Философия_проб.сущ.хим.м

формы материи как одной из основных ее форм нельзя сделать достаточно конкретным, хотя, безусловно, известны черты, определяющие специфику этой ее формы. Среди них могут найтись черты, с большей, чем рассмотренные доводы, определенностью свидетельствующие о диалектическом отрицании ею сущности физической формы материи.

Специфика химической материи и движения имеет суб-

стратную и процессуальную стороны. Первая определяет вторую и выражается в ней как в способе своего существования. Вопрос о субстратной стороне химической материи получил однозначное философское и конкретно-научное решение. Начало этому положила выра-

ботка научного понятия химического элемента, завершившая противостояние двух умозрительных, созданных еще античными философами моделей вещества – атомистической и элементнокачественной30. В ретроспективной оценке рациональной идеей первой модели было то, что качество вещества необъяснимо из самого себя, теоретически производно от чего-то, что не является качеством, и в этом смысле вторично. (Поэтому качества одних веществ не объясняют ссылки на качества генетически связанных с ними других веществ.) Атом не является качеством, однако наивное положение, что он и не имеет его, лишило эту модель возможности стать философской базой научного понимания химических элементов даже при отказе от неделимости атомов. Рациональным моментом второй модели явилась мысль, что элементы вещества не могут быть лишены качеств, как и вещество в целом. Однако из-за еще более наивного отождествления предметов с их качествами (реально – со свойствами) именно элементы оказались лишенными всего, чем можно было бы объяснить их качества и чему эти качества следовало бы атрибуировать. Субстанциализация ряда качеств (свойств), превратившая их в элементы вещества, и попытка обращаться с ними как с предметами (вещами) определили неудачу алхимии, неустранимую и в случае замены «философских» ртути, серы и соли свойствами реальных водорода, гелия и т.д.

Научное понятие химического элемента снимает рациональные стороны обеих моделей, совмещая в себе химическое качество с тем, чему оно принадлежит, и что им не является – с атомом современной физики. В таком сочетании атом является элементарным химическим объектом, а не химическим качеством, которое обязано своим нали-

чием физической структуре атома, имеющей, как подмечено Т.С.Васильевой31, «химические полюса». Сомнения в этом можно объяснить лишь, так сказать, фантомным переживанием прошлой борьбы двух названных моделей вещества.

42

Субстратное многообразие химической материи является, в конечном счете, следствием химического взаимодействия (движения) атомов – их соединений, разъединений, перегруппировок, составляющих процессуальное многообразие химических реакций. Оно является предметом философского анализа постольку, поскольку в особой форме выражает отношение двух фундаментальных тенденций и составляющих мирового процесса: прогресса, усложнения и регресса, упрощения.

Кажущаяся иногда чрезмерной, «зацикленность» научной философии на прогрессе и регрессе имеет, кроме всего, логическую причину. Сложность (богатство содержания) является единственным из всеобщих признаком, по которому можно одновременно установить

содержание как тождества, так и различий между предметами и/или их состояниями, а это необходимо для того, чтобы изменение было

отражено философией в конкретном понятии. В отличие от абст-

рактных понятий, указывающих на признак и не отражающих его носителя (например «белизна»), конкретные понятия отображают признак вместе с его носителем (например «белила»). Чтобы понятие процесса было конкретным, оно должно отразить на одном основании содержание тождества и содержание различий его ступеней, отразив таким образом его единство и направленность. Этого нель-

зя сделать на основании присущего всем процессам признака «изменение» или признака «необратимость», присущего многим из них. Подобные признаки ведут только к абстрактным понятиям, научная ценность которых заведомо ниже, чем конкретных, потому, что сам процесс остается не отраженным. Если же изменение затрагивает сложность предмета, т.е. ступени процесса в чем-то совпадают и чемто различаются по их сложности, отражающие это понятия «прогресс» или «регресс» оказываются конкретными. В этом смысле можно сказать, что философия «видит» только процессы изменения сложности и не замечает других процессов. С одной стороны, это выглядит как ее ограниченность, обусловленная необходимостью отождествлять и различать ступени процессов на основании всеобщего признака. С другой стороны, это оборачивается широтой и универсальностью подхода философии к процессуальной стороне мира. Поскольку сложность является всеобщим признаком объективной реальности на всех ее уровнях и во всех ее частях, любой процесс можно рассматривать как сочетание моментов усложнения и упрощения и, таким образом, исследовать процессы, конкретными понятиями которых располагают частные науки, теоретически связывать эти процессы, обобщать их и т.д.

