История развития химии и периодизация ее развития

Вступление

      Выбор этой темы для меня не случайный. Во-первых, студенту химической специльности, я считаю, необходимо знать историю развития химии. Для меня лично, человека который интересуется и любит историю вообще, было очень интресно узнать много фактов из истории развития химической науки. Изучением этого вопроса я занялся еще в школе, когда поринул в удивительный мир химических превращений и только институтская жизнь заставила забыть про это хобби. Очень интересным для меня представлялся период алхимии, когда ученые пытались найти эликсир бессмертия и камень, способный превращать любой металл в золото. Этот и много другого интересного материала изложено в этой статье.

Возникновение химии

      Проследить возникновение химии у истоков цивилизации – задача нелегкая, но еще труднее определить характер химических знаний у различных народов. Правда, степень цивилизации народа, хотя бы и на первой ее стадии, всегда столь многосторонне проявляется в области культуры и техники, что при достаточном знании археологии нетрудно проследить за развитием отдельных искусств (применим этот термин, чтобы более строго отличать античную науку от современной).
     Однако при отсутствии следующей нити древняя история той или иной науки сведется к сумме обособленных сведений, и ссылкам на достигнутый в те времена технический прогресс и не будет представлять собой систематического изложения. Последнее возможно только тогда, когда существенную роль начинает играть общая теория, оказывающая влияние на развитие определенной науки. Что касается химии той эпохи, то возникает вопрос: искусство это или наука [1].
      Два самых глубоких исследования по истории химии Бертло и Штрунца позволяют принять первую альтернативу. Химией в древности называли искусство превращать обыкновенные металлы в золото или серебро или их сплавы. Название это, вероятно, произошло от египетского слова хам или хеми, что означало Египет, а также «черный». Происхождение названия «химии», таким образом, еще окончательно не выяснено, и проще понимать под химией «искусственное приготовление золота и серебра», как и Свиды в Энциклопедии 11 века, в которой собрано все, что сохранилось в преданиях по существу этого вопроса. История египетской цивилизации и, в частности, привелегии жреческой касты на опекание тех ремесел, которые представляли особый интерес для сохранения и увеличения богатства, позволяют предполагать, что химическое ремесло возникло в Египте. Так или иначе, совершенно ясно, что если, как утверждает Вико, наводнения на Ниле привели к разработке в Египте геометрии, выросшей из землемерия, то и возникновение химии может быть приписано практическому стимулу.
      Не таким ясным представляется нам возникновение химического ремесла у эллинов, скрытое неожиданно великим духовным развитием, достигнутым в античности изумительным народом Греции. Несмотря на это, в сочинениях Платона, Аристотеля, Теофраста, Плиния и других легко найти свидетельства о некоторых химических знаниях у этого народа. Греческая цивилизация не могла отнестись с полным пренебрежением к прикладным знаниям и не могла использовать материальные ресурсы для территориальных завоеваний, если бы не считалась с важной ролью техники для всей общественной жизни. Только ошибками в оценке истории можно объяснить утверждения современных исследователей эллинизма, будто греки не придавали значения практическим знаниям [2]. Но разве смогла бы греческая цивилизация укрепиться и вести победоносную вооруженную борьбу с народами, знакомыми с приложениями различных технических процессов?
      Персы также были не только воинственным народом, потому что знали различные приложения металлургии, гончарное ремесло и т. д. В войнах между греками и персами техника обеих сторон не была заимствована у других народов. Дальнему Востоку также была известна практическая химия; в Индии химия получила такое же развитие, как в Египте и Греции. Вероятно, то же можно сказать и о Китае, потому что знакомство с порохом и крашением выдвинуло китайский народ на одно из первых мест в практической химии древности.
