Химия

совокупность наук, предмет к-рых составляют соединения атомов и превращения этих соединений, происходящие с разрывом одних и образованием других межатомных связей. Различные химия, науки отличаются тем, что они занимаются либо разными классами соединений (такое различие положено в основу разграничения неорганич. и органич. X.), либо разными типами реакций (радиохимия, радиационная X., каталитич. синтез, X. полимеров и т.д.), либо разными методами исследования (физич. X. в ее различных направлениях). Отграничение одной химич. науки от другой, сложившееся в процессе историч. развития X. и сохраняющееся по традиции, имеет относит. значение. Практич. знакомство человека с химич. процессами началось в доистория, времена. Сам термин "X.", по-видимому, связан генетически с одним из старинных названий Египта – Хемия, где практич. умение управлять разнообразными химич. процессами достигло высокого уровня. В течение мн. столетий теоретич. объяснение химич. процессов основывалось на натурфилос. учении об элементах-качествах. В более пли менее модифицированном виде это учение послужило основой для алхимии, возникшей примерно в 3–4 вв. н.э. и распространившейся при посредстве арабов в Зап. Европе. Не решив задачи превращения неблагородных металов в благородные, алхимики создали много приборов и приемов исследования, открыли ряд химич. соединений, чем немало способствовали возникновению науч. X. На той же натурфилос. почве выросла в 16 в. и ятрохимия, к-рая стремилась найти в химич. препаратах средства лечения многочисленных, в первую очередь эпидемич. болезней. Ятрохимики не только открыли много новых химич. соединений и способов их изготовления, но и высказали правильные догадки о характере действия химич. препаратов на организм. С ятрохимии берет начало медицинская X. В ср. века началось быстрое развитие химич. произ-в: металлургии, изготовления красителей, стеклоделия и т.д. С ними связано возникновение технич. X. Возникновение собственно науч. X. началось во 2-й пол. 17 – нач. 18 вв. с попыток объяснения химич. процессов и применения экспериментального метода для проверки этих объяснений. В сер. 18 в. осн. объектом исследования стали воздух и др. газы, изучением к-рых занималась т.н. п н е в м а т о л о г и я. Ее представителями были открыты, в частности, газообразные простые вещества: кислород, азот, водород, а из соединений – углекислый газ. Виднейшим пневматикой был Р. Бойль, отвергнувший прежнее учение об элементах-стихиях или элементах-качествах и развивший представление о корпускулах – элементах, из к-рых образуются химич. соединения. Бойль систематически применял различные индикаторы (лакмус и др.) для распознания веществ, поэтому в его работах берет начало а н а л и т и ч. X. (качеств. анализ). В том же 18 в. был накоплен опытный материал, на основе к-рого была создана первая теория X. – теория флогистона, позволившая объяснить и предсказать большое число химич. явлений и поэтому прочно удерживавшаяся в X. в течение почти всего 18 в., до тех пор пока Лавуазье не дал правильного объяснения процессов с участием кислорода. С Лавуазье в X. вошли количеств. методы исследования, основанные на принципе сохранения вещества во время химич. превращений. Лавуазье принадлежит первая систематика химич. элементов, а также первая химич. номенклатура, разработанная им совместно с другими франц. химиками. Развитие аналитич. X. привело к открытию в 18 в. ряда новых элементов, а также органич. соединений, особенно растит, кислот. Лавуазье определил состав органич. соединений, чем положил начало формированию о р г а н и ч. X. 1-я пол. 19 в. ознаменовалась в X. открытием ряда количеств. законов (закон постоянных отношений, Пруст; закон кратных отношений, Дальтон; закон объемных отношений, Гей-Люссак, и др.). Эти законы получили объяснение в атомистич. теории Дальтона и атомно-молекулярной теории Авогадро, выдвинутых в нач. 19 в. Атомистика