Исторический обзор основных этапов развития химии

 Введение

 Содержательный  подход к истории химии основывается на изучении того, как изменялись со временем теоретические основы науки. Вследствие изменений в теориях  на всём протяжении существования химии  постоянно менялось её определение. Химия зарождается как "искусство  превращения неблагородных металлов в благородные"; Менделеев в 1882 г. определяет её как "учение об элементах  и их соединениях". Определение  из современного школьного учебника в свою очередь значительно отличается от менделеевского: "Химия – наука  о веществах, их составе, строении, свойствах, взаимных превращениях и законах  этих превращений".[1]

 Следует отметить, что изучение структуры науки  мало способствует созданию представления  о путях развития химии в целом: общепринятое деление химии на разделы  основано на целом ряде различных  принципов. Деление химии на органическую и неорганическую произведено по различию их предметов.

 Выделение физической химии основано на её близости к  физике, аналитическая химия выделена по признаку используемого метода исследования. В целом общепринятое деление  химии на разделы является в значительной степени данью исторической традиции; каждый раздел в той или иной степени  пересекается со всеми остальными.

 Основной задачей  содержательного подхода к истории  химии является, говоря словами Д. И. Менделеева, выделение "неизменного  и общего в изменяемом и частном". Таким неизменным и общим для  химических знаний всех исторических периодов является цель химии. Именно цель науки – не только теоретический, но и исторический её стержень.

 Целью химии  на всех этапах её развития является получение  вещества с заданными свойствами. Эта цель, иногда именуемая основной проблемой химии, включает в себя две важнейших задачи – практическую и теоретическую, которые не могут  быть решены отдельно друг от друга. Получение  вещества с заданными свойствами не может быть осуществлено без выявления  способов управления свойствами вещества, или, что то же самое, без понимания  причин происхождения и обусловленности  свойств вещества. Таким образом, химия есть одновременно и цель и  средство, и теория и практика

 Таким образом, в рамках содержательного подхода  история химии может быть рассмотрена  как история возникновения и  развития концептуальных систем, каждая из которых представляет собой принципиально  новый способ решения основной задачи химии. [2]

 1. Основные этапы  развития химии

 При изучении истории  развития химии возможны два взаимно  дополняющих подхода: хронологический  и содержательный.

 При хронологическом  подходе историю химии принято  подразделять на несколько периодов. Следует учитывать, что периодизация истории химии, будучи достаточно условной и относительной, имеет скорее дидактический  смысл.

 При этом на поздних  этапах развития науки в связи  с её дифференциацией неизбежны  отступления от хронологического порядка  изложения, поскольку приходится отдельно рассматривать развитие каждого  из основных разделов науки.

 Как правило, большинство  историков химии выделяют следующие  основные этапы её развития:[3]

 1. Предалхимический  период: до III в. н.э.

 В предалхимическом периоде теоретический и практический аспекты знаний о веществе развиваются  относительно независимо друг от друга. Происхождение свойств вещества рассматривает античная натурфилософия, практические операции с веществом  являются прерогативой ремесленной  химии.

 2. Алхимический  период: III – XVI вв.

 Алхимический  период, в свою очередь, разделяется  на три подпериода:[4]

 александрийскую,

 арабскую

 европейскую алхимию.

 Алхимический  период – это время поисков  философского камня, считавшегося необходимым  для осуществления трансмутации металлов.

 В этом периоде  происходит зарождение экспериментальной  химии и накопление запаса знаний о веществе; алхимическая теория, основанная на античных философских представлениях об элементах, тесно связана с  астрологией и мистикой. Наряду с  химико-техническим "златоделием" алхимический период примечателен также  и созданием уникальной системы  мистической философии.

 3. Период становления  (объединения): XVII – XVIII вв.

