ПРЕДИСЛОВИЕ

Поводом к появлению настоящей книги послужил курс лекций под необычным названием «Диалектика развития хи­мии», который в течение двадцати лет читал автор аспирантам и слушателям факультета повышения квалификации преподавателей химии Московского химико-технологического института им. Д. И. Менделеева. Лейтмотивом этого курса являлось всестороннее обсуждение тех фундаментальных проблем химии, которые каза­лись раз и навсегда решенными в рамках классической науки, но вызвали неожиданное замешательство в результате новейших на­учных открытий.

Речь идет о коренном пересмотре понятий: химического соеди­нения— в связи с изучением бертоллидных систем в русле химии твердого тела; валентности — в связи с открытием ферроцена и других металлоценовых соединений; структуры молекул — после того как были открыты бульвален и ему подобные соединения, об­ладающие динамичной валентной изомерией; катализа — в связи с успехами в области нестационарной химической кинетики и т. д. Но наряду с этим появились и такие вопросы, которые вызваны застойными явлениями в развитии отдельных отраслей химии, на­пример чрезмерным увлечением исследованием молекул в их до-реакционном состоянии и относительно меньшим вниманием к изучению химической динамики. На это обстоятельство еще в се­редине 1950-х годов указывал ,Н. Н. Семенов. Потребовалось реше­ние вопросов, вызванных крайней запутанностью существующей классификации химических знаний. Возникла, наконец, необходи­мость решения сложных проблем химической эволюции, чего клас­сическая химия вовсе не касалась.

Естественно, что подобные изменения потребовали глубокого осмысления особенностей современного этапа развития химии. Путь же к реализации этой задачи был только один — обращение к истории и теории химического познания. В свое время появилась книга, которую можно рассматривать как первый опыт восхожде­ния от диалектических абстракций к конкретной исторической действительности в развитии химии. Настоящая книга представля­ет собой второй шаг по тому же пути.

Следует отметить, что в методологическом отношении автор следовал принципу, которого придерживались Д. И. Менделеев и

* Кузнецов В. И. Диалектика развития химии. М., Наука, 1973. 328 с.

3

ББК 24.1 К89 УДК 546

Рецензенты: кафедра процессов и аппаратов Московского инсти­тута химического машиностроения (зав. кафедрой чл.-кор. АН СССР проф. А. М. Кутепов) и проф. С. И. Дракин (Московский химико-техно­логический институт им. Д. И. Менделеева)

Рекомендовано Государственным комитетом СССР по народному обра­зованию для аспирантов, слушателей факультетов повышения квалифи­кации, преподавателей и студентов химических и химико-технологиче­ских специальностей высших учебных заведений

Кузнецов В. И.

К89 Общая химия: Тенденции развития: [Науч.-попул.]. — М.: Высш. шк., 1989.—288 с.: ил.

ISBN 5-06-000666-2

Рассматриваются важнейшие законы, теории и проблемы химии в единстве всех основных химических дисциплин, включая химическую технологию, а также тенденции и пути интенсификации развития химических знаний и химического про­изводства. Названы наиболее вероятные направления революционизирующих на­учных открытий. Впервые подробно рассмотрены проблемы самоорганизации фи­зико-химических систем и химической эволюции. В свете новейших научных от­крытий, вызвавших коренные изменения в понятийном аппарате химии, рассмот­рены особенно трудные проблемы — валентности, критериев химического соедине­ния и катализа.

„ 1703000000—214 ББК 24.1

К КБ—40—18—88 540

001(01)—89

Научно-популярное издание Кузнецов Владимир Иванович

ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

Зав. редакцией С. Ф. Кондрашкова. Редактор Г. С. Гольденберг. Мл. редакторы С. М. Ерохина, Л. С. Макаркина. Художественный редактор Е. Д. Косырева. Художник В. М. Боровков. Технические редакторы Ю. А. Хорева, Е. И. Герасимова. Корректор С. К. Завьялова

ИБ № 8201

Изд. J* Хим-860. Сдано в набор 25.10.88. Подп. в печать 21.02.89. Т-07745. Формат 60X88'/i6. Бум. офсетная № 2. Гарнитура литературная. Печать офсетная. Объем 17,64 усл. печ. л. 17,64 усл. кр.-отт. л. 19,87 уч.-изд. л. Тираж 23000 экз. Зак. № 1654. Цена I р. 10 к.

