Значение химии в истории человечества крайне велико. На сегодняшний день эта научная дисциплина имеет множество объектов и приемов исследования, благодаря которым возможна окружающая нас действительность. Достижения в области химии позволяют получать высокопрочные материалы и разрабатывать новейшие лекарства, которые могут спасти тысячи жизней, вести исследовательскую деятельность в смежных науках.

Сейчас известно свыше полутора десятков миллионов соединений, каждое из которых способно вступать в многочисленное число реакционных взаимодействий. Однако таким разнообразием химических веществ и сведений о них человечество владело не всегда. Химия на сегодняшнем этапе своего развития - это следствие ранее полученных и тщательно структурированных знаний.

На протяжении всей истории химии к ней относились весьма специфично. Одни считали данную науку помощью человечеству выйти на новую ступень своего развития, другие - лишь магическими силами. За нее в средневековье сжигали на кострах. История возникновения химии будет рассмотрена более подробно. Выделим ключевые исторические моменты, способствующие дальнейшему развитию данной науки.

Становление химии в античном полисе

Существует множество теорий, которые гласят, что история развития химии началась на рубеже нашей эры. Случилось это при развитии умений и возможности получать сплавы. Как результат, отмечают появление в скором времени первых фармацевтических средств, создание керамики.

Однако отчетливо увидеть отправную точку в истории возникновения химии можно, очутившись в древнегреческом государстве. Именно здесь Софисты в пятом веке нашей эры исследуют новую позицию человек-космос, благодаря чему приходят к удивительному заключению, что для преобразования окружающего мира человеку необходимы подручные средства. В это же время появляется атомистическая картина мира Демокрита, который проповедовал людям, что все окружающие нас объекты состоят из мельчайших частиц. Впоследствии эти частицы получат название атомы.

Безусловно, в рамках античного мира такое заявление было сродни фантастической идее, таким образом, всерьез Демокрита мало кто воспринимал. Однако на рубеже нового времени к его теории возвращались не раз многие деятели исторической науки как к основной точке в истории возникновения химии.

Зарождение алхимии

Про Великого Александра известно много, в частности то, что у него имелась самая большая библиотека древнего мира. Именно поэтому основной научный центр ко второму тысячелетию до нашей эры формируется в Александрии - есть мнение, что история органической химии началась именно отсюда. Именно в этом городе зарождается удивительная человеческая деятельность - алхимия.

Она является следующим этапом в истории химии как науки. На данной ступени были всецело соединены знания древних греков и теоретические сведения Платона, что, собственно, и отразилось в алхимии. Для алхимиков свойственен был особый интерес к металлам. Для данных веществ даже было разработано собственное структурирование на основе небесных объектов. Так, серебро в визуальном плане изображали как Луну, железо - в форме Марса. Такова была история развития органической химии.

В результате того, что культура античного времени была всецело погружена в религиозное мышление, и у алхимии существовал свой божественный покровитель - Тот. В это время появляются первые произведения, освещающие научные поиски и место человека в мире. История развития химии начинает обогащаться событиями. Отшельник-исследователь Болос родом из полиса Мендеса написал трактат «Физика и мистика», который стал результатом его долгих скитаний и отразил в себе описание известных металлов и драгоценных камней, их свойства и практическую значимость для человека.

Известный многим алхимик Зосим Панополит в своих многочисленных трудах рассматривал искусственные методики получения золота из металлов. Именно с этого момента история происхождения химии стала носить массовый характер. Об алхимии заговорили почти все, ею стали интересоваться различные слои населения, и всех, конечно же, привлекала мысль добычи золота и вечной жизни. История химии, кратко представленная в нашем материале, - это то, что в те времена знали все ученые, которые хотели чего-то добиться.

Открытие амальгама

Дальше многих в алхимии прошли египетские исследователи, которые не просто фиксировали различные металлы, но и отыскивали руды, из которых те получались, то есть проводили опыты, не только описывали, но и исследовали действительность. Именно в Египте была открыта практическая школа добычи амальгама. Он представлял собой сплав между ртутью и металлами. Очень скоро в среде алхимиков произошел особенный всплеск, вызванный достижениями египетских исследователей. История развития химии, кратко рассмотренная нами, была снова переписана. Стали считать, что производимый египтянами элемент - ни что другое, как первичное вещество, состав нашего мира. Приблизительно в это же время происходили новые открытия в золотом течении. Было установлено, что с помощью свинца и селитры можно сделать золото еще краше и ярче.

Химические открытия на Востоке

На следующем этапе своего развития накопленный греческой школой опыт переходит в арабский мир. Тут наступает самый настоящий золотой расцвет, когда множество мусульманских исследователей активно включается в научный процесс. Ученые смогли добиться ряда новшеств: фосфор, сурьма, очень многое было получены в лечебном деле, разрабатывались новые виды лекарств и снадобий.

К алхимической трактовке, которая позволяет превращать любой металл в золото, в этой части света сделали свои замечания. Появилась идея о том, что любое вещество можно превратить в этот драгоценный металл. А сделать это возможно, отыскав особенный философский камень. Такое утверждение тоже оживило интерес населения к этой дисциплине, многие стали пытаться изучить хотя бы кратко историю химии.

В конце IX века арабский исследователь Джабир ибн Хайян выдвинул ртутно-серную теорию. Данная теория пересматривала прошлые воззрения на природу происхождения металлов и произвела определенный фурор в алхимических кругах не только арабской, но и европейских школ.

Развитие химии в средние века

К представленной эпохе христианский мир еще мало знал о тех течениях и прогрессивных идеях, которые зарождались на Востоке. Однако религиозные крестовые походы в каком-то смысле помогли соприкоснуться двум таким разным мирам и совершить культурную ассимиляцию. На рубеже XII-XIII веков европейская наука принимает на себя лидирующие позиции. В данное время идет активное исследование химических веществ. История предмета "химия" в средневековый период связано с такими личностями, как Роджер Бэкон, Альберт Великий и Раймонд Луллий.

Средневековье - апогей религиозного мышления. Вся жизнь человека была пропитана верой, такой отпечаток не мог не наложиться на химическую науку. Примечателен тот факт, что открывать новые вещества, узнавать их возможности, рассматривать способы применения стали в храмах и монастырях. Так, одним из первых весомых открытий, известных и по сей день, стал нашатырный спирт. Как и в любом предыдущем столетии, общество мало волновала данная научная отрасль, пока не был открыт в середине XIII века порох. Открытие его присваивают Роджеру Бэкону. Данное вещество произвело в своем роде революцию в сознании человека, а впоследствии и в военной отрасли.

