стороны, его утилизация является мерой борьбы с загрязнением отгружающей среды.

Говоря о более широком использовании фактора «Состав — свойства», здесь можно было бы многое сказать о перспективах развития химии элементоорганических соединений, в которых этот фактор сочетается со структурным фактором и таким образом обеспечивает получение неисчислимого множества новых веществ. Но исследования в этом направлении, к сожалению, носят преиму­щественно экстенсивный характер: в основном идет пока коли­чественное накопление материала. Ведь даже такие экзотические соединения, как ферроцен, дибензолхром и им подобные, перечерк­нув абсолютизацию классических представлений о валентности не создали нового этапа в развитии химии.

И все-таки среди полученных за последние 20—30 лет элемен­тоорганических соединений нашлись «революционеры». Это фтор-углеооды и их пооизводные!

276

Здесь химия фторорганических соединений нарочито называет­ся химией фторуглеродов и их производных, подобно тому как К. Шорлеммер всю классическую органическую химию назвал наукой об углеводородах и их производных. В самом деле, сегодня уже сформировалась картина настоящего антимира фторуглеродов по отношению к миру углеводородов. При этом место С⁶~—H^ef-связи и протона Н+ в органической химии заняли С⁶⁴~—F⁶~-связи и фторид-анион F~, образуя основную клеточку фторорга-нической химии. В работах И. Л. Кнунянца установлено, что: 1) фторолефины не склонны к характерным для обычных олефинов электрофильным реакциям; наоборот, они крайне активны по отно шению к нуклеофилам; 2) общим принципом фторорганического синтеза является образование промежуточных групп — перфторкар-банионов, представляющих собой своего рода заместители стабиль­ных реактивов Гриньяра; 3) фторорганические структуры, не имею­щие аналогии в химии углеводородов, обладают исключительной устойчивостью и целым рядом других свойств (способность погло­щать кислород и диоксид с образованием жидких растворов этих газов; особая поверхностная активность), что обеспечивает полу­чение уникальных материалов, применяемых в качестве покрытий на металлы, эксплуатируемые в агрессивных средах, загустителей консистентных смазок и сухих смазок в тех же средах, протезов внутренних органов человека, кровезаменителей и т. д. [65]. Син­тез фторорганических соединений, таким образом, преобразовывает углеводородный мир органической химии, поднимая всю химиче­скую науку на новую ступень.

Какие бы перспективы интенсификации развития химии и хими­ческого производства ни открывались на уровне первой и второй концептуальных систем, они теперь уже неотделимы от научно-исследовательских и прикладных работ, проводимых на уровне третьей и четвертой концептуальных систем. Дело в том, что ва­риации состава и структуры теперь следует рассматривать орга­нически включенными в многофакторную реакторную систему. А это означает, что области наиболее вероятных открытий страте­гического значения в развитии химии располагаются все-таки в основном на уровне учения о химическом процессе и эволюционной химии.

От научно-исследовательских работ именно на этих высших уровнях как раз и следует ожидать особенно важных и принципи­ально новых научных результатов, способных революционизировать химическое производство. На этом же именно уровне путем мате­матического моделирования процессов можно достичь максималь­ного сокращения сроков масштабного перехода от лабораторных результатов к промышленной установке. И, наконец, на этом же уровне происходит синтез химии как естественно-научной дисцип­лины с теорией химической технологии, способной своими средст­вами, например при помощи принципов рециркуляции и суперопти-

277

мальности, решать проблемы интенсификации химического произ­водства.

Но используются ли сегодня реальные возможности развития химии на этом уровне? Осознается ли химиками-исследователями то положение, что наиболее мощные родники нового знания, а сле­довательно, и путей его материализации в химическом производ­стве сосредоточены именно здесь? Вряд ли на эти вопросы можно дать вполне однозначный ответ.

