- •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
Литература
Менделеев Д. И. Соч. Т. XVI.—Л., М.: Изд-во АН СССР, 1951. 480 с.
Менделеев Д. И. Соч. Т. XXIII.—Л., М.: Изд-во АН СССР, 1952. 385 с.
Менделеев Д. И. Избр. соч. Т. II.— Л.: Госхимтехиздат, 1934. 519 с.
Семенов Н. Н. Наука и общество. Статьи и речи.— М.: Наука, 1981. с.
:5. Эмануэль Н. М. Некоторые методологические вопросы учения о хими-ом процессе // Вестник АН СССР. 1970. № 6. С. 64—75.
Статистические данные // Химия и жизнь. 1(976. № 2. С. М.
Кедров Б. М. Ленин и научные революции. Естествознание. Физика.— ,Наука, 1380. 463 с.
Кун Т. Структура научных революций.— М.: Прогресс, 1976. 288 с.
Гейзенберг В. Физика и философия.—М.: ИЛ, 1963.
10. Менделеев Д. И. Соч. Т. XIV.—Л., М.: Изд-во АН СССР, 1949. 942 с.
11. Менделеев Д. И. Соч. Т. XXIV.—Л., М.: Изд-во АН СССР, 1954. 462 с. 1;2. Семенов Н. Н. О некоторых проблемах химической кинетики и реакци онной способности,— М.: Изд-во АН СССР, 1(9б8. 686 с.
ГЛАВА ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ УЧЕНИЯ
2 О СОСТАВЕ. ПЕРВАЯ КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ
СИСТЕМА ХИМИИ
«Вся сущность теоретического учения в химии лежит в отвлеченном понятии об элементах. Найти их коренные свойства, определить причину их различия и сходства, а потом на основании этого предугадать свойства образуемых ими тел — вот путь, по которому наша наука твердо пошла со времени Лавуазье».
Д. И. Менделеев [[, с. 16]
В русле учения о составе с самого начала его формирования в XVII в. и до сих пор решались две важнейшие проблемы химии — проблема химического элемента и проблема химического соединения. В сущности обе они лишь конкретизируют единую проблему генезиса свойств вещества, представляя две ее стороны. И, конечно, за трехсотлетний период развития учения о составе накоплена столь обширная информация об элементах и их соединениях, что для нее стали тесными рамки не только классических многотомных справочников Л. Гмелина и Ф. Ф. Бейль-штейна, но и многочисленных
теперешних «индексов» при реферативных химических журналах. Вместе с тем еще и до сих пор остаются актуальными и волнующими вопросы о том, что же такое химический элемент и что такое химическое соединение. При этом неизменная актуальность названных вопросов обусловлена не столько трудностями четкого и всеобъемлющего определения понятий, сколько многоаспектностыо их критериев, а в конечном счете — исключительным богатством их содержания: ведь в сочетании ста с небольшим химических элементов * скрыта способность формирования всего вещественного мира.
* Впрочем, вопрос о том, сколько химических элементов существует в природе, остается открытым.
32
1. Решение проблемы химического элемента
Понятие химического элемента возникло в XVII в. Оно рождалось в острой борьбе с натурфилософскими концепциями элементов-качеств и элементов-принципов. Согласно этим концепциям новые материалы можно было получать не через изменение их химического состава, а путем «прибавления» или «отнятия» элементов-качеств: сухости или влажности, текучести и горючести, блеска или тусклости.
Два внешних фактора обусловливали как саму эту борьбу, так и неуклонный перевес в ней учения о химических элементах. Первый из них — это возникновение (XVI в.) и дальнейшее интенсив-вое развитие капиталистического производства, потребовавшего коренных преобразований в способах получения новых материалов: старый алхимический способ прибавления или отнятия свойств, в основе которого находился аристотелевский ключ «субстанция — акциденция», оказался абсолютно непригодным для осуществления направленных химических превращений. Первые успехи мануфактурного производства кислот и щелочей, фарфора и фаянса, стекла и бумаги, металлических сплавов и других материалов неуклонно прокладывали путь индуктивным выводам о существовании конечного числа неких материальных начал как неизменных составных частей всех сложных тел, т. е. химических элементов в их сегодняшнем понимании. Второй фактор — это общий подъем всего естествознания с натурфилософского уровня с его созерцательными методами изучения природы на уровень экспериментирующей науки, выдвинувшей рациональную переработку опытных данных в качестве альтернативы умозрительным суждениям и любым проявлениям схоластики. Исследования минералов, различных искусственно полученных тел, веществ растительного и животного происхождения, осуществлявшиеся на протяжении второй половины XVII в. на этом новом уровне, неизменно приводили к выводам о практической несостоятельности и физической бессодержательности алхимических взглядов.