Издательство «Высшая школа», 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., д. 92/14.

Московская типография № 4 Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 129041, Москва, Б. Переяславская ул., 46.

ISBN 5-06-000666-2 © Издательство «Высшая школа», 1989

ВВЕДЕНИЕ

«Хорошо поставить вопрос — значит уже наполовину решить его».

Д. И. Менделеев

Настоящая книга во многом необычна.

Во-первых, она представляет собой попытку изложения основ­ных законов и теорий химии как естественно-научной дисциплины в связи с проблематикой химической технологии, являющейся од­ной из технических наук. Она призвана, таким образом, хотя бы в первом приближении объединить две отрасли знаний, которые до сих пор в высших учебных заведениях представляли два разных учебных предмета. До недавнего времени для такого объединения еще не было оснований. Сегодня же эти основания появились: на наших глазах происходит синтез химии и химической технологии в единую науку. Более того, только изучение взаимосвязей этих двух отраслей знания дает возможность глубоко проникнуть в их содер­жание, в их социальное назначение и в их проблемы.

Во-вторых, здесь химия и химическая технология излагаются не в обычной форме готовых научных данных, совокупность которых на сегодняшний день составляет существо этих наук, а в нетради­ционной форме непрерывно развивающейся единой системы хими­ческих знаний. Такой метод изложения направлен против абсолю­тизации существующих законов и теорий, даже если они и служат практике, ибо «знание готовых выводов, без сведения о способах их достижения, может легко вести к заблуждению... потому что тогда неизбежно надо придавать абсолютное значение тому, что относи; телъно и временно» (Д.М.Менделеев). Описание же способов по­лучения научных данных ориентируют на поиск новых эксперимен­тальных и теоретических результатов, полнее и глубже отражаю­щих сущность явлений. Описание развития знаний в динамике дает возможность установить закономерности, тенденции и, следователь­но, перспективы развития химии и химической технологии. Ясно, что постановка и тем более достижение такого рода целей имеет исключительно важное значение для сегодняшних студентов, кото­рые через 5—7 лет станут определять судьбы общественного про­изводства.

В-третьих, автор рассматривает науку вообще, химию и хими­ческую технологию, в частности, не только как развивающуюся

5

А. М. Бутлеров, создавая свои учебники «Основы химии» и «Вве­дение к полному изучению органической химии». В обоих этих учеб­никах истодия химии служит средством решения теоретических проблем и одновременно фоном изложения всего обширного мате­риала химии. То, что касается идей Д. И. Менделеева в этом отно­шении, читатель встретит во всех главах книги. Что же касается бутлеровского подхода к построению учебника, то о нем здесь можно сказать лишь следующее: А. М. Бутлеров решил преподне­сти свой учебник студентам в форме развертывающегося исследо­вания, в котором показана последовательность появления и смены различных теоретических воззрений, раскрыты перспективы раз­вития химических знаний и сформулировано своеобразное пригла­шение к участию в решении вновь назревающих проблем. Это ли не образец для подражания?

Нынешний этап развития химии характеризуется неизмеримо большей сложностью и большим числом проблем. И, конечно, ни­кто не претендует на то, чтобы по каждой из них поставить все точ­ки над 1. Поэтому здесь ставятся ограниченные, хотя и нелегкие, задачи: во-первых, обратить внимание на наиболее актуальные из этих проблем и наиболее надежные методы их решения и, во-вто­рых, попытаться на основе логической реконструкции истории хи­мии выяснить общие тенденции ее развития. Насколько удалось осуществить этот замысел— будет судить читатель.

Автор выражает искреннюю признательность тем, кто оказал помощь в подборе исходного материала для книги и в обсуждении рукописи, — чл.-кор. АН СССР А. Л. Бучаченко и чл.-кор. АН СССР Р. А. Буянову, профессорам С. Г. Кара-Мурзе и А. П. Руден-ко, а также рецензентам проф. С. И. Дракину и чл.-кор. АН СССР проф. А. М. Кутепову.