43

Все многообразие химических процессов имеет в основе два фундаментальных изменения – образование химической связи и ее разрыв. Первое является актом химического субстратного синтеза,

объединения нескольких единиц химического субстрата в более слож-

ную его единицу, химической формой прогресса. Второе – актом рас-

пада единицы химического субстрата на более простые единицы, химической формой регресса. Реакции, которые по их конечному результату не являются ни синтезом, ни распадом, например реакции обмена, можно представить как «равновесное» сочетание моментов синтеза и распада. Обмен формально означает для каждого его участника отсоединение (распад) одного и присоединение (синтез) другого компонента.

Диалектика химического субстратного синтеза и распада

выражает отношения прогресса и регресса как всеобщих противоположностей. Синтез является ведущей стороной существования химической материи в целом и, вероятно, отдельных химических реакций. Распад – стороной подчиненной и производной от синтеза. Во-первых,

исходные химические процессы являются синтезами на том тривиаль-

ном основании, что распад атома как элементарного химического объекта не является химическим процессом. Единственная химическая реакция, в которую могут вступить свободные атомы, является синтезом из них какого-то соединения. В этом отношении синтез безоговорочно первичен, а распад – вторичен. Во-вторых, химическая эволюция, состоящая в росте общего многообразия химических соединений и колоссальном усложнении части из них, в принципе, не может быть основана на распаде как своей ведущей тенденции. В этом случае средняя сложность соединений должна была бы понижаться от начала к концу эволюции, а химическая материя – возникать не в виде атомов химических элементов, а сразу в виде их сложнейших соединений, что противоречит данным современной космологии. В таком свете распад выступает как производное от синтеза условие самого синтеза: он де-

лает его гибким и разветвленным процессом. Если бы не было распа-

да, и атомы не могли покидать свои первоначальные соединения, итоговое разнообразие их соединений было бы гораздо беднее наблюдаемого, ограничиваясь, вероятно, монотонными по составу и структуре многоатомными агрегатами.

В-третьих, – и главное – стадия особого синтеза является ключевой в подавляющем большинстве естественно протекающих в природе реакций, включая реакции обмена и распада, поскольку они яв-

ляются каталитическими реакциями. «Катализ представляет собой наиболее общий и распространенный способ осуществления

44

термодинамически возможных реакций»32. Он заключается в пониже-

нии энергетического порога реакции за счет неполновалентного взаимодействия ее реагентов с «посторонним» веществом катализатора. Кроме того, что это взаимодействие ослабляет исходные внутренние связи реагирующих молекул, оно обеспечивает им выгодную для реакции деформацию и пространственную ориентацию (матричный эффект) и может служить каналом подвода к ним внутренней энергии структуры самого катализатора, иногда достаточной для преодоления уже пониженного энергетического порога реакции33. Таким образом, началом любой каталитической реакции служит соединение или синтез реагентов с катализатором. Однако его продуктом является не обычное устойчивое химическое соединение, а легко принимающее характер упомянутого раньше активированного комплекса или переходного состояния образование, способное к самодвижению в направлении реакции. В конце реакции его ожидает остающийся и здесь

вторичным и производным распад на обычные химические соедине-

ния, включая и вещество катализатора в его дореакционном состоянии. Остальные соединения, в зависимости от направления реакции, могут быть той же, что исходные реагенты, большей или меньшей степени сложности. Направленность же реакции непосредственно оп-

ределяется структурой самодвижущегося химического соединения реагентов с катализатором, которое является первым и самым слож-

ным из возникающих по ходу реакции образований. В этом свете любая каталитическая реакция является таким единством синтеза и распада, которое определяется синтезом, и можно сказать, что

субстратный синтез выступает сущностью химических процес-

сов природы, включая реакции, результат которых – разложение исходных соединений.

Однако возникает вопрос: имеет ли химический синтез принципиальное отличие от предшествующих ему физических синтезов, от-

ветственных за образование протонов и нейтронов из кварков, атомных ядер из протонов и нейтронов, атомов из ядер и электронов? Содержит ли он нечто, что можно рассматривать как диалектическое отрицание объединяющей все эти синтезы физической закономерности, или является прямым продолжением их ряда, т.е. всего лишь разновидностью «электромагнитного синтеза»?