      Алхимия, которая дала начало алхимическому периоду, характеризуется стремлением превратить неблагородные металлы в благородные и представляет поэтому первую попытку рационализировать совокупность знаний на основе общего принципа. Однако с алхимией мы отчасти вступаем в область загадок и присутствуем при создании мифов. В то время как некоторые приверженцы алхимии вели начало своего искусства от Книги бытия, а проще – от эпохи «всемирного потопа», другие связывают происхождение алхимии с Гермесом Трисмегистом, который стал таким образом «трижды величайшим» основателем священного искусства.
      Подобно Изиде, Серапису, Митре и другим, мифическая фигура Гермеса Трисмегиста свидетельствует о некоей связи между религией и магией. И вот химия сделалась герместическим искусством, а позднее спагирическим искусством.       В новую эпоху обнаружилась тщетность стремлений алхимиков, в особенности благодаря успехам техники (первые великие поборники прикладной химии, такие, как Бирингуччо, Палисси, Глаубер, жили в 16 веке), и химия стала все более и более приобретать самостоятельный характер, поскольку она начала рассматриваться (Парацельсом в ятрохимический период) как вспомогательная медицинская наука.
      С середины XVII в. примерно до последней трети XVIII в. с расширением теоритических и практических сведений сначала под влиянием пневматологии (учения о газах), а затем теория флогистона в химии начал вырабатываться единый взгляд на химические процессы и использоваться экспериментальный метод, основателями которого в 17 веке были Галилей, Ньютон, Гюйтенс, а также пневматолог и химик Бойль.
      Но только к концу 18 века, начиная с Лавуазье, эта наука приняла свой настоящий характер, заключающийся в экспериментальном изучении тел. С 19 века химия окончательно выступает как самостоятельная наука, хотя и связанная с другими отраслями естествознания; в этом веке химия, используя достижения физики, механики и математики, совершила переход от эмпиризма к рациональности.
      Атомная теория Дальтона, молекулярная теория Авогадро и все более широкое применение в химии математики в первую очередь способствовали этому переходу. Возникновение теории электролитической диссоциации Аррениуса (1887) ознаменовало, по словам Джонса, новую эру в химии. Применение в химии принципов термодинамики и теории фаз Гиббса для гетерогенных равновесий (которая, кроме других заслуг, имеет еще и ту, что она способствовала развитию современной металлографии), расширение теории химического сродства и разработка третьего начала термодинамики, или тепловой теоремы Нериста,- все эти завоевания науки формировали новое лицо химии.
      Еще нельзя предвидеть развитие, которое получит старое понятие валентности под влиянием электронной концепции вещества, создание которой составляет заслуги Томсона, но открытие в конце пазапрошлого века радиактивности, а затем открытие супругами Кюри радия революционизировало почти все естественные науки. Возникновение под влиянием квантовой теории Планка (1900) атомной физики создало для химии новые проблемы и расширило поле исследований. В настоящее время нельзя провести четкой границы между предметом химии и физики, и самые тонкие физические методы оказываются полезными при решении химических задач. Напомним в связи с этим об изучении кристаллической структуры с помощью рентгеновских лучей, что привело Брэгга к воссозданию истинной архитектуры вещества в твердом состоянии, о применении самых различных физических методов к изучению структуры макромолекул и о многих, многих других успехах, достигнутых в последние десятилетия, чье перечисление увело бы нас в чащу деталей их истории химии.
      К концу прошлого века Оствальд противопоставил энергию материи, признавая реальность только за первой и предлагая очистить химию от атомно-молекулярных представлений: теории фаз и понятия энергии, по его мнению, будут достаточны для истолкования любого химического процесса. Ныне, наоборот, материя и энергия рассматриваются как две реальности, которые химия изучает, в согласии с физикой, пользуясь рациональным методом, предписанным математикой. Вскоре будут говорить о «рациональной химии» как о действенной ветви физико математических наук. И это будет логичным завершением долгого периода возмужания, который неизбежно приводит все естественные науки к рационализму, обобщающему эмпирические данные, хотя и представляющие собой первое приобретение экспериментального метода, но не составляющие конечной цели научного исследования.

