История развития химии. Около двухсот лет назад были предприняты первые историко-научные исследования и написаны первые книги по истории химии. Это было время скачкообразного развития самой науки. Более чем тысячелетний период накопления естественнонаучных знаний закончился в XVIII в. формированием химии как самостоятельной научной дисциплины, были созданы новые система обучения и терминология. Химические исследования были направлены на решение актуальных задач познания природы и на использование достижений химии в промышленности.
Результаты наблюдений химиков-практиков средневековья в это время начали забываться, поскольку в XVIII в. было получено много новых, гораздо более точных, экспериментальных данных. Но ведущие химики XVIII в.
понимали громадное значение работ своих предшественников. Поэтому они приложили немало усилий для публикации многочисленных сборников химических «операций», проведенных в средние века.
На первых историков химии — Торберна Бергмана, Иоганна Христиана Виглеба и Иоганна Фридриха Гмелина — обилие накопленных результатов исследований произвело очень большое впечатление. Поэтому они пытались собрать все эти наблюдения и описать их в хронологическом порядке.
Их последователи — Иоганн Бартоломей Троммсдорф, Жан Батист Дюма, Юстус Либих, Герман Копп, Фридрих Хёфер — уже делали попытки проанализировать исторические факты с определенной точки зрения. Более всех это удалось Герману Коппу. Он пришел к убеждению, что характер проводимых работ определялся главным образом задачами, поставленными химиками перед собой.
Так, например, на протяжении довольно долгого исторического периода (от 300-х и до 1600-х гг. ) они стремились получить золото из неблагородных металлов. Поэтому Копп назвал этот период алхимическим.
Тогда, разумеется, еще не существовало подлинно научной химии, хотя и в древности люди использовали многие химические превращения. Но методы химиков тех времен Копп рассматривал как чисто эмпирические и найденные случайно. Исторический период, последовавший далее, Копп назвал периодом иатрохимии (медицинской химии), поскольку основным направлением химических знаний до 1700-х гг.
было получение лекарств. Вслед за периодом иатрохимии Копп выделил еще два периода развития химических знаний: периоды флогистонной и количественной химии. Период флогистонной химии Копп назвал по господствовавшей в XVIII в.
«флогистонной теории». Термин «флогистон» образован от древнегреческого слова «флогистос», что означает «воспламеняемый», «горючий»; «флогистон» — особая «субстанция», которая якобы определяет механизм процессов горения.
В конце XIX в. немецкий ученый Альберт Ладенбург принял в качестве главного принципа науки истории химии (Представления своего соотечественника Вильгельма Оствальда: без анализа прогресса химического эксперимента и развития химической промышленности нельзя понять общие закономерности становления химии как науки.
Среди ученых часто вспыхивают споры вокруг проблемы: начиная с какого исторического момента можно говорить о возникновении химии как науки? Одни исследователи отстаивали точку зрения, что химическая наука возникла лишь после того, как ученые смогли объяснить причины и особенности протекания реакций. По мнению других, возникновение научной химии следует датировать временем постановки учеными перед собой научно-исследовательских задач.
Копп, например, считал научными даже задачи алхимии, хотя, как стало ясно в XX в. , задачи алхимиков были нереальны и в общем-то антинаучны.
Развитие химии всегда шло в нескольких направлениях, но в различные периоды на первый план выдвигались разные исследовательские задачи. Отличие заключено в характере основополагающей в то или иное время научной идеи или теории. Специфика использования химического превращения веществ определяется тем, какую цель она преследует — получение какого-либо продукта или накопление новых знаний. Действительно, обе эти задачи вечно стоят перед человечеством, так как неразрывно связаны с целенаправленным использованием химических превращений.
Однако если абсолютизировать значение лишь одного направления в развитии химии, то, несомненно, нельзя избежать трудностей, с которыми и столкнулся Копп. Он рассмотрел эти трудности, проанализировал их с разных сторон, но не сумел найти удовлетворительного пути их преодоления.