Шестнадцатый век практически полностью был посвящен поискам новых элементов, которые можно было бы использовать в медицине. В данное время формируется множество идей о панацеях, веществах, которые способны продлить жизнь человека.

Развитие химии в новое время

Характерная общественная черта нового времени - избавление от теологического мышления. В связи с этим формируется целый спектр научных дисциплин. Именно в это время можно говорить об истории химии как науки. Уникальной личностью в это время был Роберт Бойль, который поставил перед собой небывалую задачу - разыскать как можно больше химических элементов и веществ, изучить их свойства и структурировать ранее полученные сведения.

Еще одной культовой личностью был Антуан Лавуазье, который к концу XVIII века демонстрирует обществу свою теорию кислородного горения. Это новый уровень в развитии химической отрасли. Краткая история развития химии, описанная в его главном научном труде «Элементарный курс физики», была написана живым, простым и доступным для всех людей языком.

Отталкиваясь от закона сохранения массы, Антуан создает таблицу имеющихся химических элементов. На основе этой структуры меняются представления о природе химического вещества. Осознание структуры соединений очень значимо, поскольку вся жизнь на Земле связана с их возникновением и превращением. В это же время происходит деление химической науки на два основных раздела - органическую и неорганическую химию, то есть химию живой и неживой природы. История органической химии выделяется, формируется отдельно. Таким образом, новое время демонстрирует уже всецело научную химию, которая основывается на эмпирических принципах и лабораторных опытах.

Девятнадцатый век в истории развития химической науки

В начале девятнадцатого века многие ученые стали вновь обращать свои взоры в античные мысли. Так, в начале XIX века Джон Дальтон, исходя из предположений Демокрита, выдвигает свою атомную теорию. Наблюдая за непохожими друг на друга процессами превращения веществ, ученые пришли к заключению, что абсолютно все вещества состоят из мельчайших частичек - атомов и молекул. Впоследствии было открыто, что важнейшей характеристикой этих частиц является масса.

В это же время открываются основные химические законы, которые уточнялись в последующие столетия, трансформировались с учетом новых познаний, но тем не менее не потеряли своего значения в химической науке. Перечислим данные законы:

• постоянства химического состава;
• сохранения массы;
• кратного и объемного отношения.

В один из основных законов физики и химии данного века превращается гипотеза Авогадро, а также сформулированный немного позже газовый закон. Эти два положения открыли способ установления стандартной шкалы атомных масс. Отметим, что данными шкалами пользуются и по сегодняшний день.

Химия в середине XIX века

К середине девятнадцатого века учеными было открыто свыше пятидесяти химических элементов, высчитаны их атомные массы, изучены свойства и способы соединения с другими веществами. Все это стало следствием открытия главного химического закона - периодического закона Д. И. Менделеева. Новшества этого ученого заключались в том, что закономерность изменения свойств химических элементов при увеличении объема массы атомов была выявлена до появления какого-либо объяснения этого феномена.

На сегодняшний день открытия Менделеева не потеряли своей значимости. Открытие новых химических элементов и проведение современных исследований только больше укрепили основные позиции ученого. Периодическая таблица химических элементов, созданная на основе этого закона, - главный путеводитель в изучении свойства любого химического элемента.

Химия в начале XX века

В начале двадцатого века на химической арене происходит настоящая революция. В это время были сформированы основные положения квантовой механики и определено строение атома. Эти открытия явились фундаментальным звеном в понимании смысла периодического закона и строения вещества в целом. Характерной чертой данного времени является идея о тесном взаимодействии наук физики и химии. Ведь отличия между этими естественными науками проявляются только в рамках изучаемых явлений.

Современный этап развития химии

На сегодняшний день знания о химических элементах и их структуре помогают объяснить и спрогнозировать свойства молекул и натуральных веществ, представляющих собой совокупность большого числа движущихся частиц. Технический уровень позволяет изучать различные превращения молекул. В последние годы появилась возможность с помощью компьютерного моделирования на основании расчетов квантовой механики определять структуру химического соединения вещества, механизмы соединения и способы движения частиц, которые трудно поддаются экспериментальному фиксированию.

Необходимо упомянуть о том, что сегодня главная цель, которая стоит перед химической наукой, - это исследование процесса: пройдет данная химическая реакция или нет, а если пройдет, то какой будет результат и каковы оптимальные условия, чтобы коэффициент полезного действия проводимой реакции был как можно больше, а скорость процесса приемлемой? Изучения скорости протекания реакции очень важны как для выявления оптимальных условий совершения реакции, так и для того, чтобы заранее, до проведения реакции, приблизительно знать результат.

Так зачем же нужна химия? На сегодняшний день без базовых знаний данной научной дисциплины не обойтись. Знание общих принципов и химических законов необходимы ученому, работающему в любой отрасли химического знания, будь то изучение процессов, осуществляющихся в недрах Земли, производство полимерных материалов или организм человека.

Эволюцию химии можно представить как последовательную смену представлений о химической природе веществ и соединений и химических взаимодействиях. В истории развития химической науки познание химических свойств на уровне элементного состава, на уровне структуры химических соединений, на уровне осуществления химических реакций шло во многом параллельно, но в логическом смысле целесообразно представить эти этапы как последовательно сменяющие друг друга. Традиционно выделяются следующие исторические этапы развития химии: алхимия – от периода древних цивилизаций до XVI в., период зарождения научных представлений XVII – XVIII века, период формирования науки химии и ее основных законов XIX, начало XX веков, современный – вторая половина XX столетия.

Химия достаточно долго существовала и развивалась в форме псевдо науки – алхимии. Алхимия родилась из невозможности подлинно научного анализа накопленных в данной области знаний и под влиянием религиозно-мистического способа их осмысления. Алхимией в истории химии называют длительный период в развитии химического знания с 300 по 1600 гг н.э. Несмотря на то, что алхимия ставила изначально мистические задачи: трансмутацию (взаимопревращение) элементов и создание элексира бессмертия, она послужила несомненным толчком к развитию химической науки. Практический опыт по проведению химических реакций, описание и анализ свойств химических соединений, открытие и технология получения важнейших соединений химии, например, соляной и серной кислот – вот неполный перечень основных достижений алхимии.

Начало становления подлинной химии связывается с деятельностью Роберта Бойля (1627-1691) - английского химика и физика. Бойль проявил осознанный скептицизм по отношению к античному умозрительному установлению элементов. Неслучайно его основополагающая работа 1661 г. называлась «Химик-скептик». Именно после этой работы наука стала называться химией, а ученые – химиками. Первоначальным этапом развития химии следует считать поиск природы химизма. Химического "атома", т.е. того, что определяет свойства различных веществ и типы реакций между ними. Это нечто получило в последствии название элемента .