Возможно, как раз такое отличие присуще каталитическому механизму преобразования вещества, который, по-видимому, отрицает один из эффектов, свойственных физической тенденции к снижению энергии взаимодействий, обеспечивающих ряд ведущих к химическим объектам синтезов. Взаимодействие кварков в нуклоне является

45

сверхсильным по отношению к сильному взаимодействию нуклонов в ядре, электромагнитное взаимодействие ядра и электронов в атоме гораздо слабее, чем связь нуклонов в ядре. Это распространяется и на химический синтез: энергия полновалентной связи ниже общей энергии связи ядра и электронов в атоме, неполновалентная связь слабее полновалентной.

Большинство переходов к менее сильному взаимодействию, так сказать, необращаемо: менее сильное взаимодействие не является фактором изменения предшествующего ему результата более силь-

ного взаимодействия. Одни нуклоны не превращаются в другие под действием ядерных сил. Одни ядра не превращаются в другие из-за взаимодействия с электронами. Атомы одних элементов не становятся атомами других под влиянием сил ковалентной связи между ними. Эта необращаемость энергетически более слабых взаимодействий на результаты предшествующих им более сильных, по-видимому, и явля-

ется эффектом, в отношении которого механизм катализа высту-

пает как его общее отрицание.

Слабые неполновалентные связи, соединяющие катализатор с молекулами реагентов, оказываются решающим фактором перерас-

пределения сильных ковалентных связей между их атомами, т.е. появ-

ления других молекул. Такое отношение разных по силе (энергии) полно- и неполновалентных взаимодействий позволяет противопоставить их пару всему ряду генетически предшествующих ей пар физических взаимодействий, несмотря на то, что их механизмы остаются физическими. В этом свете собственно химическими выглядят неполновалентные связи, непосредственно нарушающие «традицию» необращаемости. Полновалентные же связи, с одной стороны, предстают элементом последней необращаемой, физической пары «электромагнитная связь ядра и электронов атома - электромагнитная связь атомов». С другой стороны, именно они уже допускают отрицание со стороны более слабых, неполновалентных взаимодействий и являются первым элементом обращаемой пары химического взаимодействия, которое должно иметь интегральную природу – включать и отрицать физическое взаимодействие, – если химическое является основной формой материи. Отрицание выражается в каталитическом ослаблении полновалентных связей, и оно явно является их диалектическим отрицанием, поскольку наблюдаемое разнообразие химических со-

единений природы не могло бы появиться без катализа только за счет малоспецифичной физической (подъем температуры, давления и т.п.) активации реагентов. В пользу такой трактовки природы собственно химических взаимодействий и связей говорит и то, что генеральной

46

тенденцией химической эволюции является развитие каталитических систем (мы остановимся на этом в главе 5), рост активности, разнообразия и специфичности катализаторов, ведущий к химической основе живого.

Химическое обнаруживает, таким образом, важный признак основной формы материи, и это можно считать демонстрацией продуктивности представления, что сущность основной формы материи имеет интегральную природу – включает сущность предшествующей формы материи и является ее диалектическим отрицанием. Если вернуться к отражающей это представление схеме 4, вытекающее из сказанного «устройство» химической материи выглядит несколько неожиданным в отношении его начала. Низшим-накануне (1) кажутся не ядра и даже не атомы, а их первые ковалентно связанные соединения, простые молекулы. Дополнительному содержанию (2) соответствует результат дальнейшего еще только энергетически активированного (или путем туннелирования вблизи температуры абсолютного нуля) усложнения части из них, которое превращает их в соединения, способные каталитически активировать другие молекулы. Высшим же (В-В*) выглядит неполновалентное, способное к химическому самодвижению соединение этих молекул с катализатором.

Разумеется, это не повод отказать атомам в статусе элементарных химических объектов. Именно их структура непосредственно предопределяет существование химической, обращаемой пары полно- и неполновалентных взаимодействий, первый член которой одновременно является членом последней необращаемой, физической пары взаимодействий и сам по себе, таким образом, амбивалентен. Он всегда существует в составе этой физической пары, но не всегда сочетается с неполновалентными взаимодействиями и образуется за их счет. Поэтому понятие химического элемента нуждается в существенном дополнении, отражающем процессуальную сторону, самодвижение

химической материи, – в понятии элементарного химического акта.

