<<
>>

Химия Лавуазье и Дальтона


Для химии XIX в. (химии Лавуазье и Дальтона) группа понятий, входящих в модельную часть теоретической части ее ЯРН, существенно сложнее, чем в физике, — их существенно больше и связи их многообразнее.
Первая тройка состоит из понятий химических атомов, химических связей и химических соединений, где химические соединения представляют собой ансамбли определенным образом связанных между собой атомов (простейший пример — химическая молекула, более сложные случаи см. в [Зоркий, 1996]). К этим трем понятиям добавляется понятие идеального «химического вещества», которое характеризуется нО'

бором свойств произвольной природы. Химические вещества — это гомогенные или гетерогенные (коллоиды и др.) вещества в различных фазах, отличающиеся друг от друга разнообразными химическими (способностью превращаться друг в друга) и нехи- мическими свойствами. Спектр свойств весьма широк: от неопределенных, опирающихся на человеческие чувства вкуса и запаха (характерные для периода становления химии) до очень четко и точно количественно измеряемых физических свойств (превалирующих сегодня). Список свойств открыт и постоянно увеличивается. Эти свойства играют роль измеримых величин и задаются операционально (они в основном внешне заданы по отношению к теоретической части химии). Химия стремится к установлению однозначного соответствия между набором свойств химического вещества и системой химических атомов и связей, определяющих химическое соединение (это отражают многомерные диаграммы состав — структура — свойства).
Связь между идеальными химическими веществами и отвечающими им соединениями вводится посредством еще двух важных взаимоопределяемых понятий: простого и составного вещества. Связь простого вещества с понятием химического атома, определяемого как минимальное количество простого вещества, обладающего всеми свойствами этого вещества, осуществляется в рамках следующей схемы. Выделяется множество «простых веществ (тел — body)», которые а) не разлагаются на другие вещества, б) на которые разлагаются все прочие вещества. Вещества подразделяют на элементарные (простые) вещества и соединения (в приводимой выше терминологии — составные, поскольку слово «соединение» у нас уже занято, это результат того, что разные химики пользуются здесь разной терминологией, не всегда четко разводя понятие соединения и вещества. — А.Л.). «Вещество, которое можно разложить на два или несколько других веществ, называют соединением. Вещество, которое нельзя разложить, называют элементарным веществом (элементом)», — пишет в современном учебнике химии дважды нобелевский лауреат Л. Полинг [Полинг, 1978, с. 17].
Определение элемента, или простого тела, дал еще Р. Бойль в 1661 г. Хотя он не назвал ни одного примера реального элемента в новом понимании, его определение было постепенно признало многими химиками XVIII в. Во второй половине XVIII в. суть этого понятия вполне адекватно изложена Макером: «Я положил, что будто бы все тела разрушены и приведены к самым простейшим их началам, дабы, узнав главные свойства сих первых начал, можно было по ним исследовать различные их соединения и иметь некоторое главное познание о свойствах сложенных тел, которые из соединения оных происходят».
В 1787 г. Лавуазье высказал следующее определение понятия «простое тело». По его мнению, следует называть «простыми все тела, которые мы не можем разложить, которые мы получаем в последнем итоге путем химического анализа. Несомненно, настанет день, когда эти вещества, являющиеся для нас простыми, будут в свою очередь разложены... Но наше воображение не должно опережать факты» [Фигуровский, т. I, с. 361—362]. Дальтон приводит ряд конкретных правил для выявления простых и составных тел [цит. по: Фигуровский, т. И, с. 45]: «Следующие главные правила могут быть приняты в качестве руководства во всех наших исследованиях, относящихся к химическому синтезу: 1. Если возможно получить только одно соединение (combination) из двух веществ {bodies), можно предположить, что оно будет двойным, если отсутствуют какие-либо данные, свидетельствующие о противном. 2. Если наблюдалось два соединения, следует предполагать, что они двойные и тройные...»
Через понятия простого и составного вещества вводятся понятия химического атома как минимальной порции простого вещества и химической молекулы («составного атома» Дальтона) как минимальной порции «составного» вещества (подобно тому, как была введена минимальная порция электричества).
При этом Дальтон — отец химического атомизма — исходил из модели «физического атомизма», он начинал с исследования газовых смесей. Он утверждал, что «элементарные частицы {ultimate particles) всех однородных тел (bodies) абсолютно подобны по весу, форме и т. д. Другими словами, любая частица воды подобна другой частице воды, любая частица водорода подобна другой частице водорода и т. д.» [Dalton, 1963, р. 113]. Кроме того, он конструирует модели составных атомов (молекул) из простых атомов, которые обозначает кружочками («1 атом сорта А + 1 атом сорта В = 1 атом сорта С, бинарного; 1 атом сорта А + 2 атома сорта В = 1 атом сорта D, тернарного...» [Ibid., р. 163-164])- Так выглядит его теоретическая модель. Но он описывает и конкретные эмпирические процедуры для воплощения этой химической модели в эмпирический материал, т. е. способ распознавать химическими средствами простые и составные «химические тела» [Ibid., р. 167]. В этой модели существенно, что атомы бывают разных сортов (относятся к разным элементам). Следует иметь в виду, что атомы одного сорта могут давать разные соединения за счет разного набора связей (типичный пример: алмаз и графит). Одно и то же соединение может лежать в основе разных веществ [Зоркий, 1996].
Следующим необходимым элементом исходной системы понятий является понятие химического превращения одних химических соединений (и веществ) в другие (химической реакции):
{соединения (вещества)}^ —> {соединения (вещества)^
Схема 15.1
«Если определить химическую реакцию как процесс, в результате которого одно химическое соединение превращается в другое (или некоторая совокупность соединений переходит в другую совокупность), то к числу важнейших систем базисных химических индивидов целесообразно причислйть многообразие химических реакций» [Там же]. Структура (15.1) играет в химии роль, подобную структуре {5а(Ч) —gt; SA(t2)} в физике. Химические формулы составляют соответствующий математический слой. Так выглядит теоретическая часть для химии, отвечающая схеме 7.3.
Через «химические вещества» происходит связь модельного и эмпирического слоев в химии. В определение понятия идеального химического вещества входит возможность его реализации в виде эмпирического вещества. Эмпирические вещества в виде жидкостей, газов или твердых тел, обладающих соответствующими свойствами, являются эмпирической реализацией (материализацией) «химических веществ». Эмпирические вещества — то, что «приготовляется» и «измеряется» в химии. Их приготовление и измерение (т. е. отождествление эмпирического вещества с определенным «химическим веществом» и отвечающим ему . соединением) — дело аналитической химии, которая, согласно одному из современных определений, является «научной дисциплиной, разрабатывающей и применяющей методы, инструменты и стратегии получения информации о составе (composition) и Природе (nature) веществу в пространстве и времени» [Grosser- bauer, 1997]. «Аналитическая химия — наука об определении хи