Однако, несмотря на воздействие столь мощных факторов, понятие химического элемента рождалось в муках. Препятствия к ею формированию исходили с самых разных сторон, но все они имели одни и те же гносеологические корни. Конечно, наиболее существенным из таких препятствий были алхимические традиции. Претерпев своеобразную модернизацию в недрах ятрохимии и технической химии, эти традиции оказались путами в развитии химии XVII в. Следующим весьма существенным сдерживающим фактором в выявлении индивидуальных химических элементов оказались ложные представления о природе кальцинации металлов: ведь даже такой «элемент древности», как железо, был ошибочно принят за сложное тело! И, наконец, здесь важно отметить еще один барь-
33
ер на пути к формированию представлении о химических элементах. Дело в том, что алхимической концепции об элементах-качествах в XVII в. были противопоставлены не только новые идеи об элементах как простейших составных частях тел, инвариантных по отношению к сложным телам, но еще и обновленные атомистические представления, базирующиеся также на материалистической основе. Казалось бы, что такое сдвоенное противопоставление должно было ускорить падение алхимии. Но в действительности сложения сил не получилось. Ренессанс античной атомистики оказался преждевременным: он не имел тогда еще таких эмпирических оснований, какие появились лишь в конце XVIII — начале XIX столетий в форме стехиометрических законов (см. об этом ниже), и потому носил спекулятивный характер. В то же время, претендуя на принципиально новое объяснение генезиса свойств веществ посредством об-,. разования количественно и качественно оазличных сочетаний- бес-качественных атомов, он д
он до известной степени противопоставлял себя выводам эмпирического естествознания о возможности достижения пределов химического разложения сложных тел и выделения элементов как инвариантов состава.
«Бойль делает из химии науку» *. Это известное изречение Ф. Энгельса является результатом систематического изучения огромного фактического материала из истории естествознания, который привлекался в 1873—1883 гг. при подготовке «Диалектики природы». Помимо оригинальных источников, Ф. Энгельс использовал истори-ко-научные труды крупнейших естествоиспытателей и, в частности, химиков — Ю. Либиха, Г. Коппа, М. Бертло, А. Кекуле, Г. Э. Роско, К. Шорлеммера. Тогда, когда Ф. Энгельс писал свои «заметки и фрагменты» к «Диалектике природы» и, рассматривая вопрос о «последовательном развитии отдельных отраслей естествознания**, пришел к выводу о выдающемся значении трудов Бойля, его друг и соратник К. Шорлеммер опубликовал монографию «Возникновение и развитие органической химии» [2], в которой охарактеризовал Бойля как «первого химика, отчетливо уяснившего себе различия между элементами и химическими соединениями» и потому открывшего «новую главу в истории химии».
Такая или подобная характеристика Бойля в историко-химиче-ской литературе встречалась и ранее. Еще в 1844 г. Г. Копп в своей «Истории химии» показал Бойля, с одной стороны, как философа, способного не только к критике и отрицанию предшествующих концепций, но и к их обобщению и выделению рациональных идей, а с другой стороны, как химика-экспериментатора, заложившего основы качественного химического анализа и пошедшего к выводу
34
* Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 501. ** См. там же. С. 500.
о зависимости свойств сложных тел от их материального элементного состава.
Однако каким бы образом ни знакомился Энгельс с научным наследием английского ученого, его вывод о том, что именно Бойль делает из химии науку, является однозначным и аргументированным как логически, так и исторически. Логическое подтверждение его состоит в том, что: 1) Бойль сумел ввести в химию индуктивный метод, который положил начало превращению химии в науку, 2) основную задачу химии как науки Бойль видел в исследовании состава тел, считая возможным употреблять понятие состава только тогда, когда из веществ, выделенных из данного сложного тела, можно обратно восстановить исходное тело, т. е. фактически Бойль принял синтез за критерий правильности анализа. Историческое же обоснование вывода Ф. Энгельса заключается, во-первых, в том, что в XVII в. сконструировать представления о химических элементах как простых телах пытался не только Бойль, но и другие химики, в том числе и его предшественники, а, во-вторьгх, в признании самим Бойлем элементов как «инвариантов состава».