Автор

мик академик Н. Н. Семенов. «Ленинский завет налаживать и кре-цить союз философии и естествознания, одинаково необходимый для обоих союзников, — говорит он, — предполагает ясное пред­ставление о том, чем они могут и должны обогащать друг друга.

Вдумываясь в этот вопрос, неизбежно приходишь к выводу, что самым ценным завоеванием, которым может и должна поделиться с Естествознанйём философия, является прежде всего марксистский .диалектический метод мышления. С этой точки зрения философия • и выступает прежде всего как Логика с большой буквы, как теория познания, соответствующая современному уровню развития и за­просов естественных и социально-исторических наук XX в.»*. Н. Н. Семенов утверждает, что только при таком понимании фило­софии можно всерьез говорить о союзе, добровольном и плодотвор­ном сотрудничестве философии и естествознания в познании и пре­образовании мира. Он резко критикует тех, кто считает, что пред­метом философии является «мир в целом». Такое представление делает философию по существу беспредметной, пассивной. Свою ак­тивную роль в развитии естествознания философия может играть только в том случае, если она сама будет выступать в ряду других наук как их полноправная сотрудница, т. е. как наука со своим четко очерченным предметом исследования, подлежащим такому же тщательному и конкретному изучению, как и предмет любой другой науки. Представление о мире в целом, говорит Н. Н. Семе­нов, подталкивало отдельных философов к сочинению абстрактно-универсальных схем, к созданию подновленной натурфилософии. А это, как указывалось еще Энгельсом, — занятие совершенно бес­полезное, а в известных обстоятельствах даже вредное, так как подчас приводит к попыткам навязать естествознанию надуманные пути развития и выводы.

Хорошо известным является то положение, что развитие науки происходит не путем монотонного наращивания запаса знаний, т. е. не кумулятивно, а посредством смены двух фаз, резко отличных друг от друга как по темпам, так и по способам генерирования но­вой научной информации. В соответствии с марксистской концеп­цией развития науки эти фазы обычно называют революционной и эволюционной или интенсивной и экстенсивной. Если говорить конкретно только о химии, то одной из отличительных черт эволю­ционной фазы ее развития является решение различных тактиче­ских задач приемущественно экспериментального характера в рам­ках готовой гипотезы или теории. К тактическим задачам относят­ся, например, исследования кинетических параметров реакций, поиск оптимальных термодинамических условий осуществления процессов, органический синтез новых соединений в русле теории химического строения и т. д.

* Семенов Н. Н. Наука и общество. Статьи и речи. М., Наука, 1981. С. 262.

7

систему знаний, но так же как предметно-практическую деятель­ность по «производству знаний» (термин К. Маркса). Это означает, что в книге содержатся сведения о способах получения новых зна­ний, о социальных, экономических и логических факторах, обуслов­ливающих научную деятельность, о творческом вкладе крупнейших ученых — химиков и технологов — в науку, о трудностях научного творчества и необычайном душевном удовлетворении от получения истины. Метод освещения науки как определенного вида деятельно­сти, или «духовного производства», имеет основополагающее зна­чение для формирования научного мировоззрения, ибо только с его помощью можно показать, что научные данные представляют собой не дар богов, а результат упорного труда, и не хаотическое нагро­мождение фактов, а стройную логическую систему научных откры­тий и вытекающих из них выводов. С помощью этого метода удает­ся вскрыть роль таких факторов развития науки, как случайность научных открытий в общем закономерном процессе познания при­роды, противоречия между истиной и заблуждением, научные дис­куссии, принадлежность к научным школам, противоречия между преемственностью в развитии знаний и их диалектическим отрица­нием.

Все перечисленные особенности настоящего издания обусловле­ны требованием соединения процессов обучения и воспитания. Ос­новным же способом реализации этого требования является такое изучение химии и химической технологии (т. е. собственно химиче-. ских теорий), которое сопровождается одновременным изучением диалектики развития химии (т. е. логики, или теории химического познания). В этом и состоит реализация ленинского призыва — кре­пить союз естествознания с философией диалектического материа­лизма.