 В период становления  химии как науки происходит её полная рационализация. Химия освобождается  от натурфилософских и алхимических взглядов на элементы как на носители определённых качеств. Наряду с расширением  практических знаний о веществе начинает вырабатываться единый взгляд на химические процессы и в полной мере использоваться экспериментальный метод. Завершающая  этот период химическая революция окончательно придаёт химии вид самостоятельной  науки, занимающейся экспериментальным  изучением состава тел.

 4. Период количественных  законов (атомно-молекулярной теории): 1789 – 1860 гг.

 Период количественных законов, ознаменовавшийся открытием  главных количественных закономерностей  химии – стехиометрических законов, и формированием атомно-молекулярной теории, окончательно завершает превращение  химии в точную науку, основанную не только на наблюдении, но и на измерении.

 5. Период классической  химии: 1860 г. – конец XIX в.

 Период классической химии характеризуется стремительным  развитием науки: создаётся периодическая  система элементов, теория валентности  и химического строения молекул, стереохимия, химическая термодинамика  и химическая кинетика; блестящих  успехов достигают прикладная неорганическая химия и органический синтез. В  связи с ростом объёма знаний о  веществе и его свойствах начинается дифференциация химии – выделение  её отдельных ветвей, приобретающих  черты самостоятельных наук.

 2. Алхимия как феномен  средневековой культуры

 Алхимия складывалась в эпоху эллинизма на основе слияния  прикладной химии египтян с греческой  натурфилософией, мистикой и астрологией (золото соотносили с Солнцем, серебро - с Луной, медь - с Венерой, и т.д.) (II-VI вв.) в александрийской культурной традиции, представляя собой форму  ритуально-магического искусства. [5]

 Алхимия - это  самозабвенная попытка найти  способ получения благородных металлов. Алхимики считали, что ртуть и  сера разной чистоты, соединяясь в различных  пропорциях, дают начало металлам, в  том числе и благородным. В  реализации алхимического рецепта  предполагалось участие священных  или мистических сил, а средством  обращения к этим силам было слово - необходимая сторона ритуала. Поэтому  алхимический рецепт выступал одновременно и как действие, и как священнодействие.[6]

 В средневековой  алхимии выделялись две тенденции.

 Первая - это  мистифицированная алхимия, ориентированная  на химические превращения (в частности, ртути в золото) и, в конечном счете, на доказательство возможности человеческими  усилиями осуществлять космические  превращения. В русле этой тенденции  арабские алхимики сформулировали идею «философского камня» - гипотетического  вещества, ускорявшего «созревание» золота в недрах земли; это вещество заодно трактовалось и как эликсир  жизни, исцеляющий болезни и дающий бессмертие.

 Вторая тенденция  была больше ориентирована на конкретную практическую технохимию. В этой области  достижения алхимии несомненны. К  ним следует отнести: открытие способов получения серной, соляной, азотной  кислот, селитры, сплавов ртути с  металлами, многих лекарственных веществ, создание химической посуды и др.

 3. Возникновение и  развитие научной  химии

 § 3.1. Истоки химии

 Химия древности. Химия, наука о составе веществ  и их превращениях, начинается с  открытия человеком способности  огня изменять природные материалы. По-видимому, люди умели выплавлять медь и бронзу, обжигать глиняные изделия, получать стекло еще за 4000 лет до н.э.[7] К 7 в. до н.э. Египет и Месопотамия  стали центрами производства красителей; там же получали в чистом виде золото, серебро и другие металлы. Примерно с 1500 до 350 до н.э. для производства красителей использовали перегонку, а металлы  выплавляли из руд, смешивая их с древесным  углем и продувая через горящую  смесь воздух. Самим процедурам превращения  природных материалов придавали  мистический смысл.

