всех домашних хозяйств. Характерные свойства каждого вещества определяются преобладающими частицами определённого вида. Гомеоманы Анаксагора всё ещё были далеки от атомов, потому что, согласно его учению, материя бесконечно делима, но это уже шаг в сторону атомов Демокрита и Эпикура.

1.3. АТОМИСТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ДЕМОКРИТА–ЭПИКУРА

Способность материи к бесконечному делению, признанная Анаксагором, была отвергнута Демокритом (460 – 370 гг. до н.э.). Отсюда и название «атом», т.е. неделимое, абсолютно сильное и, следовательно, вечное, оригинальное. Согласно Демокриту, весь окружающий нас мир формируется в результате объединения и разделения атомов, вечно движущихся в бесконечной пустоте.

Вещества отличаются друг от друга в форме атомов и их размерах. Самые большие атомы находятся в земных телах, самые маленькие – возле огня. Основная характеристика существующих в действительности атомов – форма. Свойства, такие как вкус, цвет, тепло и холод, являются условными.

Когда образуется новое вещество, появляются качества, которые зависят от формы и взаимного расположения атомов в пространстве. Из-за особенностей их размеров и форм частицы материи могут при прямом контакте придерживаться друг друга и давать связи с новыми качествами. Атомы сохраняют свою индивидуальность и в результате разделения, могут быть разделены.

С критикой механистических взглядов Демокрита выступил Эпикур (341 – 270 гг. до н.э.), который утверждал, что «не может существовать ни крючкообразных, ни тридентатных, круглых атомов». Эпикур, в отличие от Демокрита, не признавал бесконечного разнообразия форм атомов. Он предполагал бесконечно большое, но не бесконечное число различных форм атомов. Эти атомы абсолютно плотные, имеют определённые размеры, у них небольшие процессы, через которые они переплетаются. Эпикур выразил интересное предположение о «мельчайших частицах», которые всегда существовали в атоме и неотделимы от него.

Эпикур допускал спонтанное отклонение атома от его прямолинейной траектории движения. Он выдвинул гипотезу о связи атомов, чтобы объяснить возникновение сложного тела, но оставил открытым вопрос о силах взаимодействия между атомами.

Эпикур ожидал будущий научный синтез учения об атомах с учениями, химическом соединении, но совместить несовместимое, т.е. атомизм с учением об элементах, он не мог.

8

В середине I в. до н.э. римский поэт Титус Лукреций Карус в шести книгах своей поэмы «О природе вещей» изложил атомистическое учение Эпикура. Стихотворение было напечатано в 1473 г. и переиздано в 1486 г.

Учение об атомной структуре материи является плодом научной абстракции, позволяющей отказаться от случайности эксперимента. Создав атомы своей мыслью, создатели атомной теории нашли их тогда объективно существующими. Но было бы неправильно думать, что это учение породило только абстракция. У греческих философов абстракция и наблюдение взаимно дополняли друг друга.

Обычные наблюдения подтвердили идею существования невидимых подвижных частиц.

В древние времена наблюдения и эксперименты служили не столько для открытия новых истин, сколько для иллюстрации предвзятой позиции. Эксперимент не стал решающим арбитром, поскольку было ясно, что конкретные детали атомного мира недоступны для «грубого» экспериментального исследования. В конце концов, атомы не могут наблюдаться нашими чувствами. Все физические свойства вещества не являются характеристиками, характеризующими отдельные атомы. Они отражают свойства большого числа атомов, которые каким-то образом влияют друг на друга. Если бы атомов не существовало, то все вещества были бы разрушены под влиянием неумолимого времени. Это стало отправной точкой атомистической концепции Эпикура и Лукреция.

1.4. УЧЕНИЕ АРИСТОТЕЛЯ

Великий мыслитель древности Аристотель (384 – 322 гг. до н.э.) принял учения Эмпедокла по четырём материальным элементам, добавив к ним начало движения – пятый нематериальный элемент – quinta essentia. Он предположил существование первичной материи, признаки которой могут измениться. В качестве характерных свойств первичного вещества Аристотель принимал тепло и холод, сухость и влажность. Свойства тепла и сухости олицетворял элемент – огонь, холода и влажности – вода, что контрастировало с огнём. Земля была холодной и сухой, а воздух был тёплым и влажным.

Сочетание элементов с противоположными свойствами было невозможным: тепло не могло соприкасаться с холодом, а влажность – с сухостью. Согласно Аристотелю, свойства в элементах объединены парами:

Первичная материя + теплота и сухость = огонь. Первичная материя + холод и сухость = земля. Первичная материя + теплота и влажность = воздух. Первичная материя + холод и влажность = вода.

9

Элементами Аристотель называет последние составные части внутри данного тела, которые больше не делятся. «Элемент – это то, что является основным в составе вещи, из которой составлена вещь, и она сама по себе не делится дальше». Преобразование элементов друг в друга является основным положением учения Аристотеля. Элементы могут быть преобразованы не только друг в друга, но и в результате их связи возможно формирование более сложных состояний или сложных тел.