С одной стороны, как об этом было сказано в гл. I, труды цело­го ряда советских химиков отличались широким использованием истории и методологии науки в целях определения магистральных путей развития химии. Среди них еще раз хотелось бы обратить внимание на труды Н. Н. Семенова, убедительно показавшего, что решение стратегических задач развития науки невозможно без знания ее истории, без философии, ибо в периоды решающих науч­ных поворотов (а было бы очень хорошо, чтобы они появлялись почаще) развитая и осознанная логика историко-философского мышления становится не некой добавкой к естественно-научному образованию, «но самой первой, самой острой необходимостью» [66, с. 280—281]. В работе Н. Н. Семенова «Марксистско-ленин­ская философия и вопросы естествознания», которая была опубли­кована еще в 1968 г. в журнале «Коммунист» (см. [66, с. 261— 288]), прозвучал настоятельный призыв, чтобы и «молодые и ста­рые ученые непрерывно совершенствовали культуру своего мыш­ления, делая это в неразрывной связи со своей работой».

С тех пор как появился в печати этот призыв, прошло более двадцати лет. За это время были организованы всесоюзные кон­ференции по философским вопросам естествознания, сотни новых методологических семинаров в вузах и научных институтах, опуб­ликовано немало работ, специально посвященных диалектике раз­вития химии. Вероятно, все это не могло не изменить отношения химиков к истории и философии своей науки. И уже одно то об­стоятельство, что основные идеи об уровнях, или концептуальных системах химии, включены в некоторые учебники (например, [67, 68]), в учебные программы по общей химии для университетов, что они стали основой совершенствования методов преподавания химии [69, 70], свидетельствует об определенных сдвигах в пони­мании практической важности диалектической обработки, обобще­ния, упорядочения накопленных знаний и, наконец, интеграции разрозненных достижений различных наук для решения стратеги­ческих задач развития химии.

С другой стороны, все это — только начало пути к достижению такого положения, которое характеризовалось бы не только всеоб­щим пониманием действенности материалистической диалектики, но и умением в совершенстве владеть этой методологией, видеть в ней приемы творческого поискового мышления, т. е. руководство к действию и в социальной, и в естественно-научной области.

278

Не только с учебниками, отражающими постановку дела выс­шего химического образования, дело обстоит таким образом, что в них тенденции развития химии улавливаются больше на основе интуиции, чем выводятся из теории химического познания. В основ­ном так же обстоит дело и с организацией научно-исследователь­ских работ в химии и химической технологии.

Здесь также не следует закрывать глаза на недооценку роли истории и логики развития химии. Во всяком случае, и текущее и долгосрочное планирование научно-исследовательских, конструк­торских и опытных работ в области химии и химического произ­водства осуществляется преимущественно, если не всецело, на ос­нове данных о сырьевых и энергетических источниках, о достигну­тых результатах в развитии науки и производства, о потребно­стях — словом, на основе собственно естественно-научной и техни­ческой информации и интуитивно выводимой из нее экстраполяции на ближайшее будущее. В этом утверждении нет ни малейшего намека на недооценку существующих методов прогнозирования и планирования научно-технических работ. Напротив, необходимо подчеркнуть эффективность этих методов в подготовке долгосроч­ных целевых комплексных программ по всем важнейшим направ­лениям научно-технического прогресса, которые составляются и контролируются соответствующими научными советами при АН СССР и Государственном комитете СССР по науке и технике. В этом утверждении содержится лишь напоминание о возможно­стях привлечения к решению сложнейших вопросов определения стратегии развития химии еще и историко-логических средств.

Напоминание это отнюдь не лишено смысла. Оно полезно для решения стратегических задач развития химии по всему ее фронту, начиная от постановки дела химического образования и кончая организацией химического производства и выпуском продукции, для освоения опыта использования историко-логических средств в научной и педагогической деятельности таких выдающихся уче­ных, как Д. И. Менделеев и А. М. Бутлеров, Ю. Либих и Ш. Же-рар, Я. Г. Вант-Гофф и В. Оствальд, Н. С. Курнаков и Н. Н. Се­менов.