древности и начала нового времени носила абстрактный (сначала натурфилософский, а затем механис-тический) характер. Ломоносов, следуя за Бойлем, сделал попытку ввести ее в X., но в собств. смысле слова химич. атомистика была разработана впервые Дальтоном. При этом ее развитие наталкивалось на трудности отчасти субъективного порядка и было связано с многочисл. ошибками. Окончат. победу правильные взгляды на атомы и молекулы и на способы определения атомных и молекулярных весов одержали только на 1-м Междунар. конгрессе химиков (1860). В 50-х гг. 19 в. в X. возникло учение о валентности и о химич. связи, приведшее к созданию теории химич. строения (Бутлеров, 1861) и открытию периодич. закона элементов (Менделеев, 1869). Первая обусловила огромный успех органич. синтеза и возникновение новых отраслей химич. пром-сти (произ-во красителей, медикаментов, нефтепереработка и др.); в теоретич. плане она открыла путь построению теории пространств, строения органич. соединений – стереохимии (Вант-Гофф и Ле Бель, 1874), а спустя 20 лет – созданию координационной теории строения неорганических (комплексных) соединений (Вернер). Большие успехи теоретич. X. и физики, экспериментальное изучение зависимости свойств химич. соединений от их состава и строения, а также запросы, предъявляемые к X. различными произ-вами, привели к оформлению в самостоят. дисциплину ф и з и ч е с к о й X. Ко 2-й пол. 19 в. относится открытие закона действия масс (Гульдберг и Вааге) и разработка химич. кинетики – учения о скоростях химич. реакций (Бертло, Меншуткин, Вант-Гофф), создание теории электролитич. диссоциации (Аррениус) и химич. термодинамики (на основе работ Гиббса, Вант-Гоффа, Нернста). Несколько позднее, уже в нач. 20 в., был создан физико-химич. анализ (Курнаков, Тамман). Огромное значение для X., особенно для физической, имело открытие радиоактивности (Беккерель), а затем электрона (Вихерт, Томсон), опытное подтверждение справедливости атомно-молекулярной теории, создание планетарной модели атома (Резерфорд, Бор), введение понятия об атомном номере (Мозли) и новая трактовка периодич. системы элементов, электронная интерпретация химич. связи и строения молекул (Томсон, Штарк, Коссель, Льюис). Дальнейшие успехи теоретич. X. были связаны с возникновением квантовой X. как приложения к X. квантовой механики. Еще в 19 в. значительно расширилась сфера приложения старых, классич. направлений технич. X. и появились новые. Напр., химич. т е р м о д и н а м и к а позволяет рассчитывать химич. равновесия, ее методы и выводы ныне широко используются в пром-сти (химической, топливной, металлургической и т.д.). Успехи электрохимии связаны с изучением коррозии и произ-вом химич. источников тока. Получение твердых металлов и практич. рекомендации по методам их обработки составляют предмет физико-химич. м е х а н и к и, выросшей из недр коллоидной X. К а т а л и з, изучение и теоретич. осмысливание к-рого в 19 в. почти не имело прикладного значения, в 20 в. получил исключит. развитие благодаря своему огромному значению для химич. пром-сти. Создание ц е п н о й т е о р и и химич. реакций сыграло стимулирующую роль не только для развития химич. кинетики, но и химич. пром-сти, поскольку были выявлены законы, знание к-рых позволяет управлять химич. реакциями как в лабораториях, так и на произ-ве (низкотемпературное окисление углеводородов и т.п.). Изучение кинетики реакций под влиянием радиационного излучения привело к созданию радиационной X., а изучение радиоактивных изотопов и разработка методов их применения – к созданию р а д и о х и м и и. Изотопный метод используется не только в X. и химич. пром-сти, но и в биохимии, физиологии и медицине. H е ф т е х и м и я, служащая основой для пром. переработки нефти, опирается на органич. катализ. X. высоко-м о л е к у л я р н ы х с о е д и н е н и й смыкается с пром-стью полимеров. Наконец, ?. природных соединений привела к получению мощных лекарств, средств (витаминов, антибиотиков, алкалоидов, гормональных препаратов и т.