Здесь необходимо, однако, обратить внимание на различное от­ношение химиков к философии в смысле понимания ее предмета, содержания и сущности. Дело в том, что в философской литературе предметом марксистской философии нередко объявляется «мир в целом», а сама эта наука делится на ряд относительно самостоя­тельных наук, таких, как философский материализм, диалектика и т. д. Между тем для основоположников марксизма философия ди­алектического материализма всегда была единой, цельной, дейст­венной наукой, в которой общие и для бытия, и для мышления за­коны развития выступают в качестве факторов познания материаль­ного мира и сознательной деятельности по его преобразованию, в качестве мировоззренческих ориентиров коммунистического пере­устройства общества и разработки научных принципов освоения природы.

Исключительно точно обрисовал отношения между марксист­ской философией и естествознанием именно в плане понимания предмета и сущности диалектического материализма лауреат Ле­нинской и Нобелевской премий крупнейший советский физико-хи-

6

слабым приспособлением понятии к системе формул..., либо видо­изменить правила самого мышления, логику»*.

И в таких случаях осознанная логика историко-философского мышления не роскошь, не принятая добавка к естественно-научно­му образованию, но вопрос самой первой, самой острой необходи­мости.

Революционная фаза развития науки — не одноактное событие. Она неизмеримо короче эволюционной фазы, но — в зависимости от массива и «стажа работы» понятийного аппарата, подлежащего ре­волюционным изменениям,—-.обладает определенной длитель­ностью. Одной из отличительных черт революционной стадии раз­вития науки является решение стратегических задач, или фунда­ментальных проблем, связанное с синтезом идей. Цель такого син­теза — раскрытие глубинной сущности явления и, следовательно, формирование или существенное уточнение основных понятий дан­ной отрасли знания. Без изучения эволюции понятий в этом случае обойтись невозможно. Тут может помочь и какая-то забытая идея, но главное не в ней, а в том, чтобы в эволюции понятийной сети, имеющей касательство к проблеме, уловить нечто такое, вокруг чего, как по спирали, вращается мысль исследователей прошлого и настоящего. Это нечто и есть то наиболее важное, что могло быть даже еще не сформулировано, не нашло еще своего определения, но без чего не может быть найдено то основное или центральное понятие, которое будет положено в фундамент новой гипотезы или теории.

Возможно, что на подходах к такому понятию возникает необ­ходимость в эксперименте, но не он, а именно синтез уже имею­щейся информации, в том числе такой, которая по тем или иным причинам объявлена лишь достоянием истории, определяет харак­теристику задачи. Более того, характеристика задачи, степень ее важности, фундаментальности и определяется тем, насколько но­вая, разумеется достоверная, информация противоречит ранее по­лученной и уже апробированной, а также и тем, каким образом удалось синтезировать ту и другую информацию.

Обращение к философии и истории науки в таких случаях необ­ходимо.

Ярким примером, свидетельствующим о насущной необходимо­сти синтеза собственно химических, историко-химических и фило­софских идей, являются работы Д. И. Менделеева и его последо­вателей, в частности Н. С. Курнакова, в области растворов. Эти работы положили начало принципиально новому пути развития хи­мии. Эмпирически обосновав существование и широкое распростра­нение химических соединений, которые не подчиняются основным, или стехиометрическим, законам химии, Менделеев и затем Курна-ков пришли к выводу о том, что химики до сих пор руководствова-

* Борн М. Физика в жизни моего поколения. М., ИЛ, 1'963. С. 445.

9

Обращение к истории химии и философии бывает необходи­мым и при решении тактических задач. Но оно ограничивается обычно изучением «истории вопроса», чтобы иметь право на экспе­римент, т. е. чтобы не повторить того, что уже сделано и в литера­туре описано. Обращение к философии для решения тактических задач, как правило, ничего дать не может: все ключи от них на­ходятся в теоретическом арсенале самой химии. Поэтому химик, выполняющий исследования на уровне решения тактических задач в русле готовых работающих теорий, может в принципе обойтись и без истории химии и без философии. И надо сказать, что так оно иногда и бывает. «Ученый или аспирант, — замечает Н. Н. Семе­нов,—в публичном выступлении или при сдаче экзамена по диалек­тическому материализму прекрасно излагает весь вопрос о роли противоречий в развитии природы и мышления. В своей же работе он совершенно и не думает с этим считаться, по-видимому, искрен­не полагая, что для реальной практики философия не нужна» *.