Очевидно, что таким актом должно быть специфическое взаимодейст-

вие элементарных химических объектов, число которых не может быть меньше двух и «по умолчанию», интуитивно принимается именно за два. Но это число нельзя назначать формально, на самом деле оно определяется природой соответствующего взаимодействия, эффект которого может не проявляться в системе, содержащей недостаточное для него количество элементарных объектов. В свете сказанного элементарным химическим актом, по-видимому, является каталитический акт, который требует участия сравнительно большого числа элементарных химических объектов и выглядит куда

47

сложнее и менее тривиально, чем только физически активированное соединение двух атомов в молекулу. Неполновалентная связь слабее полновалентной. Поэтому главное энергетическое условие катализа –

общая энергия временных неполновалентных связей должна быть около полусуммы энергий исходных внутренних связей реагирующих молекул и образующихся связей продуктов реакции – выполняется, только если число участвующих в акте атомов превосходит число атомов в реагентах (равно и продуктах) реакции. Химическое в его

самодвижении нужно понимать как каталитическую систему, где со-

вершается этот акт, а не как атомы и обычные соединения сами по себе. Напрашивается, далее, несколько неожиданный вывод, что соединения, которые образуются без катализа, являются еще не вполне химическими по их происхождению и начало собственно химических процессов отделено от возникновения атомов полосой процессов построения из них каталитических систем. На ней химическая материя, образно говоря, готовится ходить самостоятельно, пользуясь нехимическими средствами активации своих элементарных объектов.

На таком фоне позиция сторонников онтологического сведения химического к физическому обнаруживает дополнительное основание. Соединениям, которые находятся в устойчивом дореакционном состоянии, не присуще, как «живое» и внутреннее, отрицание неполновалентными связями полновалентных связей. Часть их фактически не является к тому же и продуктом этого отрицания. Они подобны замороженным в жидком азоте клеткам, которые можно назвать не живущими, а лишь потенциально живыми. Долгое время они и были основным предметом химии, и изучены они гораздо полнее, чем «химичащие» – по аналогии с «живущими» – объекты. Лишь в последнее время «вопрос о сущности катализа становится одним из главных в химии»34. Вероятно, развернутый ответ на него приведет к тому, что нижнюю границу химической материи в ее самодвижении и саморазвитии придется поднять, не покушаясь при этом на понятие химического элемента.

Феноменологический характер выделения химической формы материи как одной из основных ее форм сохраняется и в только что рассмотренном доводе. (Этим характером объяснима и видимость формального противоречия, которое при желании можно усмотреть в последних абзацах.) Преодоление этого его характера требует углуб-

ления в сущность фундаментальных физических взаимодействий

(сильного, слабого, электромагнитного, гравитационного) и их связи. В каком отношении к этой сущности находятся необращаемые пары «сильное взаимодействие кварков - “остаточно” сильное взаимодейст-

48

вие нуклонов», «сильное взаимодействие нуклонов - электромагнитное взаимодействие ядра и электронов», «электромагнитное взаимодействие ядра и электронов - полновалентное электромагнитное взаимодействие атомов»? В каком – химическая, обращаемая пара полно- и неполновалентных электромагнитных связей атомов? В каком отношении к ней находятся, наконец, слабое и гравитационное взаимодействия, которые не входят ни в одну из этих пар, но способны изменять участников более мощных электромагнитного и сильного взаимодействий? Например, слабое взаимодействие вызывает превращение нейтрона в протон (β–-распад) и наоборот (β+-распад) «поверх» сильного взаимодействия нуклонов в ядре, делая его ядром другого элемента, а гравитационный синтез атомов в звезду разрушает их электромагнитную структуру, вызывая при участии слабого взаимодействия термоядерный синтез. Вопросы не кажутся наивными, если иметь в виду стоящий за ними вопрос. Какая физическая тенденция,

затрагивающая единство физической материи и все физические взаимодействия, реализуется с нарастающей полнотой в этом ряду их, на первый взгляд, физически произвольно или односторонне составленных пар вплоть до ее диалектического отрицания химическим катализом? На каком физическом основании систему ковалентно связанных атомов можно признать наиболее развитым выражением физической сущности, включенным в химическую материю?

Тем не менее, идея самостоятельности химической формы материи выглядит теперь более основательной. Поэтому присоединимся к позиции Т.С.Васильевой, что «химическое – это над-массэнер- гетический мир» и способ его существования (развития) есть «над-

массэнергетический синтез»35, который включает свою противопо-

ложность – распад – и выступает в отношении химической реальности в целом как ее интегральный прогресс. «Над» означает, что химическая форма материи имеет физическую, массэнергетическую основу, но является высшей основной формой материи, а не просто наиболее сложной разновидностью физической материи.