Идея химического элемента начинает свою жизнь в древнегреческой мысли о качественно обособленных стихиях, из которых состоит все окружающее. Эволюция этой идеи - есть долгий описательный период в развитии химии. Период, когда науки в полном смысле этого слова еще не существовало, но была и бурно развивалась сумма разрозненных знаний о различных веществах и их соединениях.

Мысль о том, что свойства веществ зависят от их элементного состава, а также то, что перечень элементов должен быть найден в опытах высказал все тот же Роберт Бойль . Он считал, что элементом является далее неразложимое химически вещество. Единственным известным в то время методом химического разложения считалось прокаливание. Столь несовершенный метод не мог, разумеется, дать правильных результатов, при несомненной истинности самой идеи: устанавливать элементы не умозрительно, как античные натурфилософы, а опытным путем.

Французский химик Антуан-Лоран Лавуазье (1743-1794) предпринял первую попытку классификации химических элементов. В 1789 г. Лавуазье опубликовал книгу «Элементарный курс химии» . В этом учебнике содержался перечень всех известных в то время элементов. Он указал 33 элемента, среди которых были: Кислород, Сера, Фосфор, Мышьяк, Сурьма, Висмут, Кобальт, Медь, Олово, Железо, Золото, Свинец, Марганец, Ртуть, Молибден, Платина, Никель, Серебро, Вольфрам и Цинк . К числу химических элементов Лавуазье ошибочно отнес: свет, теплород, магнезию, кремнезем и глинозем, - разложимость которых еще не была известна. Кроме того, Лавуазье создал основы классификации химических соединений, положив конец произволу в этой области. Согласно созданной Лавуазье классификации состав веществ можно определить по их названию, например, - хлорид кальция содержит Ca и Cl . Была также разработана система суффиксов, которые показывали относительное количество того или иного вещества в соединении.

В начале XIX века число открытых химических элементов стало стремительно возрастать. Были открыты такие элементы как бор, палладий, родий, церий, осмий, иридий, ниобий, тантал и др. Встал вопрос о числе химических элементов и их классификации. Ряд ученых уловили основы некоторых закономерностей, лежащих в основе списка химических элементов. Решающий успех в деле упорядочения химических элементов выпал на долю Д.И.Менделеева, который положил в основу своей классификации химических элементов атомную массу. Открытие Д.И.Менделеевым периодического закона датируется 1 марта (по новому стилю) 1869 г., когда им была составлена таблица «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» . Окончательный вид своей таблице Менделеев придал в 1871 году. Будучи уверенным в истинности своей классификации, он предсказал на месте пропусков своей таблицы существование трех новых элементов. Менделеев назвал их экабор, экаалюминий и экакремний . На санскрите приставка «эка»- обозначает «то же самое». В 1875 г. Поль Эмиль Лекок де Буабордан (1838-1912) открыл галлий , в котором Менделеев узнал свой экаалюминий. В 1979 г. Ларс Фредерик Нильсон (1840-1899) открыл скандий , в котором был узнан экабор, а в 1886 г. Клеменс Александр Винклер (1838-1904) открыл германий , идентичный экакремнию. Истинность взглядов Д.И.Менделеева была тем самым блестяще подтверждена.

Периодическому закону Д.И.Менделеева предстояло серьезное испытание в связи с открытием в середине – конце XIX столетия так называемых редкоземельных элементов. Они обладали сходными химическими свойствами и валентностью, равной 3 и близкими атомными весами. Причины сходства химических свойств редкоземельных элементов в то время не удалось. Возникла проблема с размещением в таблице вновь открытых элементов. Приблизительно в это же время были открыты инертные газы – элементы с нулевой валентностью. В результате 14 редкоземельных элементов были размещены в дополнительной группе, а инертные газы организовали самостоятельный столбец в таблице, которая приобрела, таким образом, современный вид.

Позднее было установлено, что химические свойства элементов зависят не от атомной массы, а от заряда атомного ядра. Становление квантовой физики позволило вскрыть действительную сущность периодического закона Менделеева и раскрыло путь к синтезу новых элементов и их изотопов. При жизни Менделеева было известно только 62 химических элемента, а в настоящий момент их - 112. На базе квантовой механики были получены ответы на вопрос о числе возможных в земных условиях химических элементов, указан путь и осуществлен процесс получения искусственных элементов.

Таким образом, первый этап в развитии химии (первый концептуальный уровень химических представлений) можно назвать уровнем исследования химических свойств веществ, определяемых их элементным составом. Историю проблемы химического элемента завершает создание периодического закона и его современной интерпретации. Это обозначает, что современная наука в состоянии ответить на вопросы: что такое химический элемент? Как свойства элемента связаны с его внутренней структурой? Каково число возможных изотопов данного элемента? и подобные данным вопросы.

В ходе развития представлений о химизме стало понятно, что химические свойства веществ зависят не только от того, из каких элементов данные вещества состоят, но в гораздо большей степени от того, как соединены данные элементы.

Проблема химического соединения - это проблема природы химической связи, объединяющей атомы различных веществ в квантовомеханическую систему - молекулу. Большинство атомов различных веществ не могут существовать самостоятельно. Самостоятельно существовать в природе могут только молекулы, поскольку только в молекуле достигается устойчивость вещества за счет насыщения электронных оболочек его атомов. Именно молекула обладает свойствами вещества, в том числе, и способностью вступать в те или иные химические реакции.

В современной химии различают три вида химических связей, возникающих при различных формах перестройки (обобществления) валентных электронов: ковалентную, ионную и металлическую .

Ковалентная связь осуществляется за счет образования электронных пар, в одинаковой мере принадлежащих обоим атомам.

Ионная - представляет собой электростатическое притяжение между ионами, образованными путем полного смещения электронной пары к одному из атомов.

Металлическая связь есть связь между положительными ионами в кристаллах металлов, осуществляемая за счет притяжения электронов, свободно перемещающихся по кристаллу. С точки зрения современной химии кристаллы и полимерные вещества макроскопических размеров представляют собой одну гигантскую молекулу.

Вторым этапом (концептуальным уровнем познания химических свойств веществ) можно считать развитие представлений о структуре химического соединения (структурную химию) . В рамках этого этапа химики должны были ответить на такие вопросы как: Как и почему объединяются элементы в соединения? Чем объясняется структура и устойчивость соединений? Какова структура сложных соединений? и т.п. вопросы.