д.). Совр. X. характеризуется возникновением и разработкой новых дисциплин на стыке X. с физикой, биологией, геологией. Химия и философия. В древности взгляды на превращение веществ и изменения их свойств основывались на натурфилос. представлениях о первоэлементах и первоначалах мира. Особенно большое влияние на эти взгляды оказала натурфилософия Аристотеля и Эмпедокла. Когда X. (точнее – алхимия) приобрела автономное существование, она сохранила ту же натурфилос. основу объяснения химич. превращений. Однако на мировоззрение алхимиков оказали значит. влияние и различные мистич. учения, приведшие к превращению алхимии в "тайную науку" и сближению ее, в лице нек-рых представителей, с астрологией и магией. Еще у Парацельса, основоположника ятрохимии, сохраняются довольно ясные следы натурфилос. учения об элементах, постепенно исчезающие у его последователей, уступая место чисто эмпирич. обобщениям. В работах Бойля, положивших начало совр. X. и основанных на утверждении настоящего экспериментального метода исследования, явно ощущается влияние философии эмпиризма (см. М. Джуа, История химии, М., 1966, с. 88). Вместе с тем отвлеченная натурфилос. атомистика, не оказавшая прямого влияния на разработку атомно-молекулярной теории, а лишь создавшая для нее идейные предпосылки, впервые нашла приложение к объяснению химич. фактов в корпускулярной теории Бойля. Правда, у современников Бойля атомистика связана с сильными элементами спиритуализма. Еще в ср. века атомистика, став предметом осуждения со стороны церкви, сама апеллировала (в т.ч. даже у Дж. Бруно) к духовному началу. И эта тенденция сохранилась: напр., согласно Кедворту (1617–88), движение атомов регулируется "духовным формообразующим посредником". Период господства теории флогистона свидетельствует не об отрицат. влиянии к.-л. конкретной формы философии на X., а о недостаточной разработанности эксперимен-тального метода и вытекающем из этого неумении делать строгие выводы, основанные на наблюдениях и опытных фактах. Победа над теорией флогистона кислородной теории Лавуазье – это прежде всего победа более совершенного экспириментального метода. Экспериментальная проверка и доказательство гипотез и теорий после Лавуазье стали неотъемлемой частью методологии X. Вместе с Лавуазье в X. окончательно утвердились количеств. методы исследования (впервые введенные в X. еще в середине 18 в. Блэком и другими химиками), а следовательно, и математич. обработка результатов экспериментов. Во времена Лавуазье Рихтер открыл закон эквивалентов – первый из стехиометрия, законов X. Тем самым опровергалось мнение Канта о том, что X. не поддается математич. обработке. Долгое время применение математики в X. ограничивалось самым элементарным уровнем. В 19, а особенно в 20 вв., по мере сближения X. с физикой, в X. стал применяться математич. аппарат теоретич. физики. В наст. время уровень формализации в X. открывает возможность применения кибернетич. устройств для управления химич. процессами. В 1-й пол. 19 в. в X. проникли витализм и агностицизм, и мн. химики, в т.ч. Берцелиус, утверждали, что полный химич. синтез (т.е. синтез из элементов) органич. соединений невозможен, потому что он осуществляется в живых существах лишь при помощи "жизненной силы". Учение о жизненной силе было опровергнуто в результате ряда открытий, начиная с синтеза мочевины, осуществленного в 1828 Велером, и особенно синтезов жиров, углеводородов и др. органич. соединений (Бертло, 50-е гг.). Однако нек-рые химики продолжали считать, что "внутр. конституцию" (пространств, строение молекул), по крайней мере методами X., раскрыть невозможно. Напр., Кольбе писал (в 1863), что он "...