Химия в системе естественных наук

В результате изучения данной главы студент должен: знать

• • основные понятия и специфику химической картины мира;
• • роль алхимии в становлении химии как науки;
• • исторические этапы развития химии как науки;
• • ведущие принципы учения о составе и структуре веществ;
• • основные факторы протекания химических реакций и условия управления ими;
• • основные принципы эволюционной химии и ее роль в объяснении биогенеза; уметь
• • выявлять роль физики микромира для понимания оснований химической науки;
• • проводить сравнительный анализ основных этапов развития химии;
• • аргументировано показывать роль химии для объяснения структурных уровней системной организации материи;

владеть

• • навыками приобретения и применения знаний для формирования химической картины мира;
• • навыками использования понятийного аппарата химии для характеристики химических процессов.

Исторические этапы развития химической науки

Существует много определений химии, характеризующих ее как науку:

• • о химических элементах и их соединениях;
• • веществах, их составе и строении;
• • процессах качественного превращения веществ;
• • химических реакциях, а также о тех законах и закономерностях, которым эти реакции подчиняются.

Очевидно, каждое из них отражает лишь один из аспектов обширного химического знания, а сама химия выступает как высокоупорядоченная, постоянно развивающаяся система знаний. Приведем определение из классического учебника: «Химия — наука о превращениях веществ. Она изучает состав и строение веществ, зависимость свойств веществ от их состава и строения, условия и пути превращения одних веществ в другие»^[1].

Химия — наука о превращениях веществ.

Важнейшая отличительная черта химии состоит в том, что она во многом самостоятельно формирует предмет исследования, создавая такие вещества, которых не было в природе. Как никакая другая наука, химия одновременно выступает и как наука, и как производство. Поскольку современная химия решает свои задачи на атомно-молекулярном уровне, она тесно связана с физикой, биологией, а также такими науками, как геология, минералогия и др. Пограничные области между этими науками изучает квантовая химия, химическая физика, физическая химия, геохимия, биохимия и др.

Более 200 лет назад великий М. В. Ломоносов выступил в публичном собрании Петербургской Академии наук. В докладе «Слово о пользе химии» читаем вещие строки: «Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие… Куда ни посмотрим, куда ни оглянемся, везде обращаются перед очами нашими успехи ее прилежания»^[2]. Свое «прилежание» химия начала распростирать еще в Египте — передовой стране Древнего мира. Такие отрасли производства, как металлургия, керамика, изготовление стекла, крашение, парфюмерия, косметика достигли там значительного развития задолго до нашей эры.

Сравним название науки химии в разных языках:

Все эти слова содержат корень «хем» или «хим», что созвучно словам древнегреческого языка: «химос» или «хюмос» означало «сок». Это название встречается в рукописях, содержащих сведения по медицине и фармации.

Существуют и иные точки зрения. По Плутарху, термин «химия» происходит от одного из древних названий Египта — Хеми («черпая земля»). В первоначальном смысле этот термин означал «египетское искусство». Химия как наука о веществах и их взаимодействиях считалась в Египте божественной наукой и находилась целиком в руках жрецов.

Одна из древнейших ветвей химии — металлургия. За 4—3 тыс. лет до н.э. начали выплавлять медь из руд, а позже изготовлять сплав меди с оловом (бронзу). Во II тысячелетии до н.э. научились получать из руд железо сыродутным процессом. За 1600 лет до н.э. начали применять для крашения тканей природную краску индиго, а несколько позже — пурпур и ализарин, а также приготовлять уксус, лекарства из растительных материалов и другие продукты, выработка которых связана с химическими процессами.

На арабском Востоке в V—VI вв. появляется термин «алхимия» путем добавления к греко-египетскому «химия» частицы «ал-». Целью алхимиков было создание «философского камня», способного все неблагородные металлы превращать в золото. В основе лежал практический заказ: золото.

в Европе было необходимо для развития торговли, а известных месторождений золота было мало.

Факт из истории науки Наиболее древними обнаруженными химическими текстами ныне считаются древнеегипетский «Папирус Эберса» (по имени нашедшего его немецкого египтолога) — сборник рецептов изготовления лекарственных средств XVI в. до н.э., а также найденный в Мемфисе «папирус Бругша» с фармацевтическими рецептами (XIV в. до н.э.).