Свое начало структурная химия берет в идеях английского химика Дж.Дальтона (1766-1844) . Дальтон установил закон кратных отношений , из которого непосредственно вытекало, что химические соединения отличаются по составу на целые атомы. Молекулы, образованные из различных атомов, обладают свойствами отличными от свойств элементов, их составляющих. Йенс Якоб Берцелиус (1779-1848) - шведский химик полагал, что атомы различных веществ обладают различными электрическими зарядами, поэтому объединение их в молекулу приводит к частичной нейтрализации зарядов. Благодаря остающимся избыточным электрическим зарядам молекулы веществ могут организовывать более сложные химические соединения. В 1852 г. Английский химик Эдуард Франкланд (1825-1899) выдвинул идею, которая позднее стала называться теорией валентности (от лат. Valentia – сила).

Подлинным основателем структурной химии можно считать немецкого химика Фридриха Августа Кекуле фон Страдоница (1829-1896) , который сформулировал основные положения теории валентности. Понятие валентных электронов введено другим немцем - физиком Иоханнесом Штарком (1874-1957) . Идеи Ф.Кекуле нашли свое широкое использование в органической химии (молекулы органических веществ в целом много сложнее, чем неорганических). Теория валентности позволила записывать не только буквенные (брутто-формулы), но и структурные формулы химических веществ, которые по ряду показателей гораздо более информативны, чем буквенные. Так раскрылась возможность химической топологии. Русский химик Александр Михайлович Бутлеров (1823-1886) показал, что с помощью структурных формул можно наглядно объяснить существование изомеров. Изменение расположения атомов и групп в молекуле приводит к значительным изменениям химических свойств соединения. Структурные формулы не могли отразить лишь особо сложный тип изомерии – оптическую изомерию.

В конце XIX века датчанином Якобом Гендриком Вант-Гоффом(1852-1911) была обнаружена асимметричность четырехвалентного атома углерода в органических соединениях. В конце XIX столетия утвердилось мнение, что пространственная оптическая изомерия характерна не только для углерода, но и некоторых азотсодержащих соединений, соединений кобальта, хрома, родия и ряда других металлов. Швейцарский химик Альфред Вернер (1866-1919) создал теорию вторичных валентностей , которые порождаются изменением конфигурации электронных облаков в молекулярной структуре. Первоначально считалось, что они резко отличаются от валентных сил, но впоследствии пришли к оправданному мнению, что существенных различий между первичными и вторичными валентностями не существует. На основе этой теории объясняется строение таких веществ, как, например, гемоглобин, хлорофилл .

Дальнейшее развитие структурной химии связано с вхождением в химию идей квантовой механики. Начало идеям квантовой химии было положено работами Фрица Лондона и Вальтера Гайтлера , которые применили к расчетам электронных облаков в химических молекулах квадрат волновой функции. В XX веке в структурной химии стал применяться рентгеноструктурный анализ , спектроскопия и метод ядерного магнитного резонанса , что позволило раскрыть структурное строение огромного числа сложных молекул органических веществ. Открылись новые пути к пониманию синтеза различных химических соединений и расшифровке их свойств. С вхождением в химию теории валентности в ее квантово-механической форме, построением пространственных вариантов молекул, пониманием от чего зависят и как формируются пространственные конфигурации сложных молекул можно стало считать, что проблема химического соединения в целом решена. В настоящее время перспективными направлениями структурной химии являются: синтез особо чистых кристаллов с заданными свойствами и создание кристаллов с программируемыми дефектами.

Третьим этапом развития химической науки стало учение о химических процессах. Этот этап совпадает с рождением химической промышленности. Процедура получения тех или иных веществ связана с исследованием условий протекания реакций между ними, т.е. влияния на возможность и направление реакции различных физических параметров: температуры, давления, концентрации и т.п. Эта отрасль химических знаний получила название химической термодинамики и кинетики . По своему существу эта отрасль знаний является пограничной между физикой и химией, поэтому эта проблематика породила развитие новой области знаний - физической химии .

Характер протекания химических реакций различен: одни из них идут достаточно легко при нормальных условиях, другие, напротив, чрезвычайно трудно. Многие реакции являются обратимыми, и полученное вещество тут же возвращается в первоначальное состояние. Некоторые химические реакции практически невозможно остановить. Например, реакцию взрыва. Чтобы обеспечить протекание реакции в заданном направлении необходимо управлять ею. Различают термодинамические методы управления химическими реакциями и кинетические . Первые ответственны главным образом за возможность и направленность процессов, вторые - за их скорость.

Американский физик Джозайя Гиббс Уиллард (1839-1903) ввел понятие свободной энергии, которая получила впоследствии название энергии Гиббса. Энергия Гиббса описывается уравнением G = H – TS, где H – энтальпия , S – энтропия, T – температура. Любая химическая реакция сопровождается изменением свободной энергии системы. Скорость изменения свободной энергии при изменении концентрации реагирующих веществ получила название химического потенциала системы. Гиббс доказал, что самопроизвольная химическая реакция идет от точки с высоким потенциалом к точке с низким потенциалом, что аналогично передаче температуры от нагретого тела к холодному. В состоянии химического равновесия система обладает наименьшим значением химического потенциала Гиббса. Изменение концентраций реагирующих веществ влечет за собой и изменение свободной энергии. Этот механизм позволяет управлять ходом химических реакций за счет смещения равновесия в ту или другую сторону. В Европе, где труды Гиббса достаточно долго не были известны, основу учения о термодинамических методах управления химическими процессами создал французский химик Анри Луи Ле Шателье (1850-1936) , который сформулировал принцип подвижного равновесия. Изменение температуры, давления, концентрации - способы сместить равновесие в сторону искомой реакции и получения необходимого продукта .

Кинетический метод опробовал академик Петербургской академии наук К.С.Кирхгоф (1764-1833) , который впервые использовал серную кислоту в качестве катализатора в реакции получения сахара из крахмала. Основы химической кинетики были заложены в 80-х годах XIX века голландским химиком Вант-Гоффом , связавшим скорости реакций с концентрацией реагентов и температурой. Немецкий физикохимик Фридрих Вильгельм Оствальд (1853-1932) , обучавшийся в Дерптском (Тартусском) университете и некоторое время работавший профессором химии в Рижском политехникуме, впервые определил катализатор как вещество, изменяющее скорость реакции, но не входящее в состав конечного продукта .