Как уже говорилось, философия различает предметы и ступени процессов по сложности, поэтому проблема сложности химических элементов и соединений являются важным пунктом философского исследования химической материи, направленности химической эволюции вещества Вселенной. Сложность – все, что есть в предме-

те, богатство его содержания. Оно имеет три стороны или со-

ставляющие – субстратную, структурную (организационную) и

49

динамическую (функциональную или поведенческую). Субстратная сложность есть количество и качественное разнообразие частей (компонентов, составляющих) предмета как целого. Структурная сложность или сложность организации – количество и качественное разнообразие связей (отношений) этих частей в предмете. Динамическую или функциональную сложность можно понимать как количество и разнообразие отношений и связей, в которых данный предмет находится с другими предметами, входя как часть в более широкие системы. Ее можно характеризовать также богатством возможностей, реализуемых в движении (взаимодействиях) данного предмета, и в этом смысле – как его эволюционный потенциал. Он сопряжен с предыдущим пониманием динамической сложности тем, что раскрывается в отношениях и связях предмета.

Проблема химической сложности специально исследовалась немногими авторами36, на результаты которых мы будем опираться, не приводя их подробно, но пытаясь определить перспективы их применения и развития. Она распадается, прежде всего, на проблемы сложности химических элементов и сложности химических соединений (шире – сложности многоатомных химических систем, включая реакционные, в частности, каталитические).

Сложность химического элемента (элементарного химиче-

ского объекта) в субстратном и структурном ее аспектах есть прежде всего физическая сложность атома, в динамическом же аспекте она является богатством его химических возможностей и соответствую-

щей ему сложностью химического поведения. Если физическая слож-

ность атомов монотонно возрастает с увеличением заряда ядра, то сложность их химического поведения изменяется при этом неравномерно, периодически падая до почти нулевой у инертных газов и вновь возрастая. Кроме того, в ряду элементов от первого до сотых явно выделяется группа сравнительно простых физически элементов, далеко превосходящих по сложности химического поведения все остальные – группа основных элементов-органогенов (H,C,N,O,P,S). В ней наиболее сложным в этом отношении является углерод, уступающий большинству ее членов в физической сложности. Критерий сложности химического поведения элемента должен отражать, по меньшей мере, 1) его способность образовывать многоатомные структуры, 2) их разнообразие, 3) разнообразие интегрируемых в них других элементов, 4) каталитическую активность этих структур, с которой связано самодвижение химических объектов. По совокупности этих позиций, а не по каждой в отдельности, органогены и среди них – углерод являются самыми сложными элементами. Это следует и из того,

50

что химическая основа живого – более сложной, чем химическая формы материи – должна быть сложнее не включенного в живое вещества и, следовательно, состоять из элементов с наибольшими эволюционными потенциалами и, соответственно, наибольшим богатством возможностей. Однако сам критерий этого богатства может содержать только количественно выразимые актуальные параметры атомов,

взятые в таком их отношении, выраженном формулой вида Н = f (a,b… n), где a,b… n – параметры, чтобы значение Н было максимальным для углерода, очень большим у других органогенов и минимальным, допустим, для гелия. Поиск таких параметров и отношения, на первый взгляд, является подгонкой критерия под заранее известный ответ, однако назначение критерия не в том, чтобы убедить скептиков в сложности углерода с помощью математической уловки. Смыслом его поиска и применения является, во-первых, возможное открытие пока не выявленной структуры в многообразии химических элементов, встроенной и дополняющей его периодическую структуру. Вероятно, что существует некая единица или «квант» сложности, пропорционально которому различаются химические элементы. В ряду элементов от первого до сотых должны быть не только пики сложности углерода и остальных органогенов и ее провалы у инертных газов, но также менее выраженные пики и провалы других элементов, некая «тонкая структура» их ряда. Не исключено существование элементов с одинаковой сложностью химического поведения, различающихся зарядом ядра – неких «изотопов» химической сложности, очевидными вариантами которых являются лантаноиды и актиноиды.

Во-вторых, поскольку вошедшие в критерий параметры будут характеризующими атомы физическими величинами и вероятно существование «кванта» сложности элементов по этому критерию, возможно, что его применение позволит наполнить конкретным содержанием упоминавшуюся абстрактную пока идею о наличии у химического элемента неких химических же «частей-полюсов» и структуры. Идея введена для разрешения парадокса неделимости химического элемента: как возможны химические взаимодействие и связь между не имеющими внутренней химической структуры объектами, если они состоят во взаимном изменении именно этих структур? «Квант» сложности химического поведения элементов, если он существует, должен быть привязан к субстрату атома, но не тождествен естественной физической части атома – нуклонам, электрону – и не выделим из атома практически в качестве относительно самостоятельного объекта. Субстрат этого «кванта» должен играть роль, так сказать, протохимического элемента – универсальной единицы хими-

51