Предпосылки к становлению химии как самостоятельной научной дисциплины формировались постепенно в течение XVII — первой половине XVIII в. Вместе с тем, несмотря на многообразие эмпирического материала, в этой науке вплоть до открытия в 1869 г. периодической системы химических элементов Д. И. Менделеевым (1834—1907) не было той обобщающей теории, с помощью которой можно было бы дать объяснение накопленному фактическому материалу.

Попытки периодизации химических знаний предпринимались еще в XIX в. По мнению немецкого ученого Г. Коппа — автора четырехтомной монографии «История химии» (1843—1847), развитие химии проходило под влиянием определенной руководящей идеи. Он выделял пять этапов:

• • эпоха накопления эмпирических знаний без попыток их теоретического объяснения (с древнейших времен до IV в. н.э.);
• • алхимический период (IV — начало XVI в.);
• • период ятрохимии, т. е. «химии врачевания» (вторая четверть XVI — середина XVII в.);
• • период создания и господства первой химической теории — теории флогистона (середина XVII — третья четверть XVIII в.);
• • период количественных исследований (последняя четверть XVIII — 1840-е гг.)¹.

Однако по современным представлениям, эта классификация относится к тем этапам, когда химическая наука еще не конституировалась как системное теоретическое знание.

Отечественные историки химии выделяют четыре концептуальных уровня, в основе которого лежит способ решения центральной проблемы химии как науки и как производства (рис. 13.1)^[3][4].

Первый концептуальный уровень — учение о строении химического вещества. На этом уровне проходило исследование различных свойств и превращений веществ в зависимости от их химического состава.

Рис. 13.1. Основные концепции химической науки.

Нетрудно увидеть аналогию этой концепции с физической концепцией атомизма. Как физики, так и химики стремились найти ту первоначальную основу, с помощью которой можно было бы объяснить свойства всех простых и сложных веществ. Сформулирована эта концепция была довольно поздно — в 1860 г., на первом Международном съезде химиков в Карлсруэ в Германии. Ученые-химики исходили из того, что все вещества состоят из молекулу, а все молекулы, в свою очередь, состоят из атомов. И атомы, и молекулы находятся в непрерывном движении, при этом атомы — мельчайшие, а далее — неделимые части молекул¹.

Значение Съезда ясно выразил Д. И. Менделеев: «Приняв различие атома и частицы (так называли молекулу — Г. О.), химики всех стран приняли начало унитарной системы; теперь было бы большой непоследовательностью, признав начало, не признать его следствий»^[5][6].

Второй концептуальный уровень — исследование структуры химических веществ, выявление конкретного способа взаимодействия элементов в составе конкретных химических веществ. Было установлено, что свойства веществ зависят не только от составляющих их химических элементов, но и от взаимосвязи и взаимодействия этих элементов в ходе химической реакции. Так, алмаз и уголь обладают различными свойствами именно вследствие различия структур, хотя их химический состав сходен.

Третий концептуальный уровень химии порожден потребностями повышения производительности химических производств и исследует внутренние механизмы и внешние условия протекания химических процессов: температуру, давление, скорость протекания реакций и др.

Четвертый концептуальный уровень — уровень эволюционной химии. На этом уровне более глубоко изучается природа реагентов, участвующих в химических реакциях, специфика действия катализаторов, значительно ускоряющих скорость их протекания. Именно на этом уровне осмысливается процесс происхождения живой материи из материи косной.

• [1] Глинка II. Л. Общая химия. 2б-е изд. Л.: Химия: Ленинградское отделение, 1987. С. 13.
• [2] Цит. по: Колтун М. Мир химии. М.: Детская литература, 1988. С. 7.
• [3] См. подробнее: Энциклопедия для детей. Т. 17. Химия. М.: Аванта+, 2000. С. 13.
• [4] Обстоятельное обоснование указанных концептуальных схем дано В. И. Кузнецовым (1915—2005). См.: Кузнецов В. И. Общая химия: тенденции развития. М.: Высшая школа, 1989. С. 26—29. В соответствии с представленной схемой построена и структура его книги.См. также: Левченков С. И. Краткий очерк истории химии. Ростов н/Д: Изд-во Ростовскогоун-та, 2006. С. 7−8; Вихалемм Р. К вопросу о концептуальных системах химии // Историянауки в философском аспекте. СПб.: Изд-во Русской Христианской гуманитарной академии, 2007. С. 49−70.
• [5] Напомним, что прямых доказательств существования атомов в то время еще не было.
• [6] Менделеев Д. И. Соч. в 25 т. Л. — М.: Изд-во АП СССР, 1949. Т. 15. С. 171−172.