Вопрос о роли Бойля в формировании понятия химического элемента здесь можно было бы так подробно и не обсуждать, если бы в историко-научной литературе за самое последнее время не появились публикации, призывающие к пересмотру не только установившихся со времени работ Коппа и Шорлеммера взглядов на эту роль, но и вывода о революционном значении трудов Бойля в преобразовании алхимии в научную химию через представления о химических элементах. Вопрос о роли Бойля как основоположника учения о составе является принципиально важным: с его решением связана интерпретация нескольких исторических эпох в развитии химии — от алхимии и ятрохимии до Дальтона.
Одной из таких публикаций, бросивших вызов классической оценке трудов Бойля, была работа американского историка науки Т. Куна [3], не упомянуть которую здесь невозможно. Говоря о химическом элементе, Кун пишет: «Почти всегда, когда это понятие вводится, его происхождение приписывается химику XVII века Роберту Бойлю, в книге которого «Химик-скептик» внимательный читатель найдет определение «элемента», вполне соответствующее определению, используемому в настоящее время... Тем не менее все это иллюстрирует еще раз образец исторических ошибок, который вводит в заблуждение как студентов, так и непрофессионалов относительно природы научного предприятия. Согласно Бойлю, который в этом был совершенно прав, его «определение» элемента не более чем парафраза традиционного химического понятия; Бойль предложил его только для того, чтобы доказать, что никаких химических элементов не существует» [3, с. 180—181].
Основанием для такого вывода послужило то, что в трудах Бойля Т. Кун обнаружил такую корпускулярную концепцию вещества, которая объясняла происхождение свойств различием ком-
35
бинаций бескачественных атомов (подобно тому, как теперь различием комбинаций протонов и электронов объясняют образование атомов разных элементов).
Но была ли у Т. Куна необходимость в таком осуждении классической истории химии как «образца исторических ошибок, который вводит в заблуждение как студентов, так и непрофессионалов»? Разве корпускуляризм Бойля не был известен до Т. Куна многим историкам химии, которые, однако, видели в трудах английского ученого не только одну спекулятивную доктрину объяснения свойств посредством комбинаторных моделей качественно однородных атомов, но еще и первые экспериментально обоснованные шаги в направлении учения о химических элементах? На оба эти вопроса можно ответить лишь отрицательно.
Например, итальянский химик и историк химии М. Джуа, посвятивший в 1925 г. специальную работу сопоставлению атомистических взглядов Р. Бойля и П. Гассенди, нашел, что свои представления о комбинации качественно однородных атомов в качественно различные ансамбли Бойль вынужденно — по велению опыта — координировал с представлениями о химических элементах. «Бойль заключил, что корпускулы, из которых образованы тела, остаются неизменными при различных превращениях последних» [4, с. 92]. Основанием для такого заключения служил опыт: действие на золото царской водки, а на серебро, медь и ртуть азотной кислоты приводит к исчезновению этих металлов и их переходу в раствор, «но их корпускулы, растворенные в кислоте, должны со-I храняться без изменения, потому что из этих растворов можно снова получить исходные металлы» (с. 92). Исходя из такого вполне логичного заключения, М. Джуа приходит к выводу, что «исследования Бойля вели к объяснению химических реакций на основе понятия элемента» (там же).
Такая же интерпретация трудов Бойля в области химии дана Б. М. Кедровым. Отметив то обстоятельство, что с помощью одного качественного анализа, каким занимался Бойль, он не мог установить реальные химические элементы (да еще при наличии соблазна атомистической интерпретации качественного многообразия тел по гипотезе Гассенди), Кедров раскрыл объективные причины двойственности атомистики Бойля: с одной стороны, она под влиянием эмпирического материала явно устремлялась к признанию элементов как материальных носителей химических свойств и качественного разнообразия тел природы, а с другой — представляла собой отрицание элементов, умозрительно опирающееся на механику*.
Вот почему Б. М. Кедров еще в 1940-х годах, т. е. значительно « ранее Т. Куна, охарактеризовал атомистику Бойля как путь в раз-
* А теперь ее опорой можно назвать и квантовую механику, указавшую на возможность комбинирования электронов, протонов и нейтронов в необозримое множество качественно разнородных тел.