Возникает вопрос: правомерно ли выделять в истории химии различные этапы (или периоды) развития? Никто не отрицает, что между химической практикой и теорией в древности, с одной стороны, и в наши дни — с другой, существует громадное различие. Разница (хотя и несколько меньшая) отчетливо заметна и при сопоставлении химических знаний иных, более близких исторических периодов.
Для того чтобы провести периодизацию развития химии, нужно найти правильные критерии выделения исторических этапов. Эти критерии можно получить как следствия из закона накопления знаний и их наивысшего развития. Согласно этому закону, постепенное накопление практических и теоретических знаний приводит их к новому качеству, которое в свою очередь может служить основой дальнейшего развития науки.
Интенсивное развитие теории и практики в истории химии не всегда проходило одновременно. Фаза наивысшего развития знаний выявляется при анализе не только общего развития химии, но также и при рассмотрении эволюции ее отдельных направлений. И разумеется, в отдельные периоды и для различных направлений развития химии эти фазы наивысшего развития знаний различаются.
Если, например, подразделить реальный материал истории химии на две исторические эпохи, то при подобном анализе становится очевиден глубочайший процесс преобразования фазы наивысшего накопления знаний в химии с конца XVIII в. С этого времени теория в химии стала приобретать все большее значение как непременное условие целенаправленного проведения разнообразных превращений веществ. До конца XVIII в.
Деление истории химии на эмпирические и теоретические эпохи нельзя понимать буквально: будто первые были посвящены главным образом практическим работам, а вторые — лишь теоретическим. В истории вообще (и в истории химии, в частности) не существует застывших границ между историческими периодами: и в «эпохи практики» проводились теоретические изыскания, и в «теоретические эпохи» практика всегда имела немалое значение для развития химии. Поэтому такое однозначное название эпохи не отражает ее содержания. Оно характеризует лишь направление работ, которое определяет специфику развития химических знаний в рамках значительного исторического периода.
Рассмотренные подходы к периодизации можно также положить в основу выделения исторических периодов становления химии в соответствии с законом накопления и наивысшего развития знаний.
Вопрос, на который постоянно должен отвечать историк науки,— как методологически подходить к анализу предмета — относится к области истории логики. Для его решения нужно выяснить, какое значение имели важнейшие события истории науки для развития общества. В этом случае наиболее полно будет проявляться фаза наивысшего развития знаний.
Однако нельзя забывать, что развитие науки происходило не во всех странах и частях мира. Кроме того, понимание вклада ученых разных стран в развитие химических знаний зависит от уровня наших знаний об основополагающих химических исследованиях, проведенных в различные исторические эпохи. Довольно достоверны известные историкам науки сведения о развитии химических знаний и навыков в древних Индии, Китае, средневековой Аравии, а также в средневековой Европе.
Название «химия» происходит, как считают ученые, от древнегреческого слова «хемейа» (так называли Египет); другое предполагаемое, тоже древнегреческое слово, от которого образовался термин «химия»,— «хюмейа» (от «хюма»), что означает «литье» металлов.
С самого начала использования человечеством химических превращений стали накапливаться определенные знания об особенностях их проведения. Позже на основе таких наблюдений возникли первые гипотезы о составе и свойствах веществ. Одновременно (в значительной мере под влиянием потребностей ремесленной практики) сформировалось мнение о том, что для развития человечества практические методы получения больших количеств различных веществ гораздо важнее, чем химические теории.
Нельзя не отметить ограниченности любой одноплановой точки зрения. В действительности теоретический и практический аспекты изучения природы веществ развивались в тесной взаимосвязи; полученные при этом знания и навыки привели впоследствии к возникновению научного естествознания. Хотя существующие в наши дни отношения между естественными науками и производством сформировались лишь в XIX в.