Периодизация истории химии

     Охватить взглядом историю химии с самых отдаленных времен до современной эпохи нелегко, если не прибегнуть к подразделению на периоды. Такая периодизация имеет как мнемонический, так и дедактический смысл и поэтому принята всеми историками науки. Конечно, разделение на периоды не следует переоценивать, потому что науку нельзя расчленить в ее историческом развитии, а также и потому, что отдельные периоды сливаются либо с предыдущими, либо с последующими, а иногда и c теми и другими одновременно.
     В соответствии с классификацией, принятой большей частью историков химии, мы различаем следующие эпохи [4]:
1. Период предалхимический – от начала цивилизации до 4 века нашей эры. Этот период отличается отсутствием понятий, обобщающих приобретенные практические знания, передававшиеся по традиции из поколения в поколение кастами жрецов.
2. Период алхимический – с 4 века нашей эры до 16 века. Он характеризуется, кроме веры в магическую силу философского камня, поисками эликсира долголетия, алкагеста, или универсального растворителя, а также созданием мифов, из которых знаменитым стал миф о Гермесе Трисмегисте. Алхимический период можно в свою очередь разделить на подпериоды, которые обозначаются именами народов, практиковавших «превращение» неблагородных металлов в золото или серебро. Имеются, таким образом, алхимия египетская, греческая, арабская, раннего и позднего средневековья, натуральной магии и т. д.
3. Период объединения химии охватывает 16, 17, 18 вв. и состоит из четырех подпериодов: ятрохимии, пневматической химии , теории флогистона и антифлогистической системы Лавуазье.
      Подпериод ятрохимии, заканчивающийся во второй половине 18 века, характеризуется трудами Парацельса и идеей присоединения химии к «великой матери» – медицине, на которую смотрели как на универсальную науку. В течении этого подпериода родилась настоящая прикладная химия, которую можно рассматривать как начало современной промышленной химии, поскольку в этот период развивались металлургия, производство стекла и фосфора, искусство перегонки и т. д.
      Подпериод пневматической химии характеризуется исследованием газов и открытием газообразных простых тел и соединений. Кроме Бойля, открывшего известный закон зависимости объема газа от давления, с пневматологией связаны имена Блэка, Кавендиша, Пристли, Фонтаны и др. Все эти великие химики, за исключением Бойля, которого в известном отношении можно считать предвестником следующего периода, были приверженцами теории флогистона.
      Подпериод теории флогистона по времени почти совпадает с периодом пневматической химии. Он характеризуется широким распространением теории флогистона, созданной на рубеже 17 и 18 вв. Г. Э. Шталем для объяснения явлений горения и обжигания металлов. Представление о флогистоне, предшественником которого было понятие terra pinguis И. И. Бехера, быстро распространилось и почти в течении века господствовало при объяснении химических явлений. Люди выдающегося ума, как , например, Пристли и Блэк, были настолько захвачены идеей флогистона, что так и не осознали роли полученного и исследованного ими кислорода в явлениях горения и обжигания.
      Подпериод антифлогистической системы характеризуется новаторскими трудами Лавуазье, который изучая горение и обжигание, не только выяснил и сделал очевидной для других роль кислорода в этих явлениях, разрушив тем самым основу теории флогистона, но также внес четкость в понятие химического элемента и доказал экспериментально закон сохранения вещества.
      Период объединения химии, охватывающий эти 4 подпериода, очень важен потому, что с ним связано зарождение и упрочение химии как науки, независимой от других естественных наук.
4. Период количественных законов охватывает первые 60 лет 19 века и характеризуется возникновением и развитием атомной теории Дальтона, атомно-молекулярной теории Авогадро, экспериментальными исследованиями по определению атомных весов, установлением и обоснованием правильных атомных весов, разработкой атомной реформы Канниццаро с его точными формулировками основных понятий: атом, молекула, эквивалент.
5. Современный период длится с 60-х годов 19 века до наших дней. Это золотой период химии, потому что в течении немногим более века были разработаны периодическая классификация элементов, представление о валентности, теория ароматических соединений и стереохимия, углубились методы исследования строения веществ, были достигнуты огромные успехи в синтетической химии, и было также подготовлено уничтожение всяких преград между инертной и живой материей. Кроме этих достижений химии, следует напомнить об исследовании химического средства (теорема Нериста), о теории электрической диссоциации Аррениуса, о термодинамической трактовке химических процессов, об открытии радиоактивности и создании электронной теории материи, о понятии изитопии элементов, возникновение атомной физики, о ядерных реакциях, которые, казалось, возродили древнюю мечту алхимиков и которые во всяком случае лучше выражают идею превращения элементов, поскольку в ходе этих реакций вещество раздробляется на электроны, протоны, нейтроны и т. д., т. е. yа частицы, меньшие, чем атомы.
      В современный период поле химических исследований значительно расширилось, так что отдельные ветви химии – неорганическая химия, органическая химия, физическая химия, фармацевтическая химия, химия пищевых продуктов, агрохимия, геохимия, биохимия, ядерная химия и т. д. – приобрели признаки независимых наук. Вот почему перед историком этого периода стоит проблема отделения их истории от общей историй химических теорий.