 Греческая натурфилософия. Эти мифологические идеи проникли в  Грецию через Фалеса Милетского, который  возводил все многообразие явлений  и вещей к единой первостихии  – воде. Однако греческих философов  интересовали не способы получения  веществ и их практическое использование, а главным образом суть происходящих в мире процессов. Так, древнегреческий  философ Анаксимен утверждал, что  первооснова Вселенной – воздух: при разрежении воздух превращается в огонь, а по мере сгущения становится водой, затем землей и, наконец, камнем. Гераклит Эфесский пытался объяснить  явления природы, постулируя в качестве первоэлемента огонь.

 Четыре первоэлемента. Эти представления были объединены в натурфилософии Эмпедокла из Агригента  – создателя теории четырех начал  мироздания.[8] В различных вариантах  его теория властвовала над умами  людей более двух тысячелетий. Согласно Эмпедоклу, все материальные объекты  образуются при соединении вечных и  неизменных элементов-стихий – воды, воздуха, земли и огня – под  действием космических сил любви  и ненависти. Теорию элементов Эмпедокла  приняли и развили сначала  Платон, уточнивший, что нематериальные силы добра и зла могут превращать эти элементы один в другой, а  затем Аристотель.

 Согласно Аристотелю, элементы-стихии – это не материальные субстанции, а носители определенных качеств – тепла, холода, сухости  и влажности. Этот взгляд трансформировался  в идею четырех «соков» Галена и господствовал в науке вплоть до 17 в.

 Другим важным вопросом, занимавшим греческих натурфилософов, был вопрос о делимости материи. Родоначальниками концепции, получившей впоследствии название «атомистической», были Левкипп, его ученик Демокрит и  Эпикур.

 Согласно их учению, существуют только пустота  и атомы – неделимые материальные элементы, вечные, неразрушимые, непроницаемые, различающиеся формой, положением в  пустоте и величиной; из их «вихря»  образуются все тела.

 Атомистическая  теория оставалась непопулярной в течение  двух тысячелетий после Демокрита, но не исчезла полностью. Одним из ее приверженцев стал древнегреческий  поэт Тит Лукреций Кар , изложивший взгляды Демокрита и Эпикура  в поэме «О природе вещей» (De Rerum Natura).[9]

 § 3.2. Лавуазье: революция  в химии

 Центральная проблема химии XVIII в. - проблема горения. Вопрос состоял в следующем: что случается  с горючими веществами, когда они  сгорают в воздухе? Для объяснения процессов горения немецкими  химиками И. Бехером и его учеником Г. Э. Шталем была предложена теория флогистона. Флогистон - это некоторая невесомая  субстанция, которую содержат все  горючие тела и которую они  утрачивают при горении. Тела, содержащие большое количество флогистона, горят  хорошо; тела, которые не загораются, являются дефлогистированными. Эта  теория позволяла объяснять многие химические процессы и предсказывать  новые химические явления. В течение  почти всего XVIII в. она прочно удерживала свои позиции, пока французский химик  А. Л. Лавуазье в конце XVIII в. не разработал кислородную теорию горения.

 Лавуазье показал, что все явления в химии, прежде считавшиеся хаотическими, могут  быть систематизированы и сведены  в закон сочетания элементов, старых и новых. К уже установленному до него списку элементов он добавил  новые - кислород, который вместе с  водородом входит в состав воды, а также и другой компонент  воздуха - азот. В соответствии с  новой системой химические соединения делились в основном на три категории: кислоты, основания, соли. Лавуазье рационализировал химию и объяснил причину большого разнообразия химических явлений: она  заключается в различии химических элементов и их соединений.

 § 3.3. Победа атомно-молекулярного  учения

 Следующий важный шаг в развитии научной химии  был сделан Дж. Дальтоном, ткачом и  школьным учителем из Манчестера. Изучая химический состав газов, он исследовал весовые количества кислорода, приходящиеся на одно и то же весовое количество вещества в различных по количественному  составу окислах, и установил  кратность этих количеств. Например, в пяти окислах азота количество кислорода относится на одно и  то же весовое количество азота как 1 : 2 : 3 : 4 : 5. [10] Так был открыт закон  кратных отношений.