, предпосылки научного естествознания были созданы еще во времена античности. Однако долгое время развитие естественнонаучных представлений определялось главным образом результатами наблюдений, полученными в ремесленной практике при проведении разнообразных процессов. Поэтому, чтобы правильно понять существование в древности и в средние века соотношения между ремесленной (а позже производственной) практикой и развитием представлений о природе веществ, не следует оценивать эти отношения лишь с точки зрения современных взаимосвязей естествознания и промышленности.
В значительной мере такие рассуждения относятся и к развитию химической науки и химической промышленности. Химия как самостоятельная наука в современном понимании этого слова возникла лишь в XVIII в. До этого химические знания накапливались главным образом в процессе развития химических ремесел.
Среди них в XVI—XVII вв. очень большую роль играло приготовление лекарственных препаратов. Развитие фармации в первую очередь, а также совершенствование иных химических ремесел определяли в то время прогресс химических знаний.
В работе «Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека» Фридрих Энгельс выделил различные этапы «развития общества». В основу такого подразделения он положил труд, который рассматривал не как механическое выполнение операций, а как деятельность, точно определенную Карлом Марксом в «Капитале». Маркс определял труд как физические, психические и интеллектуальные возможности, которые реализуются лишь в сложном «процессе целенапраленного, целесообразного общения людей друг с другом».
В простейшем же случае под трудом понимают — сознательно или неосознанно — опыт, который является исходным пунктом любого дальнейшего развития: определенные способы воздействия на вещества, связанные с конкретными операциями, ведут к некоторым предполагаемым результатам. Повторение этого процесса приводит к накоплению практических навыков и знаний, совершенствующихся при переходе от поколения к поколению. Под практическими навыками понимают не только механическую последовательность операций, но и совершенствование прикладных знаний.
Применяемое здесь понятие «знание» — не априорно данное понятие, а исторически понимаемая категория. Так, например, для людей каменного века понимание влияния различных условий на рост растений имело такое же большое значение для прогресса в развитии навыков и знаний, как открытие важности применения удобрений для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, сделанное в XIX в. Юстусом Либихом.
Когда вспоминаешь историю развития неорганической химии, невольно приходит на ум древнеегипетский миф о Фениксе, птице, обладавшей способностью при наступлении старости сгорать и вновь возрождаться из пепла… Трудно назвать дату зарождения химии — науки о веществе и его превращениях. Расшифровка таблиц с клинообразными надписями, найденных при раскопках древних городов Месопотамии, позволяет сделать вывод, что еще за три тысячи лет до нашей эры люди уже умели добывать из руд свинец, медь, серебро, следовательно, использовали свои сведения о химических превращениях веществ для практических целей. В Древнем Египте химия считалась священной наукой. Задолго до нашей эры там производились красители, стекло, глазурь, металлы. Примерно к этому же периоду относится развитие химии в Китае и Индии. В книгах индийского ученого Каутилайа (III век до нашей эры) и китайского ученого Вей Поянга (II век до нашей эры) описаны различные химические соединения и способы их получения.
В средневековой Европе первый период развития химии был связан с поисками «философского камня», способного превратить любой металл в золото. Бесплодные попытки алхимиков, слабо связанные с жизнью, не много дали для развития химии в этот период. Отрыв науки от повседневных задач всегда сказывается отрицательно прежде всего на самой науке.
Но уже в начале XVI века все большее развитие получают те направления химии, которые непосредственно связаны с запросами жизни. Большое влияние на формирование этих плодотворных направлений сыграли труды Парацельса, учившего, что роль химии состоит не в поисках философского камня, а в изготовлении лекарств, и основополагающие работы Агриколы в области металлургии, пробирного анализа и горного дела.
С этого периода непрерывно возрастает связь химии с практикой; ученые накапливают все новые и новые полезные сведения. И, естественно, появляется потребность систематизировать эти сведения на основе каких-то общих представлений. Попытка систематизации окислительно-восстановительных процессов, очень важных для металлургии, была сделана в конце XVII века Шталем в его известной флогистонной теории.
