Основные задачи и возможности современной химии

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

4.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.

5. Возникновение и развитие  научной химии

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. 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»

6.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.

7.Зарождение современной  химии и ее проблемы в 21 веке.

Конец средних веков отмечен  постепенным отходом от оккультизма, спадом интереса к алхимии и распространением механистического взгляда на устройство природы.

Ятрохимия. Совершенно иных взглядов на цели алхимии придерживался Парацельс. Под таким выбранным им самим именем вошел в историю швейцарский врач Филипп фон Гогенгейм. Парацельс, как и Авиценна, считал, что основная задача алхимии – не поиски способов получения золота, а изготовление лекарственных средств. Он заимствовал из алхимической традиции учение о том, что существуют три основные части материи – ртуть, сера, соль, которым соответствуют свойства летучести, горючести и твердости. Эти три элемента составляют основу макрокосма и связаны с микрокосмом, образованным духом, душой и телом. Переходя к определению причин болезней, Парацельс утверждал, что лихорадка и чума происходят от избытка в организме серы, при избытке ртути наступает паралич и т.д. Принцип, которого придерживались все ятрохимики, состоял в том, что медицина есть дело химии, и все зависит от способности врача выделять чистые начала из нечистых субстанций. В рамках этой схемы все функции организма сводились к химическим процессам, и задача алхимика заключалась в нахождении и приготовлении химических веществ для медицинских нужд.

Основными представителями  ятрохимического направления были Ян Гельмонт, по профессии врач; Франциск Сильвий, пользовавшийся как медик большой славой и устранивший из ятрохимического учения «духовные» начала; Андреас Либавий, врач из Ротенбурга.

Их исследования во многом способствовали формированию химии  как самостоятельной науки.

Механистическая философия. С уменьшением влияния ятрохимии натурфилософы вновь обратились к учениям древних о природе. На первый план в 17 в. вышли атомистические воззрения. Одним из виднейших ученых – авторов корпускулярной теории – был философ и математик Рене Декарт. Свои взгляды он изложил в 1637 в сочинении Рассуждение о методе. Декарт полагал, что все тела «состоят из многочисленных мелких частиц различной формы и размеров, которые не настолько точно прилегают друг к другу, чтобы вокруг них не оставалось промежутков; эти промежутки не пустые, а наполнены... разреженной материей». Свои «маленькие частички» Декарт не считал атомами, т.е. неделимыми; он стоял на точке зрения бесконечной делимости материи и отрицал существование пустоты.

Одним из виднейших противников  Декарта был французский физик  и философ Пьер Гассенди.

Атомистика Гассенди была по существу пересказом учения Эпикура, однако, в отличие от последнего, Гассенди признавал сотворение атомов Богом; он считал, что Бог создал определенное число неделимых и  непроницаемых атомов, из которых  и состоят все тела; между атомами  должна быть абсолютная пустота.

В развитии химии 17 в. особая роль принадлежит ирландскому ученому  Роберту Бойлю. Бойль не принимал утверждения древних философов, считавших, что элементы мироздания можно установить умозрительно; это  и нашло отражение в названии его книги Химик-скептик. Будучи сторонником экспериментального подхода  к определению химических элементов, он не знал о существовании реальных элементов, хотя один из них – фосфор – едва не открыл сам. Обычно Бойлю  приписывают заслугу введения в  химию термина «анализ». В своих  опытах по качественному анализу  он применял различные индикаторы, ввел понятие химического сродства. Основываясь на трудах Галилео Галилея  Эванджелиста Торричелли, а также Отто Герике , демонстрировавшего в 1654 «магдебургские полушария», Бойль описал сконструированный им воздушный насос и опыты по определению упругости воздуха при помощи U-образной трубки. В результате этих опытов был сформулирован известный закон об обратной пропорциональности объема и давления воздуха. В 1668 Бойль стал деятельным членом только что организованного Лондонского королевского общества, а в 1680 был избран его президентом.