Но Н. Н. Семенов далее показывает, что и на уровне решения тактических задач философия необходима химику. Все дело лишь в том, желает ли химик оставаться на уровне пассивных наблюде­ний и регистрации фактов, предписываемых теорией, или он захочет подняться до «соединения теоретической культуры мышления с культурой, естественно-научного эксперимента», характерного для новейшего естествознания. «Полезно еще раз подчеркнуть,— гово­рит он,— что особенно важное значение для научного познания име­ют не столько подтверждения уже существующих представлений, сколько возникновение представлений, противоречащих им. Эти противоречия служат главным стимулом развития наук. Для учено­го натолкнуться на большое или малое противоречие — дар судьбы. Его нельзя упускать. А ведь как легко пройти мимо него... Конечно, марксистская диалектика — вовсе не сборник правил: примени их непосредственно к частной задаче и получишь правильный ответ. Нет, это общая направленность и культура мысли, которые помога­ют каждому более целеустремленно ставить вопросы и разрешать загадки природы»**.

Когда эволюционная фаза развития науки сменяется револю­ционной, происходит изменение коренных научных понятий. Вновь обнаруженные факты вступают в противоречие с теорией, которая длительное время оправдывалась на практике и считалась в выс­шей степени логичной. Новые же факты заставляют прибегать к новой теории, принципы которой, по крайней мере на первых порах, кажутся явно иррациональными. Ситуация начинает напоминать ту, о которой в свое время писал М. Борн: «Обстановка здесь так запутана, что выбор только такой: либо довольствоваться более

* Семенов Н. Н. Наука и общество. Статьи и речи. М., Наука, Ш81. С. 279. ** Там же. С. 279—280.

8

лись лишь понятием целых чисел и тем самым искусственно огра­ничивали пределы изучения химизма, они видели только химиче­ские соединения постоянного состава и не хотели замечать соеди­нений переменного состава, предвиденных Бертолле. Между тем совершенно ясно, свидетельствует Н. С. Курнаков, что в равновес­ных системах дискретность и непрерывность взаимно сочетаются и существуют рядом. Диаграммы, относящиеся к однородному, не­прерывному состоянию, в конце концов характеризуют изломы и разрывы свойства тех определенных химических соединений, кото­рые могут быть выделены при охлаждении в твердом состоянии. «Мы видим приложение диалектического принципа единства про­тивоположностей. Мысль Гегеля о том, что „величина в непрерыв­ности имеет непосредственно момент в дискретности", получает здесь реальное осуществление»*. В этой связи нельзя не указать на постоянное обращение к истории науки и философии В. Оствальда, С. Аррениуса, Я. Г. Вант-Гоффа, Л. А. Чугаева, Н. Д. Зелинского, А. Е. Арбузова, А. А. Баландина, Н. Н. Семенова и других крупней­ших химиков, которые видели решаемые ими проблемы на фоне широкой исторической перспективы и умели на основе изучения прошлого предвидеть будущее науки. «Только знание прошлого по­зволяет открыть законы, с помощью которых можно предвосхитить будущее»,— любил повторять В. Оствальд.

Но нельзя закрывать глаза и на такие случаи, когда не толыко экспериментирующий химик, работающий в русле определенной те­ории, но и крупный исследователь, по праву претендующий на звание основоположника нового направления в химии, пренебре­жительно относятся к философии и истории своей науки. Опреде­ление «пренебрежительно» в данном случае вполне уместно, ибо передает не только отсутствие внимания к истории химии и фило­софии, но до известной степени и высокомерие, вызванное искрен­ним убеждением в неизмеримо большей полезности расходовать время и силы на получение новых веществ, нежели на изучение ус­таревших истин.

Трудно привести против такого взгляда более веские альтерна­тивы, чем те, которые содержатся в высказываниях классиков марксизма-ленинизма.

«Какую бы позу ни принимали естествоиспытатели, — говорит Энгельс, — над ними властвует философия. Вопрос лишь в том, желают ли они, чтобы над ними властвовала какая-нибудь сквер­ная модная философия, или же они желают руководствоваться та­кой формой теоретического мышления, которая основывается на знакомстве с историей мышления и ее достижениями» **.