заранее считает тщетными все попытки определить пространственное положение атомов в соединении" (цит. по кн.: Бутлеров А. М., Соч., т. 1, 1953, с. 568). В целом отрицание возможности познать внутр. строение химич. соединений (вплоть даже до изгнания из химич. теорий понятия атомов и замены его эмпирич. понятием эквивалентов) во многом обязано своим происхождением контовскому позитивизму. Под флагом "химич. реализма", а в действительности с позитивистских позиций борьбу против теории химич. строения вели Бертло, Меншуткин и нек-рые другие ее противники. Бутлеров характеризовал их позицию как "химич. нигилизм", указывая, что мы имеем "...не только право, но и обязанность говорить о наших частицах (т.е. молекулах. – Ред.) и атомах со всеми их отношениями как о существующих на деле и сохранять при этом уверенность, что суждения наши вовсе не будут отвлеченностями без реальной подкладки" (там же, с. 423). Химики 19 в. в осн. массе были стихийными материалистами. Большое влияние на них оказывал механистич. материализм. Это влияние сказалось и на либиховской теории катализа, и на попытке Менделеева трактовать природу химич. соединений с т. зр. третьего закона Ньютона. Но уже тогда у химиков возникала идея о том, что химизм – это движение, но особого рода, отличающееся от движения материальных частиц, свойственного, напр., теплоте или свету [см. В. В. Марковников(1872), в кн.: Избр. труды, 1955, с. 287–88]. В трудах химиков обнаруживались и элементы метафизич. подхода. Одним из проявлений этого были попытки установить непроходимую грань между органич. и неорганич. соединениями (с чем было связано даже существование различных систем определения их молекулярных весов), а также попытки утверждать, что атомы – это неделимые, последние частички вещества, и что количество элементов неизменно. Однако все эти "пределы", накладывавшиеся на природу, рано или поздно отбрасывались развитием самой X. На этой основе в X. все более проникал диалектич. метод мышления (одним из стихийных диалектиков был, напр., Бутлеров). Но все же таких химиков было мало. Характеризуя место X. в системе наук, Энгельс писал: "Называя физику механикой молекул, химию – физикой атомов и далее биологию – химией белков, я желаю этим выразить переход одной из этих наук в другую, – следовательно, как существующую между ними связь, непрерывность, так и различие, дискретность обеих" (Маркс К. и Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 20, с. 567). Идеи Энгельса оказали непосредств. влияние на Шорлеммера, а через него и на др. химиков. В 20 в. на мировоззрение ряда химиков влияют различные школы неопозитивизма и прагматизма. Это особенно обнаружилось после возникновения квантовой механики и попытки поставить в этой связи под сомнение принцип причинной обусловленности явлений микромира. Принцип полезности и удобства, заимствованный из прагматич. философии, у нек-рых химиков выступил как суррогат критерия истины. Напр., амер. химик Уэланд пишет: "Идея резонанса является умозрительной концепцией в большей степени, чем другие физические теории. Она не отражает какого-либо внутреннего свойства самой молекулы, а является математическим способом, изобретенным физиком или химиком для собственного удобства" ("Теория резонанса и ее применение в органич. химии", М., 1948, с. 49). Теория резонанса, как это видно из ряда совр. руководств по теоретич. и органич. X., в целом отошла в прошлое, но "ограниченная форма резонанса" сохранилась в широко применяемом ныне понятии "гибридизации" атомных орбит. Характерно, что в совр. лит-ре но теоретич. X. гибридизацию нередко относят к чисто искусств. понятиям, к-рые стали необходимыми вследствие неспособности химиков вычислить распределение электронов точно и более прямым путем (т. зр. Дьюара – см. Г. В. Быков, История стереохимии органич. соединений, 1966, с. 248–49). Методология совр. X. включает в себя трактовку и обоснование с определенных философских позиций методов установления истины в X. В наст. время проделана большая работа по анализу проблем методологии X. с позиций материалистич. диалектики. Эта работа привела к постановке ряда дискуссионных вопросов, отражающих сложный, противоречивый характер развития самой химич. науки. К ним относятся следующие: 1) Определение места X. в системе наук и ее взаимосвязи с др. науками. В этом смысле особенно важен анализ взаимосвязи X. с физикой и биологией. Исследование взаимосвязи X. с той или иной науч. дисциплиной, проводимое с позиций установления однозначной связи между к.