36
витии учения о химических элементах. После того как он отметил ее позитивные стороны и перешел к негативным, он со всей определенностью указал, что «начав новый этап в химии, когда, на место изучения отдельных разорванных свойств было поставлено исследование отношений и связей тел, Бойль не смог довести до конца разработку этого этапа» [5, с. 95]. Таким образом, последовательности в проведении концепции химического анализа у Бойля не получилось и причина этого состоит главным образом в экспериментальной неразработанности и односторонности самого химического анализа. Но при всем этом Кедров приходит к выводу, что химия как наук могла возникнуть только как учение о химических элементах. Атомистика Гассенди, а в известной мере и Бойля, как альтернатива представлениям о химических элементах, не могла служить концептуальной системой, способной хоть сколько-нибудь реально противопоставить себя алхимии. Если бы это было возможно, то уже Гассенди мог бы считаться основоположником научной химии. То обстоятельство, что Бойль: 1) сумел ввести в химию индуктивный метод, 2) увидел основную задачу химии в изучении зависимости свойств от состава, 3) понимал под составом некие простые вещества, при анализе выделяемые из сложных тел, а при синтезе вновь образующие эти же самые тела, 4) выдвинул перед химиками программу изучения реальных химических элементов,— все это образует то единство факторов, которое и позволило ему положить начало превращению существовавшей до него химии в науку.
Исследовательская программа Бойля и теория флогистона. Как ни парадоксально, но исторически обстоятельства сложились таким образом, что первой теорией химии оказалась л о жн а я теория. И, вероятно, еще более парадоксальным является то, что именно ей суждено было стать, по крайней мере в конце XVII — первой трети XVIII в., главным условием и основной движущей силой реализации той исследовательской программы, которая наметилась в работах Бойля по химическому анализу и которая вела к представлениям о химических элементах. Или, иначе говоря, этой теории суждено было сделаться посредником полного освобождения химии от алхимии.
Конечно, в этом случае сам собою возникает вопрос не только о конкретных путях, но даже о принципиальной возможности перехода от алхимии как донаучном идейном формировании к научной химии через .ложную теорию.
Однако обсуждать вопрос о возможности такого перехода бессмысленно, потому что весь период более чем столетнего (1660-1770) господства теории флогистона, за время которого завершитесь начатое Бойлем превращение алхимии в химию, представляет собой историческую данность. Что же касается вопроса о том, как это произошло, как посредством ложной теории происходило ста-
37
яовление научной химии, то он вызывает особый интерес и требует обсуждения.
Ссылаясь на оценку своеобразной роли теории флогистона в освобождении химии от алхимии, данную Ф. Энгельсом *, Б. М. Кедров пишет: «Хотя теория флогистона впоследствии и оказалась ложной, в ней уже не было прежней алхимической фантастики, не было чуждого науке религиозного оттенка. Это была в полном смысле слова химическая теория, оперировавшая химическими фактами, хотя и превратно истолкованными, и раскрывавшая реальные отношения между различными химическими процессами и веществами» [6, с. 69].
Но что означает определение теории флогистона как концепции, чуждой «алхимической фантастики», и «в полном смысле слова химической теории, оперировавшей химическими фактами»? Прямого ответа на этот вопрос не существует.
Н. А. Фигуровский, напротив, считает, что теория флогистона оказалась так же «окутанной туманом», как и алхимия, что ее предметом были такие же фантазии, как и у алхимии, и, более того, что в представлениях флогистиков и алхимиков существовала «очевидная преемственность» [7, с. 240]. Но поскольку роль теории флогистона в процессе полного перехода от алхимии к химии — именно как историческую данность — перечеркнуть нельзя, Н. А. Фигуровский признает, что «при всем этом теория флогистона принесла несомненную пользу для дальнейшего развития химии», суть же этой пользы он видит в том, что эта теория «позволила рассматривать с единой точки зрения различные химические процессы, которые ранее считались совершенно разрозненными и объяснялись в каждом случае особыми причинами» [7, с. 2401].
Однако и это объяснение вызывает дополнительные вопросы. В. Л. Рабинович убедительно показал, что в алхимии тоже имелись своего рода обобщения, объединявшие разрозненный материал, и одним из них была концепция взаимодействия вещества с огнем как универсальным разрушителем и анализатором сложных тел [8, с. 192—267].
Ответ на вопрос о позитивной роли теории флогистона следует искать в тех ее особенностях, которые были связаны с формированием количественного химического анализа сложных тел, без которого было бы абсолютно невозможным экспериментальное подтверждение идей о химических элементах.
Как говорилось выше, с помощью одного только качественного анализа, первоистоки которого начал создавать Бойль, выявить в составе сложных тел реальные простые тела и установить их статут как химических элементов было невозможно. В самом деле, в XVII в. не было известно ни одного химического элемента, кото-оый тогда можно было бы считать инвариантом состава. Исключе-
* См.: Маркс К-, Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 348.