В XX веке стало понятно, что большинство (порядка 80 процентов) химических реакций идет с участием катализаторов. Различают: катализ , ускоряющий химический процесс, и замедляющий его - ингибитор . В современной химической промышленности используются как катализаторы, так и ингибиторы, управляющие скоростью и направленностью химической реакции.

Химическая кинетика изучает возможности управления химическими реакциями и их зависимость от множества кинетических факторов: строения исходных реагентов, их концентрации, наличия катализаторов, способов и порядка смешения реагентов, материала и конструкции реактора и пр. В XX веке успехи химической кинетики стали особенно заметны в органической химии, где с открытием металлоорганических катализаторов стали возможны многие реакции, считавшиеся ранее неосуществимыми. Так, в 1964 году была открыта реакция синтеза аммиака на металлоорганических катализаторах, протекающая при нормальных условиях. В этот же период были разработаны реакции полимеризации дивинила и изопрена, что позволило получать синтетические каучуки. Применение катализа позволило вовлечь в производство органические парафины и циклопарафины - вещества практически не активные химически. На базе этих реакций строится производство олиф, лаков, пластических масс, горюче-смазочных материалов.

Одну из форм энергии, которая влияет на ход химических реакций, а также может быть получена из некоторых реакций представляет собой свет. Область химии, изучающая влияние света на химические процессы называется фотохимией . В 30-х годах XIX в. была разработана методика фотографии. Химическая сущность фотографии заключается в следующем: отраженный от предмета свет попадает на соединения серебра, вызывая его неравномерное (в зависимости от количества попавшего света) разложение. Последующая химическая реакция восстанавливает соединения серебра до металла. Причем процесс этот также неравномерен. Не успевшее восстановиться серебро, устраняют (фиксирование). Таким образом получают негатив изображения. Последующее облучение через негатив бумаги с нанесенными на нее соединениями серебра приводит посредством того же химического механизма к получению верного изображения (позитива). Фотография широко вошла в нашу жизнь, но она была и остается одним из широко применяемых в науке методов. Из физических наук она шагнула, например, в криминалистику, теорию и практику уголовного процесса и другие виды правоохранительной деятельности.

Одним из интересных следствий химического производства стало получение взрывчатых веществ. В 1945 г. швейцарец Христиан Фридрих Шенбайн (1799-1868) открыл нитроклетчатку – бездымный порох. Однако производство этого вещества удалось наладить много позднее Фредерику Августусу Абелю (1872-1902) . В состав современного бездымного пороха входит нитроглицерин, полученный итальянцем Асканио Собреро (1812-1888) . Также как и в случае с нитроклетчаткой, производство нитроглицерина в безопасной форме удалось наладить Альфреду Бернарду Нобелю (1833-1896) , который назвал полученную им смесь динамитом . Дальнейшие поиски в этом направлении привели к созданию все более мощных и разнообразных взрывчатых веществ, используемых в современной военной и инженерной технике. Использование достижений химии в военных целях совпадает с концом XIX началом XX столетий: взрывчатка, отравляющие газы, противогазы, производство биологического оружия (в настоящий момент запрещено), производство боевых отравляющих веществ.

Четвертым уровнем познания химизмастал уровень эволюционной химии . Этот этап развития химии возможен при соответствующем уровне развития биологии и изучения особенностей химического производства в живых организмах.

Ученых всегда поражала высокая эффективность химических реакций в живом веществе и экономичность энергетических затрат в подобных реакциях. Органический синтез в биомолекулах настолько сложен и отлажен, что эти молекулы с огромной степенью точности воспроизводят себе подобные. Эти особенности живого навели на мысль о необходимости построения принципиально новой химии и нового управления химическими процессами. Совсем не обязательно повторять то, что делается природой. Необходимо понять и использовать принципы, которые открывают возможность реакций, подобных осуществляемым в живых организмах. Связь химии с молекулярной биологией в этих областях изучения привела к развитию смежной отрасли исследований - биохимии .

В 1960-х годах были открыты случаи самосовершенствования катализаторов в ходе реакции, тогда как обычно в ее ходе катализаторы дезактивировались, т.е. теряли свою пригодность. Так в химию вошла одна из важнейших идей современной науки - идея эволюционной самоорганизации .

В процессе изучения истории природного химизма на Земле было выяснено, что на ранних стадиях земного химизма катализ вообще отсутствовал, а его появление связано с ходом биохимических реакций в условиях нехватки энергии . Развитие биоорганического катализа приобрело особый размах при накоплении достаточного количества органических систем. В ходе эволюции биохимических систем отбирались и использовались все более и более эффективные катализаторы, наконец, возник механизм саморазвития и самоорганизации каталитических систем. Органические катализаторы способны повысить скорость реакции в миллиарды раз. Но главное то, что живое вещество непрерывно повышает эффективность своих каталитических систем.

В сложившейся во второй половине XX века эволюционной химии различается два основных направления: субстратное и функциональное .

Первое сосредоточивает свое внимание на материалах - носителях биохимизма. Так, например, отмечается тот факт, что из 8 миллионов известных на сегодняшний момент химических соединений 96% составляют органические. В построении абсолютного большинства из них, природа использовала немногим более десятка элементов таблицы Менделеева. Особое значение в природе имеют достаточно широко распространенные в космосе вещества, каждое из которых используется в соответствии с его внутренними возможностями.

В результате эволюции шел не только отбор химических элементов, эффективно используемых биохимией природы, но и отбор соответствующих соединений. Лучший этому пример, что из 100 известных аминокислот в состав белков входит лишь 20, лишь по четыре нуклеотидных цепочки ДНК и РНК лежат в основе тех аминокислот, которые отвечают за наследственность и регулируют синтез белка в живых организмах.

Второе направление эволюционной химии сосредоточивает внимание на функциональных элементах биохимии - механизмах управления отбором биохимических реакций в ходе предбиологической эволюции .

Основное внимание уделяется саморазвитию катализа и каталитических систем.

В 1969 году была сформулирована общая теория химической эволюции и биогенеза, выдвинутая профессором Московского университета А.П.Руденко . Сущность этой теории состоит в утверждении о том, что эволюционирующим веществом являются катализаторы . В ходе эволюции происходит отбор структур и соединений, обладающих наибольшей активностью. При этом базисная реакция сама претерпевает ряд изменений: она дробится на ряд промежуточных стадий, каждая из которых в свою очередь повышает эффективность новых катализаторов. Базисная реакция выступает при этом в качестве поставщика энергии, обеспечивая возможность собственного саморазвития.