-л. областью знания и соответствующей ей по определению формой движения материи, наталкивается на заметные, с исторической т. зр. вполне понятные, трудности; это заставляет нек-рых авторов прибегать к искусств. построениям, напр. к введению дисперсной и сорбционной форм движения материи, т.е. к необоснованному постулированию новых форм движения. 2) Определение структуры самой X., т.е. классификация химич. наук, выяснение тенденций в их развитии, включая его количеств. характеристики (напр., по подсчетам амер. авторов, количество науч.-технич. информации в области X. увеличивается вдвое каждые 13 лет). В этой части методология X. смыкается с науковедением. 3) Изучение теоретич. аппарата X. с учетом его особенностей, в частности совр. теоретич. X., нельзя подвергнуть такой формализации, к-рая имеет место в математике или логике. Методологич. исследования в X. включают в себя по преимуществу содержательный (в т.ч. исторический) анализ соответствующих понятий и принципов. Это предполагает: а) Изучение системы понятий с т. зр. их непротиворечивости (напр., понятие химич. связи, строго говоря, противоречит квантовой механике, к-рая составляет теоретич. основу совр. представлений химиков о строении вещества), перекрывания ими друг друга, их необходимости, их происхождения (способа и условий введения в науку), соответствия их связанным с ними терминам и т.д. б) Изучение в том же плане положений, составляющих в своей совокупности теорию к.-л. области X. в) Изучение типологии теоретич. положений, способов их введения и критериев их истинности. В качестве осн. критерия истинности нередко указывают на практику, подразумевая под ней лабораторный эксперимент и упуская из виду, что практика в этом смысле может подтвердить различные взаимоисключающие взгляды. Один из путей доказательства истинности гипотез в современной теоретич. X. основывается на расчетах; однако их результаты далеко не всегда могут быть убедительно и прямо сопоставлены с экспериментом. г) В X. широко применяются эмпирич., полуэмпирич. и теоретич. соотношения, выражаемые как в виде качеств. зависимостей, так и аналитически – в виде алгебраич. формул или уравнений. Удельный вес каждого из этих типов соотношений, границы их применимости и общая роль в совр. X. также составляют предмет методологич. исследования. Наконец, задачей такого исследования является изучение моделирования в X. Лит.: Периодич. закон Д. И. Менделеева и его филос. значение. Сб. ст., М., 1947; Быков Г. В., О научном методе А. М. Бутлерова, "ВФ", 1955, No 6; Кедров Б. М., Эволюция понятия элемента в X., М., 1956; его же, Классификация наук, кн. 1–2, М., 1961–65; его же, Предмет и взаимосвязь естеств. наук, М., 1967; Жданов Ю. ?., Критерий практики в химии, в кн.: Практика – критерий истины в науке, М., 1960; его же, Обращение метода в органич. химии, Ростов н/Д., 1963; Шахпаронов М. И., Химия и философия, М., 1962; Противоречия в развитии естествознания, М., 1965, с. 217–75; Методологические проблемы современной химии. Сб. переводов, М., 1967; Кузнецов В. И., Эволюция представлений об основных законах химии, М., 1967; Bloch E., Einflu? und Schicksal der mechanistischen Theorien in der Chemie, в сб.: Studien zur Geschichte der Chemie. Festgabe O. von Lippmann, В., 1927, S. 204–17; Jacques J., Le vitalisme et la chimie organique pendant la premi?re moiti? du 19 si?cle, "Revue d´histoire des sciences", 1950, v. 3, No 1, p. 32–66. Г. Быков. Москва.