С точки зрения Демокрита, в солёной воде с помощью специального «глаза» можно увидеть отдельные частицы воды и соли. Аристотель считал, что видеть частицы воды и соли в солёной воде нельзя, потому что у неё уже нет воды, нет соли. При растворении соли было получено новое вещество – солёная вода, когда его делят на мельчайшие капли, получают капельки солёной воды, а не частицы чистой соли и воды. Соль и вода не только механически смешиваются, но превращаются в солёную воду (переходят в более сложное состояние). Когда оно испаряется, вода и соль рождаются снова.

Аристотель выделил механические и совершенные смеси. В механических смесях компоненты существуют независимо друг от друга, но в совершенных они превращаются в сложные однородные вещества, в которых даже вооружённый глаз не может видеть отдельных частей, то есть образуется новое вещество, в котором нет никаких оригинальных веществ. Уничтожить такие смеси может только огонь.

В качественном отношении химическое соединение mixis представляет собой однородное целое. Согласно фигуративному выражению Аристотеля, никто, даже мифический Линчия, обладающий исключительной бдительностью, не может видеть составные части mixis. Это как раз качественно новое химическое соединение (так как можно передать понятие mixis, хотя Аристотель имел более широкий смысл и включал сплавы, растворы и т.д.). Учёный отказался вычислить механистическое представление древних атомистов, согласно которому качества оказались вторичными свойствами. Если корпускулы недоступны для наблюдения, то нет доказательств их существования – это был вывод Аристотеля. Если у всех атомов, говорил Аристотель, одна и та же природа, то как они формируют разные вещи, а если разные, то в чем именно заключается эта разница? Суть волновавшей Аристотеля проблемы лучше всего можно понять из следующего его рассуждения. Поскольку отдельные буквы и слоги составляют слова, сложные тела состоят из элементов. И так же, как слово и слог – нечто большее, качественно отличное от отдельных букв, поэтому сложное тело в своей качественной оригинальности является чем-то новым по сравнению с элементами или их суммой, из которых она состоит.

10

По словам Аристотеля, огонь, воздух, вода и земля – это не настоящие вещества, знакомые каждой повседневной жизни, а четыре разных состояния или формы одного первичного вещества. Следовательно, элементы могут трансформироваться друг в друга. Для этого изменения необходимо только формирование комбинации качеств, характеризующих новый элемент.

Идея о возможности превращения веществ составляла основу учения Аристотеля о процессах образования в недрах металлов и минералов земли. Он считал, что существует два типа испарения: влажный и сухой. Сухое испарение, соединяющееся с землей, образует минералы, мокрые металлы. Эта доктрина оказывает огромное влияние на развитие представлений о трансформации веществ.

1.5. АЛХИМИЯ

Идея Аристотеля о трансформируемости элементов была, так сказать, «теоретической» программой более чем тысячелетнего поиска трансмутации металлов, а изучение металлов породило «экспериментальные» источники алхимии.

Во II веке в Александрийской академии была алхимия, в которой учили «священное тайное искусство» имитации драгоценных металлов. Одной из существенных причин, породивших идею трансформируемости «элементов», было изучение ртути и её соединений. Ещё в XV в. до н.э. в Египте, Месопотамии, Китае ремесленники получали ртуть из киновари. Затем была обнаружена способность ртути образовывать амальгаму (Dioscorides, I в. н.э.) с металлами (золото, серебро, медь и т.д.). Изучение процесса слияния в дополнение к практическому значению (извлечение золота из руд) способствовало тому, что ртуть как всесильный «эликсир» способна превращать определённые металлы в другие, придавая веществам различную окраску. Изменение цвета и плотности исходного вещества при его взаимодействии с ртутью было принято в качестве доказательства превращения металлов.

Древний человек, чьё мировоззрение проникнуто мистикой, считал, что «искусственное золото» (т.е. бронза), которое он приготовил из меди и олова, со временем стало зелёным, потому что не были соблюдены некоторые таинственные обряды, которые всегда защищали природное золото от «болезни». Таким образом, существовали предпосылки для поиска магического философского камня, способного превращать неблагородные металлы в золото и спасать его от болезней.

Алхимики возлагали большие надежды на искусственное получение киновари (сульфида ртути), которая в зависимости от условий была поразному окрашенной (более 20 оттенков) – от ярко-красного до синего.

11

Эксперименты по сжиганию Галена PbS – тёмно-серого минерала с металлическим блеском, содержащего примеси серебра и золота, также породили идеи трансмутации металлов: галенит–свинец–серебро–золото.

Алхимики утверждали, что если все (тогда известные) металлы растворяются в ртути, то она служит основным материалом всех металлов.

Арабская алхимия: преподавание алхимиков по элементам «сера» (сера – горючесть), «ртуть» (ртуть – летучесть), «соль» (растворимость, нелетучесть) позволило классифицировать вещества в соответствии с их сходными свойствами. В то же время в одной группе появились такие вещества (спирт и ртуть), которые для всех других свойств отличались друг от друга.