В рамках этой теории было введено понятие элементаpной откpытой каталитической системы – ЭОКC . Взаимодействуя с факторами внешней сpеды, ЭОКC pеагиpyет на них как единое целое. При этом возможны обpатимые и необpатимые изменения порядка ее фyнкциониpования (механизма осyществления базисного обменного процесса, зависящего от пpиpоды катализатоpа и процесса). При обратимых изменениях после пpекpащения действия возмyщающего фактора система возвращается к пpежнемy поpядкy. При необpатимых изменениях пpиpоды ЭОКC система пpиобpетает новый yстойчивый тип фyнкциониpования.

Важное значение для пеpехода из неживого в живое имеет фоpмиpование новых функций ЭОКC при пpеодолении пределов развития. Cyществyют два предела - темпеpатypный и концентрационный . При пpеодолении первого происходит фоpмиpование свойства умножения каталитических функций (свойство однородного роста); при пpеодолении второго фоpмиpyется свойство точной пpостpанственной pедyпликации ЭОКC в целом (свойство размножения). В этом случае достигается общий предел химической эволюции. Дальнейший эволюционный процесс приводит к тому, что химическая эволюция переходит в биологическую, неживые ЭОКC пpевpащаются в простейшие живые системы.

Концептуальное содержание химической картины мира связано, таким образом, с суммой представлений о природе неорганического и органического химизма. Химизм на уровне элемента, на уровне соединения и структуры, на уровне химического процесса и химизм на уровне химической самоорганизации – таковы известные в настоящее время способы проявления химической природы веществ. Эти способы обеспечивают все разнообразие химических процессов природы и лежат в основе современного химического производства, роль которого со второй половины XX века в жизни человечества можно сравнить лишь с ролью овладения огнем или изобретения колеса. Нет ни одной отрасли современного хозяйства и производства, где не использовались бы достижения химии. Основа основ тяжелой индустрии – добыча и обработка металлов опираются на достижения химии, это и легирование сталей и сам процесс плавки, и получение сплавов. Производство горюче-смазочных материалов, без которых невозможно функционирование современной цивилизации – процесс, целиком находящийся в ведении химии. Производство пластических масс, полупроводниковых и других кристаллов, лекарственных препаратов, искусственных заменителей органов и тканей, тепло- и ядерная энергетики – вот далеко не полный перечень химических профессий. Широко применяются физико-химические и чисто химические методы в криминалистических экспертизах (экспертиза веществ и материалов). Правоохранительная деятельность не может не ставить себе на службу самые последние достижения науки. Современная химия дает в руки следствия самые совершенные методы химического, физико-химического и химико-биологического анализа.

Литература основная:

Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебник.- Изд. 3-е, перераб. и доп.- М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2007.-704с.

Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебник.- Изд.2-е, перераб. и доп. – М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2005.- 662с.

Горбачев В.В. Концепции современного естествознания: Учеб. Пособие для студентов вузов/ В.В. Горбачев.- М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003.- 592с.: ил.

Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов.- М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.

Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов.- М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.- 520с.

Концепции современного естествознания: Учебник для вузов/ В.Н. Лавриненко, В.П. Ратников, В.Ф. Голубь и др; Под ред. проф. В.Н. Лавриненко, проф. В.П. Ратникова.- М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.- 271с.

Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учеб. Пособие.- М.: Гардарики, 1999.-476с.

Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания: Учеб. Пособие – М.: Высш.шк., 1998. – 383с.

Данилова В.С., Кожевников Н.Н. Основные концепции современного естествознания: учебн. Пособие для вузов.- М.: Аспект Пресс, 2001.- 256с.

Кокин А.В. Концепции современного естествознания: Учебное пособие – М.:»Издательство ПРИОР», 1998.- 208с.

Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Учебник под ред акад РАН М.Ф. Жукова. – Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 1997.- 832с.

Литература дополнительная:

Современные философские проблемы естественных, технических и социально-гуманитарных наук: учебник для аспирантов и соискателей ученой степени кандидата наук / под общ. ред. Д-ра филос. наук, проф. В.В. Миронова. М.: Гардарики, 2006.- 639с.

Азимов А. Краткая история химии: Развитие идей и представлений в химии / Пер. с англ. З.Гельмана. – СПб.: Амфора, 2000.- 269с.

Лекция 7 Биологические структуры и организация биологических систем (концепция структурных уровней жизни)

1. История биологии и основные концепции современной биологии

2. Живое и неживое. Элементарная биохимия жизни

3. Концепция структурных уровней жизни – конституция биологического знания

Зарождение науки о веществах можно отнести к эпохе античности. Древние греки знали семь металлов и еще несколько сплавов. Золото, серебро, медь, олово, свинец, железо и ртуть - вот вещества, которые были известны в то время. История химии началась с практических знаний. Их теоретическое осмысление было впервые предпринято различными учеными и философами - Аристотелем, Платоном и Эмпедоклом. Первый из них считал, что каждое из этих веществ может преобразовываться в другое. Он объяснял это существованием первоматерии, которая послужила началом всех начал.

Античная философия

Также распространенным было мнение о том, что в основе каждого вещества в мире лежит сочетание четырех стихий - воды, огня, земли и воздуха. Именно эти силы природы отвечают за Одновременно с этим в V в. до н. э. появилась теория атомизма, основоположниками которой были Левкипп и его ученик Демокрит. Это учение утверждало, что все предметы состоят из мельчайших частиц. Их назвали атомами. И хотя данная теория не нашла научного подтверждения в античности, именно это учение стало подспорьем современной химии в

Египетская алхимия

Примерно во II веке до н. э. новым центром науки стала египетская Александрия. Там же возникла алхимия. Эта дисциплина зародилась как синтез теоретических идей Платона и практических знаний эллинов. История химии этого периода характеризуется повышенным интересом к металлам. Для них было придумано классическое обозначение в виде известных тогда планет и небесных тел. Например, серебро изображалось в виде Луны, а железо - в виде Марса. Так как наука в то время была неотделима от религии, то и у алхимии, как у любой другой научной дисциплины, был свой бог-покровитель (Тот).

Одним из самых значимых исследователей того времени являлся Болос из Мендеса, который написал трактат «Физика и мистика». В нем он описал металлы и драгоценные камни (их свойства и ценность). Другой алхимик Зосим Панополит в своих работах исследовал искусственные способы получения золота. Вообще история возникновения химии началась с поиска этого благородного металла. Алхимики пытались получить золото с помощью экспериментов или магии.

Египетские алхимики изучали не только сами металлы, но и руды, из которых те добывались. Так была открыта амальгама. Это вид сплава металлов с ртутью, который занял особенное место в мировоззрении алхимиков. Некоторые считали его первичным веществом. К этому же периоду можно отнести открытие способа очистки золота с помощью свинца и селитры.