Сегодня ее нелепость очевидна даже школьнику, но, тем не менее, флогистонная теория просуществовала свыше сотни лет и вначале, без сомнения, сыграла положительную роль: она позволила объединить и каким-то образом объяснить почти все накопленные к тому времени данные. Именно в период господства этой теории были открыты многие газы, установлены новые сведения о поведении металлов, окислов, солей.
Однако постепенно накапливались факты, доказывающие несостоятельность принятой теории и закладывающие основы новых представлений. Эти факты блестяще обобщили М. В.
Ломоносов, А. Л. Лавуазье и ряд других крупных ученых XVIII века.
С тех пор создавалось и умирало много различных теорий и представлений, но основные законы, возникшие в середине XVIII и начале XIX столетий и превратившие химию в количественную науку, остаются незыблемыми. Они позволили величайшему русскому ученому Д. И. Менделееву предложить новую всеобъемлющую классификацию — периодическую систему химических элементов, которая и в настоящее время является фундаментом неорганической химии.
В XIX веке было положено также начало бурному развитию органической химии. Этому способствовало прежде всего ниспровержение господствующей до этого периода виталистической теории, не допускавшей даже возможности синтеза веществ животного и растительного происхождения. Вначале Велер, синтезировавший мочевину, затем Бертло и Бутлеров, получившие искусственным путем первый — жиры, второй — углеводы, блестяще показали возможности синтетического направления в органической химии.
Важным фактором, способствовавшим развитию теоретической органической химии, явилось создание А. М. Бутлеровым теории химического строения (1861 год).
Широкое привлечение внимания химиков к этому направлению привело к поразительным успехам, как в научном отношении, так и в вопросах использования достижений органической химии для народного хозяйства. Появились и продолжают появляться новые области промышленности органического синтеза: синтетические красители, моющие вещества, пластмассы, волокна, каучуки, ионообменные смолы, лекарственные вещества, витамины, гормоны, антибиотики. Уже давно от копирования природных веществ химики перешли к созданию новых, не существующих в природе веществ с ценными свойствами.
Эти успехи послужили причиной того, что основное внимание химиков в период с конца XIX века и до самого последнего времени было привлечено к проблемам органической химии. Неорганическая химия в известном смысле отошла на задний план. Создалось такое положение, при котором изучением одного элемента — углерода — стало заниматься больше химиков и институтов, чем изучением всех остальных элементов, из которых состоит наш мир.
Конечно, было бы неправильно утверждать, что недостаточно развивались все направления неорганической химии. В частности, были достигнуты значительные успехи в некоторых областях химии комплексных соединений, химии хлоридов и фторидов, химии редких элементов. Именно этим можно объяснить тот факт, что когда перед неорганической химией встали новые, весьма сложные задачи в связи с необходимостью обеспечить развитие атомной энергетики и полупроводниковой техники, эти задачи были успешно решены.
Но в целом положение в неорганике оставляет желать много лучшего. Для того, чтобы неорганическая химия и в дальнейшем не оказалась узким местом, надо значительно расширить фронт научных исследований, помочь развитию новых направлений неорганической химии.
Автор: Н. Н. Семенов.
P. S. О чем еще думают британские ученные: о том, что с помощью неорганической химии мы имеем множество изобретений, даже таких тривиальных, как воздушные шары. Хотя почему тривиальных, ведь все дети их очень любят и часто говорят, подари мне букет из воздушных шаров….
Химия (наука о веществах, из которых состоит материальный мир) восходит к древней алхимии. Но алхимия, тесно связанная с магией и колдовством, не была наукой в подлинном смысле этого слова. Начало истории развития химии лежит в производственных процессах обработки металлов и приготовлении лекарств. Благодаря постоянным экспериментам химия стала настоящей наукой.
