История развития науки химии

ВВЕДЕНИЕ

     Прежде  чем достигнуть современного состояния, химия прошла сложный многовековой путь развития. С течением времени  круг известных химикам веществ, методов их получения и исследования постепенно расширялся. Одновременно расширялись и совершенствовались теоретические представления о  составе и строении веществ, о  химических явлениях и процессах.

     При общем знакомстве с этим процессом  накоплением химических знаний выявляются некоторые характерные особенности. Следует отметить, что основные направления  развития химии заметно изменялись от эпохи к эпохе; так, каждой из них  были свойственны свои проблемы, выдвигавшиеся  для разработки и решения.

     Первой  особенностью развития химии является то, что развитие происходило в определенных социально-экономических условиях, во взаимодействии с различными общественными явлениями и процессами. Огромное и разностороннее влияние на прогресс в области химии оказывали крупнейшие социально-экономические события: революции, войны, научные и промышленные революции, а также другие явления.

     Вторая  особенность исторического процесса развития химии состоит в неравномерности  протекания этого процесса. Известны периоды полного застоя и, наоборот, бурного, скачкообразного развития химических знаний. Это обусловлено  социально-экономическими факторами.

     Помимо  этого, проявляются тенденции, обусловленные  внутренними потребностями самой  науки, необходимость теоретических  обобщений добытого экспериментального материала или экспериментально проверки вновь выдвигаемых гипотез  и теорий. Наконец, существует еще  один фактор развития науки - ученные.

     Задачей истории химии является исторический анализ состояния химических знаний в различные эпохи, установление причин и предпосылок крупнейших открытий и направлений исследований. Особое значение приобретает объективная  оценка и критика теорий в экспериментальных  исследованиях ученных прошлого.

     В наши дни знание истории химии  помогает правильно понимать и выполнять  задачи дальнейшего развития науки  и техники. Но не все события являются объектами исторического изучения, а лишь те, которые могут быть объективно оценены и принести практическую значимость в будущем. 

     Глава 1. «Химические знания в древности»

     Проблема  получения материалов (веществ) с  заданными свойствами в практическом плане возникла, видимо, одновременно с человеком, который на протяжении достаточно длительного с точки  зрения эволюции времени не столько приспосабливается к окружающей среде, сколько приспосабливает окружающую среду к себе. Важнейшую роль в преобразовании человеком природы играют разного рода химические операции с веществом. Однако начало зарождения ремесленной химии следует в первую очередь связывать, видимо, с появлением и развитием металлургии. В истории Древнего мира традиционно выделяются Медный, Бронзовый и Железный века, в которых основным материалом для изготовления орудий труда и оружия являлись соответственно медь, бронза и железо. Соответственно и в развитии древней металлургии можно выделить следующие основные этапы:

1.  Медь  впервые получена выплавкой из  руд, видимо, примерно за 9000 лет  до н.э. Достоверно известно, что в конце VII тысячелетия до н.э. существовала металлургия меди и свинца. В IV тысячелетии до н.э. уже имело место широкое распространение изделий из меди.

2.  Приблизительно 3000 годом до н.э. датируются первые изделия из оловянной бронзы, сплава меди и олова, значительно более твёрдого, чем медь. Несколько раньше (примерно с V тысячелетия до н.э.) широко распространились изделия из мышьяковистой бронзы – сплава меди с мышьяком. Бронзовый век в истории длился около двух тысяч лет; именно в бронзовом веке зародились крупнейшие цивилизации древности.

3.  Первые  изделия из железа неметеоритного происхождения были изготовлены примерно за 2000 лет до н.э. Примерно с середины II тысячелетия до н.э. изделия из железа получили широкое распространение в Малой Азии, несколько позднее – в Греции и Египте. Появление металлургии железа представляло собой существенный шаг вперёд, поскольку технологически получение железа значительно сложнее выплавки меди или бронзы. Для получения железа необходимо применение дутья – продувания воздуха через горящий древесный уголь, а также использование добавок – флюсов, облегчающих отделение примесей в виде шлаков. Переход к металлургии железа предполагает также существенное усложнение технологии обработки металла после плавки – ковка, науглероживание поверхностного слоя, закалка и т.п. Примерно в IV в. до н.э. в Персии был открыт способ изготовления булатной стали – высокоуглеродистого железа, которому посредством длительной обработки придавались совершенно уникальные пластичность и твёрдость. В раннем средневековье стала известна т.н. дамасская сталь, представляющая собой сравнительно дешёвую подделку под настоящий булат.