38
ние не составляли и «элементы древности и средневековья» — углерод, сера, золото, серебро, медь, железо, свинец, олово, ртуть, мышьяк, сурьма, висмут и цинк. Их нельзя тогда было принимать за элементы, так как их химическая индивидуальность не могла быть установлена из-за отсутствия количественных методов химического анализа. Исключение не составил и фосфор, открытый в 1669 г. вне рамок количественного анализа. Как известно, открытие это явилось результатом алхимических попыток разорившегося немецкого торговца Хейннига Брандта получить золото... из человеческой мочи. Недаром говорят, что не столько Брандт открыл фосфор, сколько фосфор открыл и увековечил в истории науки имя Брандта.
Зато в XVIII в. последовал уже целый ряд открытий химических элементов. В 1735 г. упсальским профессором Г. Брандтом открыт кобальт. В 1748 г. испанским ученым А. де Уллоа подробно описана платина, известная ранее. В 1751 г. шведским ученым А. Кронштадтом выделен из никелевого колчедана металлический никель. 1776 г. считается годом открытия водорода, выделение которого в 1666 г. наблюдал Р. Бойль, в 1745 г. М. В. Ломоносов, а в 1766 г. Г. Кавендиш, подробно описавший его как «горючий воздух». В 1771—1774 гг. открыт кислород (К. Шееле в Швеции, Дж. Пристли в Англии, А. Лавуазье во Франции). В 1771 г. К. Шееле открыл фтор, в 1772 г. Д. Резерфорд описал азот. В 1774 г. открыты хлор и марганец.
Все эти открытия явились следствием количественного химического анализа, возникновение и формирование которого так или иначе связано с теорией флогистона.
Представления о родстве процессов горения и кальцинации металлов, развитые Г. Шталем в 1690—1720 гг. и ставшие основанием теории флогистона, оказались простыми, ясными и доходчивыми в разъяснении вопросов о составных частях сложных тел, т. е. об элементном составе. Являясь результатом количественного химического анализа, они служили одновременно мощным стимулом развития последнего. И что особенно интересно: тогда, когда фло-гистики были вынуждены приписать флогистону в высшей степени странное свойство «отрицательного веса», количественные исследования элементного состава сложных тел, именно ввиду этой странности или загадочности отношений между весомой материей и невесомым (или даже отрицательно весомым) флюидом, стали более многочисленными. У флогистонной теории оказался, таким образом, мощный дополнительный стимул для развития количественного химического анализа. В поисках соответствия флогистонной теории со здравым смыслом, с традиционными представлениями о весомости материальных тел появились работы, направленные на сочетание объемных и гравиметрических методов количественного анализа. В русле теории флогистона появилась так называемая пневматическая химия, основоположники которой Дж. Блэк,
39
Г. Кавендиш, Дж. Пристли и К. Шееле явились творцами целой системы количественных методов в химии.
Естественно, теория флогистона — историческая данность, но она противоречит логике объекта химического исследования. Поэтому в аспекте сопоставления логики вещей и логики идей ее нельзя признать исторически неизбежной. Это обстоятельство и обусловливает ее ложный характер, а ее основному понятию — флогистону — создает характеристику «фантастического» предмета. Но ведь адепты теории флогистона не выдумывали картину отражения объективной реальности; они создавали ее как более или менее адекватное отражение действительности, только отражение перевернутое, поставленное на голову, т. е. такое, каким видит мир новорожденный ребенок, до определенного времени воспринимающий его повернутым на 180° по вертикали. Такой взгляд на предметы и процессы был проще. А главное, он соответствовал тогдашнему уровню развития знаний и деятельности по производству знаний. Поэтому если он и не был обусловлен логикой объекта, то был оправдан гносеологически.
Из всех теорий, писал известный французский химик и технолог П. Макер в 1778 г., т. е. тогда, когда уже стали известными рабо- ты А. Лавуазье, теория флогистона «наиболее ясна и наиболее согласна с химическими явлениями. Отличаясь от систем, порожденных воображением без согласования с природой и разрушаемых опытом, теория Шталя — надежнейший путеводитель в химических исследованиях; многочисленные опыты, проводимые ежедневно, не только далеки от того, чтобы ее опровергнуть, но, наоборот, становятся доказательствами в ее пользу» (цит. по [9, с. 69]).