Химические знания в предалхимический период

Теоретические представления древних о природе

      Когда в истории химии упоминаются теоретические представления древних о природе, мысль тотчас обращается к греческой атомистике, являющейся самой важной материалистической системой, оставленной античной философией, и к учению об элементах Эмпедокла и Аристотеля. Более глубокий анализ этой проблемы позволит нам избежать тех ошибок, которые иногда допускают, оценивая эти представления с современной точки зрения. В химии господствует атомная теория и теория об элементах, которые, если рассматривать их изолированно и отвлеченно, могут казаться подобными тем, какие были у древних. А поскольку атомная теория и понятия об элементах лежат в основе всех химических знаний, то отсюда делается вывод, что и в древности атомистика и учения об элементах также составляли ядро естественной науки, аналогичной той, которая в настоящее время называется химией и физикой. Нет ничего более ошибочного. Если в истории математики есть указания на логическую разработку различных математических проблем древними, если из истории медицины известны также аналогичные проблемы, то этого нельзя сказать о химии, которая как наука в древности не существовала. Математика и медицина получили в древности соответствующее развитие, потому что были ясны цели, к которым они стремились, однако не так обстояло дело с химией, представлявшей собой лишь собрание немногих сведений практического характера.
      В связи с греческой атомистикой и представлениями Эмпедокла и Аристотеля об элементах встает вопрос: почему возникновение таких понятий не привело к углублению хим. знаний о веществе? Ответ заключается в том, что эти понятия не легли в основу хим представлений, так как носили слишком абстрактный характер вследствии метафизического подхода, противоречащего научному истолкованию действительности. Между атомистикой греков и химической атомистикой имеется коренное различие, которое можно понять и оценить, только если рассмотреть различие между эмпирическими и абстрактными понятиями или же между естественнонаучной и формальной логикой.
      Эти соображения имеют значение для области эпистемологии, но не культуры; греческая атомистика и представления Эмпедокла и Аристотеля об элементах в этом отношении имеют большую ценность. Прежде чем привести некоторые исторические подробности, попытаемся осветить в общих чертах постановку вопроса об атомах и элементах в античной Греции.
      Атомистические системы греков, как Демокрита, так и Эпикура, отражают материалистический взгляд на природу, который можно также опредилить как метафизический материализм. Атом положен в основу строения материи, если понимать подматерией все, что воспринимается нашими чувствами. Более детерминистична система Демокрита, который, основываясь на принципе причинности, разлагает на составляющие каждую вариацию в движениях атомов; менее материалистична система Эпикура, который, связывая движения атомов со свободой воли, тем самым признает духовное начало, плохо с материализмом атомистов, последователей Демокрита.
      Учение Эмпедокла об элементах не связано с атомизмом и восходит к космогогии. В основу этого учения были положены взгляды Фалеса, считавшего первоначальным элементом вещей воду, Гераклита, Анаксимена и Ферокида, которые считали первоначальными элементами соответственно огонь, воздух и землю. Эмпедокл рассматривал эти четыре элемента возникающими из единого первоначального вещества и считал, что, исходя из них, можно объяснить различие вещей. В аристотелевской системе эти элементы служили для истолкования природы. Для каждого элемента характерно два из четырех свойств, обнаруживающихся осязанием: тепло, холод, сухость, влажность. Так, огонь – сухой и горячий, воздух – теплый и влажный, вода – влажная и холодная, земля- холодная и сухая. Наблюдающееся в мире разнообразие связано с вариациями, которые обнаруживаются в этих элементах и их свойствах. Один элемент может превращаться в другой, что доказывается, по Аристотелю, опытом. Действительно, вода может превращаться в воздух и землю, потому что их общим свойством является влажность.
      Сверх этих четырех элементов Аристотель ввел пятый, эфирной, духовной природы, который проникает во все вещи. Каждому очевидно, насколько такая атомистика и такие понятия об элементах отличаются от современной атомистики и учения об элементах. Но необходимо дать более подробное описание представлений древних об атомах и элементах, что позволит выяснить некоторые проблемы, тесно связанные с алхимической практикой в средние века [5].