     В III тысячелетии до н.э. были известны также и способы получения из руд золота и серебра. В середине II тысячелетия до н.э. впервые получена ртуть. Таким образом, в Древнем мире были известны в чистом виде семь металлов: медь, свинец, олово, железо, золото, серебро и ртуть, а в виде сплавов – ещё и мышьяк, цинк и висмут. Достижения металлургов древности стали основой металлургической техники всего средневековья. Сколько-нибудь существенные усовершенствования в старинные методы выплавки металлов, особенно в технику получения железа, были внесены лишь в Новое время.

     Помимо  металлургии, накопление практических знаний происходило и в других областях химической технологии. Уже в III-м тысячелетии до н.э. помимо известной с древнейших времён терракоты (обожжённой глины) получили широкое распространение изделия из майолики, покрытой слоем обливной глазури, окрашенной оксидами свинца, железа, меди, кобальта. Примерно к тому же времени относятся и первые изделия из стекла, обнаруженные в Месопотамии, Египте и Палестине. Настоящее производство стекла, которое окрашивалось в разные цвета, появилось в Древнем Египте в середине II тысячелетия до н.э. Египетские рецепты, датируемые II-м тысячелетием до н.э., свидетельствуют также и о весьма высоком уровне развития парфюмерного искусства, косметики, технологий крашения тканей и дубления кож, фармации и т.п.

     Следует отметить, что в доантичные и ранние античные времена именно Египет являлся общепризнанным лидером в области химической технологии (исключая, пожалуй, металлургию). Весьма важной особенностью ремесленной химии в Древнем Египте являлось то, что все ремёсла находились под эгидой храмов, в которых жрецы тщательно записывали и сохраняли используемые технологии и рецептуры. Наивысшего расцвета химические (как, впрочем, и все прочие) технологии Древнего мира достигли в эллинистическом Египте и императорском Риме. Своеобразной энциклопедией естественнонаучных знаний античности стала 37-томная "Естественная история" Плиния Старшего, содержащая сведения по медицине, минералогии, металлургии, астрономии, физической географии, метеорологии, зоологии, ботанике и прочим разделам естествознания.

     Накопление  запаса практических сведений и навыков, получение большого числа новых  веществ с разнообразными свойствами уже в античные времена не только позволяло, но и требовало сделать  некоторые обобщения. Именно в античной философии впервые была поставлена проблема происхождения свойств  вещества.

Учение  Аристотеля

     До  логического совершенства систему  четырёх стихий довёл один из величайших мыслителей античности – Аристотель из Стагиры (384-322 до н. э.). По мнению Аристотеля, четыре известные стихии не материальны, а являются лишь различными проявлениями (состояниями) первоматерии. Первоматерия предстаёт человеку, проявляя одновременно два из двух пар противоположных свойств – холода или тепла и влажности или сухости:

Тепло + сухость = огонь        Тепло + влажность = воздух

Холод + сухость = земля         Холод + влажность = вода

     В результате соединения элементов в  различных сочетаниях возможно образование  сложных тел с различными свойствами. Образование нового тела (с иным сочетанием элементов) возможно, по Аристотелю, в результате миксиса – истинного смешивания (в отличие от механического). Важным моментом в учении Аристотеля является способность элементов к взаимопревращению. Это возможно, поскольку каждый элемент представляет собой лишь одно из состояний единой первоматерии (определённое сочетание качеств). Положение о возможности превращения одного элемента в другой стало позднее основой алхимической идеи о возможности взаимных превращений металлов (трансмутации).