Арабские открытия

Если в эллинистических странах история химии началась, то продолжилась она несколько веков спустя во время арабского золотого века, когда ученые молодой исламской религии были в авангарде человеческой науки. Эти исследователи открыли множество новых веществ, например сурьму или фосфор. Большая часть уникальных знаний применялась в медицине и фармации для разработки лекарств и снадобий. Очерк истории развития химии без упоминания о философском камне - мифической субстанции, позволяющей превращать любое вещество в золото, невозможен.

Около 815 года арабский алхимик Джабир ибн Хайян сформулировал ртутно-серную теорию. Она по-новому объясняла происхождение металлов. Эти принципы стали основополагающими для алхимии не только арабской, но и европейской школы.

Европейские алхимики Средневековья

Благодаря Крестовым походам и большему соприкосновению Запада и Востока христианские ученые наконец узнали об открытиях мусульман. С XIII века именно европейцы заняли уверенную лидерскую позицию в исследованиях веществ. История химии Средневековья многим обязана Роджеру Бэкону, Альберту Великому, Раймунду Луллию и т. д.

В отличие от арабской науки европейские исследования были пропитаны духом христианской мифологии и религии. Основными центрами изучения веществ стали монастыри. Одним из первых серьезных достижений монахов стало открытие нашатыря. Его получил знаменитый теолог Бонавентура. Открытия алхимиков мало затрагивали общество до тех пор, пока не Роджер Бэкон не описал порох в 1249 году. Со временем это вещество произвело революцию на полях сражений и в амуниции армий.

В XVI веке алхимия получила толчок в качестве медицинской дисциплины. Больше всего известны труды Паральцеса, который открыл множество лекарств.

Новое время

Реформация и наступление Нового времени не могло не затронуть и химию. Она все больше избавлялась от религиозных оттенков, становясь эмпирической и экспериментальной наукой. Пионером этого направления стал который поставил перед химией конкретную цель - найти как можно больше химических элементов, а также изучить их состав и свойства.

В 1777 году Антуан Лавуазье сформулировал кислородную теорию горения. Она стала фундаментом для создания новой научной номенклатуры. История химии, кратко описанная в его учебнике «Элементарный курс химии», сделала рывок. Лавуазье составил новую таблицу простейших элементов, основываясь на законе сохранения массы. Изменились представления и понятия о природе веществ. Теперь химия стала самостоятельной рациональной наукой, основывающейся только на экспериментах и реальных доказательствах.

XIX век

В начале XIX века сформулировал атомную теорию строения веществ. По сути, он повторил и углубил учение античного философа Демокрита. В обиходе появился такой термин, как атомная масса.

С открытием новых законов получила новый импульс история развития химии. Кратко говоря, на рубеже XVIII и XIX вв. появились математические и физические теории, которые легко и логично объясняли многообразие веществ на планете. Открытие Дальтона было подтверждено, когда шведский ученый Йенс Якоб Берцелиус связал атомы с полярностью электричества. Также он ввел в обиход привычные сегодня обозначения веществ в виде латинских литер.

Атомная масса

В 1860 году химики всего мира на конгрессе в Крлсруэ признали основополагающей атомно-молекулярную теорию, которую предложил Станислао Канниццаро. С ее помощью была вычислена относительная масса кислорода. Так история химии (кратко ее описать очень сложно) за несколько десятков лет прошла огромный путь.

Относительная атомная масса позволила систематизировать все элементы. В XIX веке было предложено множество вариантов того, как это сделать наиболее удобно и практично. Но лучше всего это удалось русскому ученому Дмитрию Менделееву. Его элементов, предложенная в 1869 году, стала фундаментом для современной химии.

Современная химия

Через несколько десятков лет был и явление радиоактивности. Это подтвердило давние предположения о делимости атома. Кроме того, данные открытия дали толчок к развитию пограничной дисциплины между химией и физикой. Появились макеты строения атома.

Краткий очерк истории развития химии не может обойтись без упоминания о квантовой механике. Эта дисциплина повлияла на представления о связях внутри вещества. Появились новые методы анализа научных знаний и теорий. Это были различные вариации спектроскопии и использование рентгена.

В последние годы история развития химии, кратко описанная выше, ознаменовалась большими результатами в связке с биологией и медициной. Новые вещества активно используются в современных лекарствах и т. д. Была исследована структура белков, ДНК и других важных элементов внутри живых организмов. Краткий очерк истории развития химии можно закончить открытием все новых веществ в таблице Менделеева, которые получают экспериментальным путем.

Химия - очень древняя наука.

Химическое производство существовало уже за 3-4 тыс. лет до н. э. В Древнем Египте умели выплавлять из руд металлы (железо, свинец, медь, олово, сурьму), получать их сплавы, применяли золото, серебро, производили стекло, керамику, пигменты, краски, духи, египтяне были непревзойдёнными строителями и скульпторами (рис. 17).

Первыми учёными-химиками были египетские жрецы. Они владели многими до сих пор не разгаданными химическими секретами. К ним, например, относятся приёмы бальзамирования тел умерших фараонов и знати, а также способы получения некоторых красок. Так, изготовленные древними египетскими мастерами голубые и синие краски найденных при раскопках сосудов продолжают оставаться яркими, хотя со времени их изготовления прошло несколько тысяч лет.

Рис. 17.
Химия в Древнем Египте:
а - бальзамирование; б - посмертная золотая маска египетского фараона Тутанхамона; в - скульптура, изготовленная древним мастером

Некоторые химические производства существовали в древности в Греции, Месопотамии, Индии, Китае.

В III в. до н. э. уже был собран и описан значительный экспериментальный материал. Например, в знаменитой Александрийской библиотеке, которая считалась одним из семи чудес света и насчитывала 700 тысяч рукописных книг, хранились и многие труды по химии. В них были описаны такие процессы, как прокаливание, возгонка, перегонка, фильтрование и др.

Накопленные за много веков отдельные химические сведения позволяли сделать и некоторые обобщения о природе веществ и явлений. Например, греческий философ Демокрит, живший в V в. до н. э., впервые высказал мысль о том, что все тела состоят из мельчайших, невидимых, неделимых и вечно движущихся твёрдых частиц материи, которые он назвал атомами. Аристотель в IV в. до н. э. считал, что в основе окружающей природы лежат четыре стихии, которым свойственны четыре основных качества: теплота и холод, сухость и влажность (рис. 18). Эти четыре качества, по его мнению, могли быть отделены от стихий или прибавлены к ним в любом количестве.

Рис. 18.
Диаграмма Аристотеля «Четыре стихии и их взаимодействие»

Учение Аристотеля явилось идейной основой развития отдельной эпохи в истории химии, эпохи так называемой алхимии. В середине VII в. н. э. знания египтян и греков в области химии восприняли арабы; многие сведения по химии они заимствовали у сирийцев и китайцев.

Происхождение слова химия спорно. Хеми - на коптском языке означает «чёрный, тайный». Это слово для народов, населявших пустыню, совпадало с обозначением самого Египта, ибо чёрная, плодородная земля долины Нила сильно отличалась от жёлтой почвы пустыни. Таким образом, для арабов химия стала наукой чёрной земли. Арабы снабдили это слово ещё своей арабской приставкой ал, и таким образом сформировалось слово алхимия. Алхимия - это средневековое название химии, данное арабами. Однако, может быть, представление о чём-то чёрном относилось не только к цвету почвы, но также и к самой сути этой науки - тёмному и таинственному в те времена.

Другое толкование слова «химия» происходит от греческого глагола хюма - «выливать», поскольку оно связано с металлургией - одной из первых по времени отраслей химии.

Как можно заметить, выяснение этимологии (происхождения) химических терминов имеет глубокий смысл - оно помогает понять или историю, или практическое значение того, что обозначают химическим термином.

Цель алхимии - поиски путей превращения неблагородных металлов в благородные (золото и серебро) с помощью воображаемого вещества - философского камня. Многие алхимики занимались бесплодными поисками философского камня, который, по их мнению, мог также удлинить человеческую жизнь, обеспечить бессмертие или исцелить болезни. В поисках философского камня алхимики открыли много новых веществ, разработали способы их очистки, создали некоторое химическое оборудование (рис. 19). Большинством достижений алхимиков невозможно было воспользоваться: они держали свои методы в секрете, зашифровывали описания полученных веществ и проведённых опытов, так как преследовали цели обогащения.

Рис. 19.
В алхимической лаборатории

В начале XVI в. н. э. алхимики стали использовать полученные ими данные для нужд промышленности и медицины. Реформатором в области горного дела и металлургии явился Агрикола, а в области медицины - Парацельс, который указывал, что «цель химии состоит не в изготовлении золота и серебра, а в изготовлении лекарств».

Следует отметить, что на Руси алхимия особого распространения не имела, хотя трактаты алхимиков были известны, а некоторые даже переведены на церковнославянский язык. Мало того, Московскому двору немецкий алхимик Ван Гейден предлагал свои услуги по приготовлению философского камня - как «из свинца и олова, железа, меди и ртути серебро и золото делать и что тому делу пристойно», - но царь Михаил Фёдорович после «расспроса» эти предложения отклонил.

То, что алхимия не получила распространения на Руси, объясняется тем, что деньги и золото на Руси начали широко применяться позже по сравнению с западными странами, так как здесь позднее происходил переход с оброка на денежную ренту. Кроме того, мистицизм, туманность целей и нереальность способов алхимии противоречили здравому смыслу и деловитости русских людей.

Химия на Руси развивалась преимущественно самобытно. В Киевской Руси выплавляли металлы, производили стекло, соли, краски, ткани. При Иване Грозном в Москве в 1581 г. была открыта аптека. При Петре I были построены купоросные и квасцовые заводы, первые химические мануфактуры, а в Москве насчитывалось уже восемь аптек. Дальнейшее развитие химии в России связано с работами М. В. Ломоносова.

М. В. Ломоносов проводил опыты с накаливанием металлов в запаянных сосудах. Этими опытами он доказал, что масса веществ, полученных в результате опыта, была точно такой же, что и масса веществ, вступивших в реакцию. На основании подобных опытов с точным взвешиванием веществ до и после реакции М. В. Ломоносов в 1748 г. впервые сформулировал важнейший закон химии - закон сохранения массы веществ в химических реакциях.

Несколько позже французский учёный Антуан Лавуазье, проводя аналогичные опыты с применением точных методов взвешивания, пришёл к такому же выводу.

Значительный вклад в развитие химии внесли выдающиеся русские учёные А. М. Бутлеров и Д. И. Менделеев.

А. М. Бутлеров в 1861 г. создал теорию строения органических соединений, которая позволила привести в систему знания об огромном числе органических соединений и без которой немыслимы были бы современные успехи в создании новых полимерных материалов. Продолжателями идей А. М. Бутлерова стали выдающиеся русские учёные: В. В. Марковников, А. А. Зайцев, А. Е. Фаворский, Е. Е. Вагнер, С. В. Лебедев, Н. Д. Зелинский и многие другие.

Д. И. Менделеев на основании открытого им в 1869 г. Периодического закона (основополагающего закона естествознания) создал стройную научную классификацию химических элементов - Периодическую систему химических элементов, названную в его честь.

Работа с компьютером

1. Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.
2. Найдите в Интернете электронные адреса, которые могут служить дополнительными источниками, раскрывающими содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа.
3. Предложите учителю свою помощь в подготовке нового урока - сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.

Вопросы и задания

1. Изучив происхождение слова химия, составьте рассказ о химии и её значении в истории древних цивилизаций.
2. Сформулируйте закон сохранения массы веществ. Подумайте, почему при горении свечи её масса постепенно уменьшается. Противоречит ли это наблюдение закону сохранения массы веществ?
3. Какими чертами русского характера, по вашему мнению, объясняется тот факт, что величайшие обобщения в химии были сделаны именно русскими химиками: М. В. Ломоносов открыл закон сохранения массы веществ, А. М. Бутлеров создал теорию строения органических соединений, а Д. И. Менделеев сформулировал Периодический закон и разработал Периодическую систему химических элементов?
4. Подготовьте небольшие сообщения (по выбору) о жизни и деятельности М. В. Ломоносова, А. М. Бутлерова, Д. И. Менделеева,
5. Назовите литературные произведения, в которых описаны опыты алхимиков и философский камень.

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. Постепенное накопление знаний за продолжительный исторический период приводит в конце концов к возникновению «революционной фазы», во время которой достигается наивысший уровень развития в теории или практике либо и в теории, и в практике.

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., напротив, особо важное значение для прогресса химии имели не столько теоретические основы, сколько практическое проведение разнообразных химических «операций».

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. Термин «знания» употребляется здесь не в узком смысле, описывающем только развитие теоретических представлений, но в гораздо более широком плане - как историческая категория.

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.