мического состава и, в некоторой степени, химического строения соединений. Алхимики XIV—XVI вв. впервые применили взвешивание и выполнили огромный объем экспериментальных работ по изучению свойств веществ, положив начало химическому методу анализа. В XVI—XVII вв. появились новые химические способы обнаружения веществ, основанные на реакциях в растворе... Родоначальником научной аналитической химии считают Р. Бойля, который ввел понятие «химического анализа»... До первой половины XIX в. аналитическая химия была основным разделом химии», — пишет в статье «Аналитическая химия» Ю.А. Золотов [Золотов, 1988]).
С помощью аналитической химии из «базового множества химических веществ и их превращений» определяется набор простых веществ, а через них — атомов и связей. В отличие от атомов, число сортов которых достаточно быстро устоялось (в химических соединениях присутствует не более 80 разных сортов атомов), множество химических связей чрезвычайно велико и продолжает расти1. Поскольку набор связей открыт, постольку в принципе открыто и «базовое множество», но практически оно в основном сформировалось уже к началу XIX в.[CCXXVI] [CCXXVII]
В результате ЯРН химии образует следующая замкнутая система совместно определяемых исходных химических понятий, отображенная на схеме 15.2 (подчеркиванием обозначен математический слой: «химические атомы» разных сортов, «химические связи», «химические соединения», «химические вещества», «простое» и «составное» вещество, изображенное горизонтальной стрелкой «химическое превращение» (химическая реакция) — в теоретической части (Т), «эмпирические вещества» — в операциональной части (ОП). Так выглядит ЯРН для химии Лавуазье—Дальтона — аналог изображенного на схеме 7.3 ЯРН для физики. Сравнение этих двух схем дает пример различий на уровне разных наук (дисциплин).

Т/
lt; {соединения}1               >

{соединения}9

{соединения=атомы+связи]

’1

{химические вещества} -j

{химические вещества} 2

(простые и составные)

(простые и составные)

!

1

ЭМ/


{эмпирические вещества} -j

{эмпирические,вещества} 2

Схема 15.2

Затем, используя определенные в рамках ЯРН атомы и связи, создается расширяющееся множество химических соединений и соответствующее расширяющееся множество химических веществ (это отвечает ВИО-типу работы). Как мы уже говорили выше, этот цроцесс идет полуэмпирическим путем, но описывается с помощью химических атомов, играющих роль ПИО химии. Имея исходный набор химических атомов и связей, можно строить разнообразные химические соединения и изучать «не только химические .реакции, но и «функциональные зависимости вида р=р(Х), где X— по-прежнему химическое вещество, ар — какое-либо свойство. Это может быть и такое «химическое» свойство, как реакционная способность, и такое физическое свойство, как температура плавления или электропроводность...» [Зоркий, 1996][CCXXVIII]. 
<< | >>
Источник: Под ред. д-ра филос. наук А.И. Липкина. Философия науки: учеб, пособие. 2007

Еще по теме Химия Лавуазье и Дальтона:

  1. § 2. КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЗВИТИИ МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ ХИМИИ КАК НАУКИ
  2. ТЕМЫ ДЛЯ РЕФЕРАТОВ 1.
  3. ТЕМЫ ДЛЯ РЕФЕРАТОВ 1.
  4. Построение курса химии, ориентированного на систему понятий о химической реакции
  5. Особенности научной литературы в эпоху Просвещения.
  6. § 1.1.5. ПОСТРОЕНИЕ ШКОЛЬНОГО КУРСА ХИМИИ
  7. § 1.1.2. ФОРМИРОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ШКОЛЬНОГО КУРСА ХИМИИ И ТРЕБОВАНИЯ К НЕМУ Краткая история развития содержания школьного курса химии
  8. Библиографический список
  9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
  10. ЧУДО РЕВОЛЮЦИИ