Нельзя не отметить, что теория флогистона, как об этом говорит Ф. Энгельс, была отнюдь не единственной теорией, отражающей объект в перевернутом виде. Она аналогична некоторым другим теориям, возникшим в других областях познания действительности; «...мы достаточно часто встречаемся с такими теориями, в которых действительные отношения поставлены на голову, в которых отражение принимается за отражаемый объект и которые нуждаются поэтому в подобном перевертывании»*. И далее Ф. Энгельс приходит к общему выводу, имеющему гносеологическое значение: «Гегелевская диалектика так относится к рациональной диалектике, как-теория теплорода — к механической теории теплоты, как флогистонная теория — к теории Лавуазье»**.
К теориям, подобным флогистонной, относится и геоцентрическая система Птолемея, Общность всех таких теорий состоит в том, что за исходное и основное они берут «кажущееся», т. е. непосредственную видимость, которую принимают и выдают за действительность.
* Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 371. ** Там же. С. 372.
40
Следует отметить, что теория„флогистона имела крайне противоречивый характер. Во многом еще связанная с прошлым (алхимией), считая основным свойством тел горючесть, она решительно!
прокладывала дорогу оудущему, ибо наделяла горючесть универ-гяльным материальным носителем. Ставя все представления о оеак-
циях окисления — восстановления на голову, она в то же время раскрывала реальную, хотя обратную, взаимную связь между элементами, с одной стороны, и их соединениями — оксидами, с другой. Пренебрегая главнейшей характеристикой вещества — мас-
сой — в описании свойств флогистона впервые пришла к необ-
ходимости взвешивания веществ до и после реакции: Явгяясь по
своей сути качественнШ теорией, она развивала количественные исследования. И, наконец, введя в химию понятие о своего рода антителах, антикислороде, она сделала неизбежными открытие кислорода и столь же явное преувеличение его роли, сколь преувеличена была ооль самой теории флогистона в химии.
Дедуктивный синтез атомистических и элементаристских представлений в трудах М. В. Ломоносова. Противоречивость в подходе Р, Бойля к главнейшей проблеме химии—происхождению качеств'— была следствием раздвоенности в его мировоззрении. Бойль-теоретик был сторонником механистического атомизма П. Гассенди, и это определяло его оппозицию элементаристским взглядам. Но Бойль-практик вынужден был признавать существование элементов как инвариантов состава, и это обусловливало его удаление от атомистических спекуляций. Во всяком случае синтеза атомистических и элементаристских представлений в трудах Бойля произойти еще не могло. Этому мешали вековые традиции противопоставления элементаризма корпускуляризму, поддерживаемые еще с древности искусственно созданной альтернативой континуа-лизма и учения о дискретном строении материи.
В период господства теории флогистона элементаристокая концепция (в ее новой форме зачатков учения о химических элементах) применительно к решению проблемы генезиса свойств одержала полную победу над спекулятивным атомизмом. Нельзя сказать, однако, что последний в результате этого был предан забвению. Наоборот, сократив свои претензии на монополию в объяснении качественного разнообразия вещества, он продолжал в XVIII в. волновать умы многих естествоиспытателей, увидевших в нем новые возможности физического обоснования природных явлений, в том числе и химических превращений.
Уникальным и принципиально новым явлением в развитии атомистических представлений были труды М. В. Ломоносова, осуще-:твившего дедуктивный или даже своеобразный гипотетико-дедук-гивный синтез этих представлений с учением о химических элемен-гах в рамках логистики. Концептуальной основой такого синтеза явились: 1) корпускулярные представления о строении вещества; 2) кинетическая теория теплоты и 3) закон сохранения вещества
41
и движения, т. е. такие компоненты, которые в равной мере рассматриваются как физикой, так и химией. Но так как для этил теоретических выводов в первой половине XVIII в. не имелось и еще не могло существовать строгих экспериментальных доказательств, они в сущности носили характер гипотез, частично вытекавших из эмпирических данных, полученных М. В. Ломоносовым, а частично выведенных логически из посылок, имевших вероятностный характер. М. В. Ломоносов считал, что путь к раскрытию закономерностей природы проходит преимущественно через гипотезу «Если бы те [естествоиспытатели], — говорил он, — которые все свои дни затемняют дымом и сажей и в мозгу которых господствует хаос от массы непродуманных опытов, не гнушались поучиться священным законам геометров... то несомненно могли бы глубже проникнуть в таинства природы, истолкователями которой они себя объявляют. В самом деле, если в математи'ке из сопоставления немногих линий выводят очень многие истины, то и для химиков я не вижу никакой иной причины, вследствие которой они не могли бы вывести больше закономерностей из такого обилия имеющихся опытов, кроме незнания математики» [10, т. 1, с. 75].