Изучение химических реакций
В 1756 г. шотландский исследователей Джозеф Блэк (1728— 1799) сделал важное открытие в области химических реакций (изменений, приводящих к образованию новых веществ). Блэк обнаружил, что при нагревании углекислого магния его вес уменьшается. Он установил, что происходит это из-за выделения газа при нагревании. Блэк назвал этот газ «пойманным воздухом». Нам он известен как двуокись углерода.
[custom_ads_shortcode1]
Новый газ
Джозеф Пристли (1733-1804) родился в Йоркшире (Англия). Он хотел стать священником, но увлекся научными исследованиями. Его труды принесли ему широкую известность, однако политические преследования вынудили в 1791 г. эмигрировать в США. Самое значительное свое открытие Пристли сделал в 1774 г. Он заметил, что при нагревании окиси ртути выделяется газ. Если поднести к нему свечу, пламя вспыхивает ярче. В те времена ученые полагали, что при горении вещества теряют особую субстанцию — флогистон (от греческого «пламя»). Пристли назвал открытый им газ «обесфлогисто-женным воздухом». Он думал, что воздух при нагревании теряет флогистон. На самом деле Пристли открыл газ, который мы называем кислородом.
[custom_ads_shortcode2]
Основоположник современной химии
Антуан Лавуазье (1743— 1794) родился в Париже. Он изучал право, но затем увлекся наукой и работал сборщиком налогов, чтобы иметь средства для научных исследований. Сборщики налогов вызвали особую ярость у лидеров Французской революции, и Лавуазье разделил участь многих французов, казненных в годы террора.
[custom_ads_shortcode3]
Кислород
Лавуазье провел целый ряд опытов по изучению процесса горения. Он нагревал различные вещества в воздухе, тщательно взвешивая их до и после нагревания. Оказалось, что некоторые вещества после нагревания становятся тяжелее.
Лавуазье предположил, что они поглощают нечто из воздуха, и доказал, что это «нечто» — тот самый газ, который открыл Пристли. Лавуазье назвал газ кислородом. Открытие Лавуазье дало научное объяснение наблюдениям разных ученных и позволило отвергнуть теорию флогистона, которой придерживались в течение века.
Его определение горения как реакции вещества с кислородом используется и в наши дни. Лавуазье первым доказал, что кислород необходим для всех видов горения, а также для дыхания животных и растений. Его труды помогли отказаться от многих устаревших взглядов, идущих ещё от алхимии.
[custom_ads_shortcode1]
Строительные блоки
В 1789 году Лавуазье опубликовал книгу «Методы наименования химических элементов», основанную на работах Роберта Бойля. В ней он изложил теорию элементов (веществ, не поддающихся дальнейшему разложению) как строительных блоков химии. Лавуазье выделил 33 элемента, расположив их так, чтобы показать, как они вступают в соединения друг с другом. В книге содержалась также новая система наименования элементов на основе их химического состава. Прежде многие элементы имели запутанные названия, которые им дали алхимики.
[custom_ads_shortcode2]
Современная атомарная теория
Джон Долтон (1766-1844) родился в небольшой деревушке на севере Англии и посвятил всю свою жизнь науке. Его идеи позволили проникнуть в сущность фундаментального химического процесса — образования соединений. В 1808 г. он издал книгу «Новая система химической философии», содержащую два важных положения. Одно из них гласит, что все химические реакции — результат соединения или деления атомов. Важно и утверждение, что атомы разных элементов имеют разный вес.
[custom_ads_shortcode3]
Взаимосвязь между элементами
Дмитрий Менделеев (1834-1907) родился и вырос в Сибири, в России. Он был в семье младшим из 14 детей. Менделеев блестяще окончил Петербургский университет и вскоре стал в нем профессором химии. Он изучал взаимосвязь между различными элементами. В те времена лишь очень немногие понимали близость некоторых элементов друг к другу, что выражается в их атомном весе. Атомный вес элемента — это вес одного его атома по сравнению с весом атома водорода. Менделеев опубликовал свою «Периодическую систему элементов» в 1869 году. В ней элементы сгруппированы по «семействам» согласно их атомным весам.