Начало атомистики

      Сведения о возникновении атомной концепции носят противоречивый характер. Некоторые исследователи утверждают, что свое начало атомистика ведет от истоков китайской цивилизации, однако точно не установлено, было ли знакомо китайцам собственно атомное учение. И тем не менее весьма вероятно, что обснование своих представлений р сущности мира они разработали учение об элементах. Согласно Мабильо, попытки обнаружить начало атомистики в Китае, Финикии, Персии и в том же Египте не представляют никакого интереса, поскольку у этих народов не было в полном смысле слова самостоятельных философских систем.
      Только в Индии физика и метафизика могли получить развитие независимо от религиозной догматики. И именно здесь учение об элементах появляется в различных системах, из которых самая известная – это система Санкхья. В этой системе эфир рассматривался как вещество, составляющее основу вещей.
      Греческий атомизм. Основателями атомизма в Греции были Левклипп и Демокрит, но когда они разрабатывали свою систему, греческая философская мысль уже развивалась в трех школах: ионической во главе с Фалесом, Анаксименом и Анаксимандром, пифагорейской и элейской во главе с Ксенофаном и Парменидом.
      Атомистическое учение основывается на четырех фундаментальных постулатах: 1)существование пустоты; 2)множественность сущего; 3)возможность изменения и; 4)существование движения.
      Тем не менее, поскольку материя представляется нашим чувствам в различных видах и формах, а Демокрит считал реальным только то, что было доступно нашим чувствам, понятие о бесчисленных атомах, положенное в основу конституции материи, должно было включать в себя и различие между атомами. И, таким образом, Демокрит мог говорить о величине , форме и весомости атомов. Согласно Целлеру, в системе Демокрита принимается, что атомы ,будучи весомыми, обладают одним и тем же удельным весом, так как разница в весомости выводится из разницы в их величине. Об этом сказано не совсем ясно – понятия массы и веса тела, во всяком случае, могут быть истолкованы так, что все атомы, происходя из одной и той же первичной материи, обладают различным весом в соответствии со своей формой и величиной. В связи с такой точкой зрения следует сослаться на мнение Филопона о том, Что Демокрит считал самые маленькие атомы сферическими потому, что при такой форме атома одна и та же масса занимает наименьшее пространство.
      Одна из отличительных сторон атомистической системы Демокрита состоит в допущенном существовании пустоты. Как следствие отсюда вытекает понятие о непрерывности материи. Другой важной стороной этой системы является отстаивание принципа причинности. Как справедливо утверждает Мильо, «из всех физиков древности Демокрит, по-видимому, наиболее твердо отстаивает обусловленность результатов причинами». В своем движении атомы сталкиваются, что приводит к чисто механическим явлениям.
      Виндельбанд, считающий Демокрита одним из основателей великих философских систем, так объясняет быстрое исчезновение его школы: «Чисто теоритический подход к науке, которого придерживался Демокрит, не мог приобрести симпатии у его современников; его школа после него вскоре исчезла» [6].

Учение об элементах

      Учение об элементах, которое развивалось в греческой натурфилософии после ионического и элейского периодов, относится к истории философии. Но поскольку можно рассматривать физическое содержание этого учения, ему следует уделить место в истории химии. Если мы ставим проблему познания материи как объективной реальности, то можно найти два решения, независимые друг от друга. Считая материю единой, различные превращения ее можно истолковать, во-первых, принимая существование первичных качеств, что греческая мысль и положила в основу представлений о явлениях природы к концу элейского периода; во-вторых, принимая существование некоторого числа элементов, обладающих всеми особенностями, которые может проявлять материя, - это принцип, из которого исходил Анаксагор. Он принимал делимость материи до бесконечности . Образ его мыслей можно понять только как противопоставление традициям ионической и элейской школ, как отрицание в первую очередь концепции Героклита. Согласно Анаксагору, материя находится в состоянии покоя. Но поскольку нельзя отрицать эмпирического движения, Анаксагор вводит разумное начало,нус, свободное от какой-либо материальной основы. В одном из фрагментов, оставшихся от сочинений Анаксагора, разъясняются атрибуты нуса: «Только нус бесконечен, действует сам по себе, без смешения с чем либо другим; он существует сам по себе, а в смеси с чем либо другим он входил бы во все вещи, составляя во всем часть всего, как я уже говорил… Из всех вещей он самая тонкая и чистая; нус обладает полным знанием всего и у него самая большая сила. Все одушевленные существа, большие и малые, приводятся им в действие».
      Анаксагор считает Вселенную безграничной и материю образованной смесью также бесконечных элементов. Эти элементы, по-видимому, соответствуют физическим свойствам материи, а не атомам. Он утверждает, что при сосредоточении вместе качеств, таких, как влажность, сухость, холодность, теплота, свет, тьма, образуются как земля, так и эфир.
      Другой сторонник теории элементов Эмпедокл принимал существование четырех основных элементов: воды, земли, воздуха и огня, не переходящих друг в друга. Различие форм материи обусловлено разными количественными соотношениями этих четырех элементов, причем во всех процессах соединения и разложения принимают участие два начала, любовь и вражда, имеющие абстрактный характер. Они действуют как силы, соединяющие и разъединяющие.
      Представление об элементах было сохранено также Платоном и Аристотелем в их физике. Платон в «Тимее» «в самой всеохватывающей попытке синтеза всех знаний и фундаментальных вопросов относительно сущности мира и нашей сущности» приводит четыре элемента Эмпедокла, которые, однако, рассматривает как четыре состояния материи. Аристотель к четырем элементам Эмпедокла добавляет пятый.
      Представления Аристотеля об элементах имели небольшое значение для химии, но следует полагать, что с ними связаны два факта, которые во время алхимического периода приобрели огромное значение. Первый из них – это возможный вывод из представлений об элементах Аристотеля идеи трансмутации неблагородных металлов в благородные. Второй относится к введению пятого элемента, который в средние века, в смысле, отличающемся от приписанного ему Аристотелем, получил название «квинтессенции»(«пятой сущности») [7].

Литература

1. Азимов А. А. Краткая история химии.- М.: Мир, 1983. 187 с.
2. Соловьев Ю. И. История химии. Развитие химии с древнейших времен до конца XIX века.- М.: Просвещение, 1983. 386 с.
3. Соловьев Ю. И., Трифонов Д. Н., Шамин А. Н. История химии. Развитие основных направленийсовременной химии.- М.: Просвещение, 1984. 335 с.
4. Фигуровский Н. А. История химии.- М.: Просвещение, 1979. 311 с.
5. Джуа М. История химии.- М.: Мир, 1966. 452 с.
6. Штрубе В. Пути развития химии.- И: Мир, 1984. тт.1-2.
7. Левченков С. И. Краткий очерк истории химии.- Ростов н/Д: РГУ, 2006. 112.

Рекомендуемые ссылки

1. Краткий очерк истории химии
2. АЛХИМИК - кунсткамера
3. Музей архив Д. И. Менделеева (СПбГУ)