В суждениях о химическом составе тел, их свойствах и превращениях Ломоносов использовал корпускулярную теорию для объяснения явлений фазового перехода твердых тел в жидкость и обратно, взаимодействия разных жидкостей при разных температурах и, наконец, воздействия теплоты на физические и химические явления. Решение всех этих задач он осуществлял с единых позиций своей «корпускулярной философии», сущность которой можно свести к следующим положениям:
все тела вне зависимости от агрегатного состояния, в том числе и флогистон, имеют дискретное строение; они состоят иг «корпускул», т. е. молекул, которые, в свою очередь, составлены из «элементов», или атомов (в работах Ломоносова термины «эле мент» и «атом» выступают как синонимы);
корпускулы могут быть однородными, или простыми, когда они состоят из одних и тех же элементов, и разнородными, или сложными, когда они представляют собой соединение разных эле ментов;
«теплота не зависит от сосредоточения постоянной материи, а есть некое состояние тела» [10, т. 1, с. 147] и далее — теплота твердого тела «состоит во внутреннем вращательном движении (частиц) связанной материи» [10, т. 2, с. 21], теплота жидкостей и газов обусловлена как вращательным, так и линейным движе нием их частиц; «корпускулы от большой степени теплоты отделя ются друг от друга и даже рассеиваются» [10, т. 1, с. 151];
явления перехода из одного агрегатного состояния в другое, так же как и растворение, сопровождаются поглощением или вы делением теплоты и обусловлены перемещением корпускул;
42
5) химические превращения тел обусловлены «изменениями, происходящими в смешанном теле» [10, т. 1, с. 68], т. е. изменением элементного состава корпускул.
Как видно, в трудах М. В. Ломоносова мы находим прообразы стехиометрических законов и атомистики Дальтона.
Эмпирико-аналитическая концепция химических элементов Лавуазье. Развитие методов количественного химического анализа, подобно всякому другому научно-историческому процессу, происходило отнюдь не гладко по восходящей линии. Возникнув в русле флогистонной теории в конце XVII — начале XVIII в. как методы изучения массовых отношений компонентов сложного тела, они получили дальнейшее развитие в период пневматической химии. Они включают не только массовый, но и объемный анализ, осуществляемый посредством приборов высокой чувствительности и точности.
В работах А. Лавуазье и М. В. Ломоносова эти методы впервые получили теоретическое обоснование на базе принципа сохранения материи, который был сформулирован и применен в химических исследованиях как закон сохранения массы реагирующих веществ.
А. Лавуазье в 1772—1773 гг. количественно изучал явления горения и установил, что углерод (алмаз), сера и фосфор при сгорании образуют вещества, масса которых превышает массу исходных элементов. Это навело его на мысль, что при горении к элементам присоединяется часть воздуха, объем которого при этом действительно убывает на 1/5. А. Лавуазье проделал также опыты с обжигом металлов и тоже пришел к выводу о присоединении к металлам части воздуха. Он доказал, что воздух представляет собой смесь газов, одним из которых является кислород. Он впервые сознательно получил чистый кислород .путем нагревания ртути в замеренном объеме воздуха и разложения полученного оксида ртути. Лавуазье повторил реакцию синтеза воды, открытую, но не объясненную Г. Кавендишем, и показал, что вода есть оксид водорода, и разложение воды при пропускании ее через раскаленное железо приводит к образованию железной окалины и водорода.
Результаты легко воспроизводимых количественных исследований А. Лавуазье дали ему все основания отвергнуть флогистонную теорию, найти в реальном, обладающем массой кислороде антипод флогистону и поставить все выводы флогистики с головы на ноги.
Лавуазье, таким образом, завершил коренное преобразование химии, начатое Бойлем, и предложил эмпирико-аналитическое определение химических элементов. Важно отметить, однако, что критерием своего определения химических элементов он избрал опыт и только опыт, решительно отвергнув какие бы то ни было внеэм-пирические суждения об атомах или молекулах, которые невозможно связать с результатом опыта.