Самый легкий — водород, самый тяжелый — свинец. Менделеевская таблица показывает, как элементы связаны между собой. В своей таблице Менделеев предусмотрел и свободные клетки, соответствующие элементам, реально существующим, но тогда еще не открытым. И он оказался прав. Спустя 4 года был открыт первый такой элемент — галлий. Всего в таблицу внесено уже более 100 элементов.
Развитие системы знаний о химической форме движения материи условно можно разделить на два этапа: донаучный и научный, каждый из которых состоит из нескольких периодов.
[custom_ads_shortcode1]
I. Донаучный этап
[custom_ads_shortcode2]
1. Натурфилософский период
Знания о свойствах веществ и процессах их превращения начали накапливаться вдоисторическую эпоху, поскольку человеку для обеспечения своей жизнедеятельности необходимо постоянно использовать различные вещества. Само выделение человека из животного мира тесно связано с целенаправленным использованием огня – то есть с овладением реакцией горения.
К началу исторической эпохи накопленные эмпирическим путем химические знания находились на достаточно высоком уровне. Так, древние египтяне умели из минералов делать краски и косметические средства, выплавлять бронзу, изготовлять стекло и фарфор. Им было известно токсическое или целебное действие многих веществ.
Обширны были химические знания, достигнутые цивилизациями древнего Китая, Индии, Вавилона. Но при этом объяснение свойств веществ, их способности превращаться в другие вещества происходило в рамках мифологических представлений.
До философских размышлений о природе веществ и их взаимодействий поднялись мыслители Древней Греции. Напомним, что натурфилософский период развития естествознания отличался умозрительным рассмотрением природы: формировавшиеся на основе наблюдений логически непротиворечивые объяснения природных явлений не подвергались экспериментальной проверке. Полный отрыв теории от практики был характерен и для рассмотрения свойств веществ.
Исключительное значение для развития химии имело зародившееся в Древней Греции атомистическое учение, основоположниками которого считают Левкиппа (500–440 гг. до н. э.
) и его ученика Демокрита (460–370 гг. до н. э.
). Эти философы утверждали, что материальный, вещественный мир состоит из мельчайших, далее неделимых частиц – атомов, имеющих размер, форму, способность к движению, и пустоты. Последователь Демокрита, Эпикур (342–270 гг.
до н. э. ), предположил, что у атомов существует внутренний источник движения, и они сами способны взаимодействовать друг с другом.
Большое значение для развития представлений о причинах разнообразия свойстввеществ имело развитие противоположной – континуальной – традиции описания материи,достигшей вершины в трудах Аристотеля (384–322 гг. до н. э.
). Развивая представления Эмпедокла (490–430 гг. до н.
э. ) о четырех началах, или элементах, природы (земля, вода, воздух, огонь) и Платона (428–348 гг. до н.
э. ), Аристотель не отрицал существования атомов и пустоты, но считал, что атомы бесконечно делимы, могут беспредельно распадаться и вновь возникать.
В труде «О возникновении и уничтожении» Аристотель выдвинул принципиально новое диалектическое положение: при соединении вещества теряют свои индивидуальные качества, и образующееся новое вещество – не смесь, а “тело”, обладающее лишь ему присущими новыми качествами. Каждое вещество – определенная комбинация первоэлементов, представленных парами противоположных качеств материи: теплое – холодное, сухое – влажное, тяжелое – легкое, жесткое – мягкое, вязкое – хрупкое, шероховатое – гладкое, толстое – тонкое. Механизм процесса образования нового вещества, согласно Аристотелю, таков: в том случае, если из двух свойств огня (теплый, сухой) меняется одно, то образуется воздух (теплый, влажный).
Вода образуется из воздуха, когда теплое становится холодным. Качества конкретного вещества определяются соотношением в нем элементов.
Источники:
