2015-01-21
2476
Химию обычно рассматривают как науку о свойствах, составе и качественном превращении различных веществ. Свойства, которые при этом изучаются, принято называть химическими потому, что они характеризуют способность веществ участвовать во взаимодействии с другими веществами и вступать с ними в химические реакции. Состав же определяется теми компонентами, которые непосредственно реагируют с другими компонентами, так как в ходе реакции используются также другие вещества (катализаторы), которые после реакции не изменяются. Поскольку при химических реакциях происходят качественные изменения и превращения веществ, то одна из основных задач химии состоит в тщательном изучении этих реакций, а именно, в какой мере они зависят от состава реагирующих веществ и условий их протекания.
Первоначально именно по составу реагирующих веществ пытались объяснить свойства полученных новых веществ. Уже на этом этапе ученые встретились с огромными трудностями. Ведь для того, чтобы понять, какие первоначальные элементы обусловливают свойства простых и сложных веществ, надо, во-первых, уметь различать простые и сложные вещества, а во-вторых, научиться определять те элементы, от которых зависят их свойства. Между тем долгое время ученые считали, например, металлы сложными веществами, а об элементах существовали самые противоречивые представления. В античной и средневековой науке элементы часто отождествляли со стихиями, из которых образуются все вещи (Эмпедокл и Аристотель) или же просто со свойствами самих вещей (алхимики). Даже понятие простого тела, с помощью которого Р. Бойль пытался определить элемент, оставалось недостаточно ясным и допускало множество разных толкований.
В этой главе мы рассмотрим, как исторически формировалось понятие химического элемента, на основании каких признаков простые вещества отличали от их соединений, или сложных веществ. Поскольку химия занимается прежде всего изучением различных типов химических реакций, постольку мы обсудим также, какие факторы влияют на характер их протекания и эффективность получения продуктов реакций.
Уровни познания химических веществ. Несмотря на обилие эмпирического материала о свойствах различных веществ, особенностях протекания разнообразных реакций, в химии до открытия в 1869 г. Периодической системы химических элементов Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834-1907) не существовало объединяющей концепции, с помощью которой можно было бы объяснить весь накопленный фактический материал. Следовательно, невозможно было представить все наличное знание как систему теоретической химии.
Было бы, однако, неправильным не учитывать ту громадную исследовательскую работу, которая привела к утверждению системного взгляда на химические знания. Уже с первых шагов химики на интуитивном и эмпирическом уровнях поняли, что свойства простых веществ и химических соединений зависят от тех неизменных начал, которые впоследствии стали называть элементами. Выявление и анализ этих элементов, раскрытие связи между ними и свойствами веществ охватывает значительный период в истории химии, начиная от гипотезы Роберта Бойля (1627-1691) и кончая современными представлениями о химических элементах как разновидностях изотопов, т.е. атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра и отличающихся по своей массе.
Этот первый концептуальный уровень можно назвать исследованием различных свойств и превращений веществ в зависимости от их химического состава, определяемого их элементами. Здесь мы видим поразительную аналогию с той концепцией атомизма, о которой шла речь в предыдущих главах. Химики, как и физики, искали ту первоначальную основу, с помощью которой можно было бы объяснить свойства всех простых и сложных веществ.
Второй концептуальный уровень познания связан с исследованием структуры, т.е. способа взаимодействия элементов в составе веществ и их соединений. Эксперимент и производственная практика убедительно доказывали, что свойства веществ, полученных в результате химических реакций, зависят не только от элементов, но и от взаимосвязи и взаимодействия этих элементов в процессе реакции. Именно поэтому в процессе познания и использования химических явлений необходимо было учитывать их структуру, т.е. особый характер взаимодействия составных элементов реагирующих веществ.
Третий уровень познания представляет собой исследование внутренних механизмов и условий протекания химических процессов, таких, как температура, давление, скорость протекания реакций и некоторые другие. Все эти факторы оказывают большое влияние на характер процессов и объем получаемых веществ, что имеет первостепенное значение для массового производства.
Наконец, четвертый концептуальный уровень является дальнейшим развитием предыдущего уровня, связанным с более глубоким изучением природы реагентов, участвующих в химических реакциях, а также применением катализаторов, значительно ускоряющих скорость их протекания. На этом уровне мы встречаемся также с простейшими явлениями самоорганизации, изучаемыми синергетикой.