Из одного алхимического трактата к другому учение Гебера о сере (начало воспламеняемости) и ртути (начало металличности) прошло без значительных изменений. Во время их взаимодействия были получены различные металлы и руды.

Врукописях арабских и среднеазиатских учёных X – XI вв. часто можно найти объяснение образования семи металлов в зависимости от «родительской пары» – ртути и серы.

Бируни А. считал ртуть не металлом, а «матерью металлов». В своей сложной работе «Минералогия» (1048) в группе металлов он поставил ртуть перед золотом.

Всредние века европейские геохимики были широко известны теорией Джебера. Роджер Бэкон (1219 – 1292) в своей книге «Зеркало алхимии» писал, что металлы и все другие минеральные вещества, разновидности которых многочисленны и разнообразны, порождаются сочетанием ртути и серы. «Основой металлов является ртуть и сера. Эти два происхождения породили все металлы и все минералы, которых очень много и которые очень разнообразны».

Произведения арабского учёного ар-Рази (865 – 925) были очень известны. Он объединил атомистическую теорию с теорией первичной материи Аристотеля. В своих трактатах ар-Рази отметил, что все вещества состоят из неделимых атомов и пустого пространства между ними. Свойства веществ, состоящих из четырёх оснований Аристотеля, зависят от размера составляющих атомов и пустот между ними.

Арабские и среднеазиатские учёные значительно улучшили равносторонние весы коромысла, которые использовали египтяне и греки. Арабы взвешивали вещества с точностью до 5 мг. В трактате хорезмского учёного аль-Хазини «Книга о весах мудрости», написанном в 1121 г., даётся подробное описание различных конструкций весов (в том числе гидростатических) и методов взвешивания.

12

1.1. Удельные веса металлов по данным аль-Хазини

«Шкалы мудрости» позволили получить информацию о компонентах металлического сплава, состоящих из любых двух металлов, не отделяя их друг от друга плавлением или рафинированием.

Большой интерес представляют данные аль-Хазини, полученные им при определении плотности различных веществ (табл. 1.1).

Европейская алхимия. Теоретические представления древних греческих естественных философов и эмпирическое развитие практических методов в древних химических промыслах, казалось, подготовили реальную основу для возникновения научной химии. Между тем пятнадцать столетий делят химию древних и химию как науку XVII – XVIII вв. Потребовались длительные испытания вещества, чтобы безграничная вера в его трансформируемость в конечном итоге рухнула под давлением экспериментальных исследований алхимиков.

Идея о существовании первичной материи, способной приобретать определённые качества в отдельных принципах-элементах и зменять эти качества в процессе трансформации одного принципа в другой, приобрела новое значение для европейских алхимиков. Абстрактные аристотелевские начала-элементы постепенно заменяют «принципы» (ртуть и сера), которые несут в себе определённый элемент материальных принципов. Чтобы получить секретную квинтэссенцию путём манипулирования веществами, воздействуя на них различными способами (обжиг, растворение, измельчение и т.д.), алхимики невольно начали изучать зависимость свойств веществ от их состава. В определённой степени они на протяжении многих веков подготовили «материальную и техническую» основу для дальнейших исследований в области химии. К концу XVI века были хорошо разработаны такие операции, как растворение, дистилляция, испарение, сублимация, осаждение, кристаллизация, прокаливание (обжиг), инфузия, сублимация с использованием воды и песчаных ванн (рис. 1.1). Все известные химические операции в то время подробно опи-

13

саны А. Либавием в его учебнике «Алхимия» (1597). Использование дистилляционных аппаратов позволило химикам в XI – XII вв. получить чистый алкоголь. Открытие этилового спирта в Европе (Южная Италия), по всей вероятности, относится к периоду 1050 – 1150 гг. Уже в XIII в. этиловый спирт был известен как медицинское устройство. Его называли «матерью, сувереном, королевой всех лекарств». С 1600 года для извлечения веществ используется спирт.

В1270 году Ф. Бонавентура описал приготовление царской водки с действием азотной кислоты на раствор аммиака. После этого было сделано важное открытие – способность царской водки растворять золото. Оказалось, что «царь» металлов может раствориться. С этого момента недра земли стали доступны для изучения. Изучение взаимодействия кислот и щелочей привело химиков к открытию реакции на получение солей.

Тахени О. утверждал, что все соли состоят из двух «универсальных принципов» (кислот и щелочей). Когда к калийному раствору добавляли азотную кислоту, получали нитрат. В то время учёные знали «нелетучие щелочи» (сода, поташ) и «летучие щёлочи» (водный раствор аммиака, карбонат аммония).

В1648 – 1660 годах И. Глаубер, нагревая в дистилляционном кубе смесь хлорида натрия или нитрата с серной кислотой, получил концен-

трированные соляные и азотные кислоты. Это образовало соль Na2SO4– 10H2O (соль Глаубера). Открытие минеральных кислот позволило использовать их для растворения и отделения труднорастворимых веществ, особенно металлов (рис. 1.2).

.

Рис. 1.1. Печь для дистилляции (первая половина XVII в.)

14