     Ещё одним моментом в учении Аристотеля является сделанное им предположение  о существовании пятого элемента (по латыни quinta essentia; эфир или начало движения), из которого состоят небесные тела.  Поскольку небесам присущи вечность и совершенство, они не могут быть образованы теми же элементами, что и земные тела (тела "подлунного мира").

     По  мнению Аристотеля, Вселенная и Разум  подчинены одним и тем же законам. Поэтому учение Аристотеля построено в точном соответствии с законами формальной логики, созданием которой человечество также обязано ему (именно в формальной логике Аристотеля впервые использован упомянутый выше квадрат противоположностей). Система Аристотеля имеет чрезвычайно важное с точки зрения натурфилософии достоинство – она внутренне непротиворечива, т.е. ни одно из следствий не находится в противоречии с исходными посылками. Поскольку в спорах античных философских школ именно логика являлась главным инструментом (эмпирические данные использовались натурфилософами лишь в качестве иллюстрации), учение Аристотеля со временем заслужило широкое признание. Особенно популярным оно стало у арабов и в средневековой Европе. Несомненной заслугой Аристотеля было создание рациональной, всеобъемлющей, целостной, упорядоченной на основе его логики системы знаний, оказавшей огромное влияние на развитие позднейшей философской мысли.

     В целом космология последователей Аристотеля, который, в отличие от Анаксимандра, считал Вселенную конечной, может  быть представлена следующим образом. Вокруг центра Вселенной (центра Земли) расположены последовательно сферы  четырёх элементов в порядке  уменьшения их тяжести – земли, воды, воздуха и огня. Далее следуют  планеты, обращающиеся вокруг Земли, в  следующем порядке: Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн. За орбитами планет расположена сфера неподвижных звёзд. Движение планет по небосводу достаточно точно описывалось разработанной около 150 г. н. э. геоцентрической системой Клавдия Птолемея (ок. 90-160), у которого в силу совершенства небес орбиты обращения планет вокруг Земли являлись правильными окружностями (вследствие чего пришлось вводить систему эпициклов). Нетрудно, кстати, заметить здесь несомненные аналогии с современным взглядом на строение Земли: литосфера, гидросфера, атмосфера и магнитосфера – не что иное, как сфера земли, сфера воды, сфера воздуха и сфера огня в системах Эмпедокла, Платона, Пифагора и Аристотеля. Четыре стихии античных натурфилософов можно счесть также прообразом четырёх агрегатных состояний вещества – твёрдого, жидкого, газообразного и плазменного.

     Следует отметить, что в античные времена  Платон считался более значительным философом, чем Аристотель. Однако в  средневековой философии авторитет  Аристотеля был совершенно непререкаемым, и в развитии химии натурфилософия Аристотеля – по выражению Бертрана Рассела, "система Платона, разбавленная здравым смыслом" – сыграла  важнейшую роль. Значительную, хотя и не главную роль в поддержании  многовекового господства учения Аристотеля сыграл и тот факт, что именно оно было выбрано в качестве натурфилософии христианской церковью.

     Глава 2. «Алхимический  период»

Арабская  алхимия

     В VII веке началось победоносное шествие  новой мировой религии – ислама – что привело к созданию огромного  Халифата, включившего в себя Малую  и Среднюю Азию, Северную Африку (включая, разумеется, и Египет) и  юг Пиренейского полуострова в Европе. Арабские халифы, подражая Александру Македонскому, покровительствовали  наукам. На Ближнем Востоке –  в Дамаске, Багдаде, Кордове, Каире  – были созданы университеты, на несколько столетий ставшие главными научными центрами и давшие человечеству целую плеяду выдающихся учёных. Слово  khemeia преобразовалось в арабском языке в al-khimiya, давшее название описываемому этапу. Влияние ислама в арабских университетах было сравнительно слабым; кроме того, изучение трудов античных авторов не противоречило трём обязательным исламским догматам – вере в Аллаха, в его пророков и загробный суд. Благодаря этому на Арабском Востоке могли свободно развиваться научные представления, в основе которых лежало научное наследие античности, в том числе и александрийская khemeia.