43
«Итак, я скажу лишь, — писал Лавуазье в своем учебнике, — что если названием элементов обозначать простые и неделимые молекулы, составляющие тела, то вероятно, что мы их не знаем; если же, напротив, мы свяжем с названием элементов, или начал тел, представление о последнем пределе, достигаемом анализом, то все вещества, которые мы еще не смогли никаким способом разложить, являются для нас элементами; но не потому, что мы могли бы утверждать, что эти тела, рассматриваемые нами как простые, не состоят из двух или большего числа начал, а по' тётому, что эти начала никак друг от друга не отделяются, или, вернее, потому, что мы не имеем никаких средств их разделить, эти тела~вёдут сёбя с нашей точки зрения, как простые, и мы не должны счиеаеь сложными до тех пор, пока опыт или наблюдения не докажут нам этого» [11, с. 362]. К элементам, согласно этому критерию. Лавуазьё отнес: кислород, азот, водород, серу, фосфор, углерод, семь известных в то время металлов и, что осо-бенно интересно, те вещества, которые тогда не поддавались разложению,— известь, магнезию, глинозем, кремнезем. барит. ради-калы кислот соляной, плавиковой и борной
Аналитический материал, накопленный к тому времени, позво- лил Лавуазье создать одну из первых рациональных классифика ций химических соединений, а на её основе — их новую номенкла туру, часть принципов которой сохранилась до настоящего време ни. Первое и самое важное место в классификации Лавуазье зани мают кислородные соединения; при этом кислоты и оксиды часто отождествляются, ибо основным признаком кислот Лавуазье считал наличие в их составе кислорода. Классификация Лавуазье основа на, во-первых, на различиях в элементном__составе соединений и, во-вторых, на характере их свойств (кислоты,оснювания, соле- образующие вещества, соли, органические вещества). При этом, подобно Бойлю, Лавуазье считает, что свойства веществ опреде- л я ются .их сосеояния.. '
Здесь следует еще раз подчеркнуть, что в отличие от Бойля Лавуазье, по существу, вовсе отвергал связи между свойствами и строением вещества, как гипотетические. Лавуазье нельзя назвать антиатомистом. Но, будучи строгим приверженцем эмпирии, он не придавал значения гипотезам вообще, а тем более таким, которые нельзя непосредственно проверить. «Все, что можно сказать о числе и природе элементов, — заявляет он по поводу атомистической структуры тел, — по моему мнению, сводится к чисто метафизическим спорам; это неопределенные задачи, допускающие бесчисленное множество решений, из которых, по всей вероятности, ни одно не согласуется с природой» [11, с. 362]. Неделимых молекул, составляющих тела, говорит он, мы не знаем; но знаем, что «такое-то вещество является пределом, достигаемым посредством химического анализа, и 'что при современном состоянии наших знаний оно не может быть разделено далее» (там же). Поэто-
44
му во всех случаях он говорит лишь о химическом составе тел и о зависимости свойств от элементного состава. Зато он судит об этой зависимости так строго и точно, как до него не мог судить никто; в его суждениях нет умозрительных предположений, нет спекуляций.
Зависимость свойств вещества от состава, описанная Лавуазье, — это не просто Утверждение о наличии зависимости, это точно установленная количественная закономерность, отражающая взаимосвязь между качественной и количественной характеристиками вещества.
От эмпирико-аналитической к атомно-теоретической концепции химического элемента. Главным недостатком эмпирико-аналитической концепции химического элемента была её полная зависимость
от уровня аналитической техники. В результате усовершенствования физико-химических приемов анализа (XIX в.), а затем открытия радиоактивности (1903—1913) и искусственных ядерных реакций (1919—1932) эмпирико-аналитическое определение понятия химического элемента должно было постоянно изменяться в результате перечеркивания одних критериев другими. Такое положение приводило к тому, что к химическим элементам относили в одних случаях еще неразложенные соединения (А. Лавуазье), а в других — элементарные частицы атома (Н. Рамзай). Между тем эмпирико-аналитическая концепция химического элемента продолжала удерживать обломки и обрывки своих определений, стараясь во что бы то ни стало примирить новые факты с противоречащими им старыми формулировками, стараясь втиснуть новые открытия в прокрустово ложе давно уже отживших определений и понятий.
Параллельно эмпирико-аналитической концепции формировалась атомно-теоретическая концепция химического элемента, которая прошла две основные стадии развития: 1) до открытия, и 2) после открытия Д. И. Менделеевым периодического закона. В первую из этих стадий — со второй половины XVII и до конца XVIII в. — атомно-теоретическая концепция развивалась в форме количественного накопления материала, послужившего предпосылкой открытия стехиометрических законов, а во вторую стадию она явилась теоретическим обобщением этих законов.
Подробная логическая характеристика обеих концепций химического элемента дана в широко известной работе В. М. Кедрова [12], поэтому здесь нет необходимости ее повторять. Важно отметить, однако, что открытие периодического закона позволило создать почву, на которой произрастали принципиально новые решения проблем, относящихся не только к учению о химических элементах, но к химии в целом, т. е. к учению о химических элементах и их соединениях.
45