Химия XX века

В XX в. ОРН и парадигма химии существенно изменились. В основе современных химических представлений лежат представления квантовой химии, возникшей сразу вслед за формированием современной квантовой механики в конце 1920;х гг. Она возникает в результате совмещения «физических» и «химических» атомов (и молекул). В результате исходные представления химии, введенные выше, начинают переопределяться явным образом через физические ВИО-модели. В первую очередь это касается атома. Химический атом замещается физико-химическим атомом, точнее, многоэлектронным атомом квантовой механики, рассматриваемым в контексте структуры химического соединения или превращения. Соответственно физические модели кладутся в основание явного определения химических связей (см. работу [20]).

Первым триумфом физической квантовой химии стал вывод Периодической системы элементов Менделеева из квантово-механической теории атома. Следующим достижением стали физическая электронная модель межмолекулярного взаимодействия и теория элементарных физико-химических связей (не всех), а также физическая классификация типов химической связи (ковалентная связь, ее донорно-акцепторный механизм, ее свойства; ионная связь; металлическая связь; водородная связь, многоатомная физико-химическая связь и др. [5]), начавшаяся еще до появления квантовой механики. Параллельно шло формирование и развитие физической аналитической химии (спектроскопия, рентгеноанализ и т.и.), т. е. нового типа эталонов и измерительных процедур для определения состава химических соединений и их компонентов.

Сегодня атом в химии, по сути, является явно определенным, более того, спектроскопические и рентгенографические методы, разработанные для физических атомов и молекул, стали основными для определения состава химических веществ, вытеснив чисто химические. Можно сказать, что появилась «физико-химическая аналитическая химия» XX в., сменившая аналитическую химию XIX в. Такое (по сути физическое) оиределение атома заменяет прежнее химическое установление соответствия «простое вещество — атом». Теперь главные ПИО химии — химические атомы — определяются явным образом с помощью физических понятий. С их помощью явным образом определяется понятие химического соединения (см. работу [5]). Вопрос, что такое атом, химиков больше не волнует, что такое химическая связь — более животрепещущий вопрос, но со стороны создания теоретической (по сути физической) модели различных связей или эмпирических и полуэмпирических законов, помогающих ориентироваться в невероятном множестве химических превращений.

Однако сама структура и основные понятия, введенные в XIX в., по-прежнему задают контекст и специфику химии. Физика здесь не заменяет химию, а встраивается в нее. Этот тип симбиоза отличается от физической химии XIX в. тем, что он касается определения исходных понятий химии, а не добавок к ним.

Стоит отметить, что процесс совмещения «химического» и «физического» атома, воспринимаемый сегодня и физиками, и химиками как очевидный и не требующий обсуждения, не так прост. «Физическая» и «химическая» атомистика происходят из близких источников: из наложения атомистической натурфилософии на физические и химические исследования разреженных газов. Этими двумя областями и занимался на рубеже XVIII и XIX вв. отец химической атомистики Дальтон. И, как утверждается в работе 123, т. 2, с. 15], «во второй половине XVIII в. основные идеи корпускулярных теорий считались среди ученых-естествоиспытателей само собой разумеющимися», и в начале XIX в. они стали главенствующими в химии. В физике дело обстояло сложнее. В связи с успехами модели теплорода в середине XIX в. здесь произошел отход от этих представлений, и атомно-молекулярные представления пробивали себе дорогу в статистической физике с большим трудом вплоть до начала XX в. (до построения теории броуновского движения (1905), воспринятого как проявление движения атомов и молекул). Но к 1920;м гг. и далее утверждение Н. А. Фигуровского опять вполне применимо. В квантовой химии, как и во времена Дальтона, атомная (молекулярная) химия и физика пересеклись (атом квантовой механики происходит из атома в молекулярной статистической физике Больцмана, исходящей из молекулярной модели разреженного газа). В результате образовался новый ПИО — физико-химический атом, который обладает свойствами атома в квантовой механике, но, кроме того, включен в химические соединения и превращения. Последнее обусловливает то, что химия не сводится к физике. Физика применяется к той или иной модели химического соединения, полученной не из физики^[1].

Так выглядит химия в рамках описанной в гл. 9 модели естественной науки¹. Соответственно ответ на сакраментальный вопрос «Что такое химия?» строится на базе описанной выше модели: химия — это наука, базовой моделью которой является модель химической реакции как взаимопревращения химических веществ и соединений (ансамблей атомов) друг в друга.

• [1] Похожая мысль развивается в работе [14], где выделяется линия «углубления традиционных химических представлений» в виде последовательности: «теории состава, уходящиесвоими корнями еще в алхимические концепции… химические структурные теории, возникшие в 60-х гг. XIX в. …кинетические теории… которые в 30—40-х гг. XX в. начали теснитьструктурные теории… И, наконец, это теории самоорганизации химических систем, возникшие в 60—70-х гг.» 114, с. 158—159]. Там же более подробно, но с другой позиции рассматривается взаимодействие физики и химии. Кроме внедрения в химию квантовой механики, там рассматриваются, в частности, более раннее внедрение в химию термодинамики и болеепоздние «теории самоорганизации» И. Пригожина и др. По с развиваемой в данной главеточки зрения наиболее принципиальным является внедрение в химию квантовой механики.