История мышления, в частности история науки как эмпириче­ское основание теории познания, — вот что является важнейшим

* Курнаков Н. С. Избр. труды. М,—Л., Изд-во АН СССР, 1960, Т. 1. С 134

** Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 525.

10

элементом исследования природы. Это положение блестяще выра­зил Д. И. Менделеев в свойственной для него прямой и категорич­ной форме:

f «Как там ни рассуждайте и ни критикуйте историю, а людскому уму мало одних частностей: необходимы сперва систематические обобщения... Если еще нет развития всех или хоть большей части этих обобщений, знание — еще не наука, не сила, а рабство перед изучаемым»*.

Настоящая книга как раз и преследует поставленную Д. И. Менделеевым цель:в русле_определеннои' концегции разви­тия химии рассмотреть ее историю, её~содержание, выявить законо­мерности и тенденции развития этой наукт"во всей ее целостности, включая и химическую технологию, попытаться определить хотя бы в общих чертах перспективы научно-технического прогресса в об­ласти химизации материального производства,

* Менделеев Д. И. Соч. Л.—М., Изд-во АН СССР, I960. Т. XX. С. 176

(Курсив мой.— В. К.)

ГЛАВА ХИМИЯ КАК НАУКА И ПРОИЗВОДСТВО

«Высшую цель истинной науки со­ставляет не просто эрудиция, т. е. описание и знание ... а постижение неизменяющегося среди переменного и вечного между временным, соеди­ненное с предсказанием долженству­ющего быть ... и с обладанием, т. е. возможностью прилагать науку к прямому использованию для но­вых побед над природою».

Д. И. Менделеев [1, с. 306]

Чтобы ответить на вопрос, что такое химия, бесполезно ис­кать подходящее определение. Во-первых, любое определе­ние, как это отметил еще Ф. Энгельс, всегда остается неполным, оставляя за своими границами многие важные сто­роны существа определяемого понятия.во-вторых, стечени ем времени, содеджание__поня-тия «химия»__изменяется. И ес­ли в свое время Д. ИГ Менде­леев определял химию как учение об элементах и их со- единениях, т. е. о готовых предметах, то сегодня эта менделеевская дефиниция не отражает главного в совре­менной химии — учения__о_про­цессах качественного __прёоб разования веществ.

Более "существенную роль могло бы сыграть изучение структуры науки химии, или, как чаще принято говорить,— ее классификации. Последняя

так или иначе охватывает весь материал химии, распре­деляет его по рубрикам и та­ким образом создает извест­ное представление о его упо­рядоченности. Но, к сожале-нию современная кпассифи-кацйя химии не способна об­лечь химические! знания в строгую логическую форму: она сама оказалась во власти хаоса набегающих друг на друга принципов.

В самом деле, деление хи­мии на органическую и неop-ганическую происходит по од­ному принципу — по разли­чию их предметов. Аналити-ческая химия выделена уже на основе другого принципа — метода исследования. Появле­ние физической химии и био­химии обусловлено третьим принципом — близостью со смежными науками. Однако классификация химии далеко не исчерпывается этими

12

пятью областями. Процессы дифференциации и интегра­ ции науки привели сейчас к тому, что деление химии на ее классические ветви — орга­ ническую, неорганическую, аналитическую, физическую и биологическую — в значи­ тельной степени уже утратило свое былое значение. Откры­ тие все новых так называе­ мых элементоорганических со­ единений вызвало необходи­ мость в интегративной нау­ ке — химии элементооргани­ ческих соединений, предметом которой стали сотни тысяч ор­ ганических соединений, изу­ чаемых как неорганической, так и органической химией. Химия комплексных соедине­ ний, оперирующая теперь по­ давляющим большинством не­ органических соединений, сде­ лала неопределенным пред­ мет неорганической химии. Один и тот же предмет ока­ зывается, таким образом, в коллективной собственности трех-четырех разных химиче­ ских наук. Попытки сохра­ нить в качестве основы клас­ сификации старый принцип деления науки на разделы по предмету исследования созда­ ли такие разделы, как химия алициклических соединений, химия твердого тела, нефте­ химия, химия растворов, хи­ мия полимеров, химия поверх­ ностных соединений и т. д. Как видно, в одном случае при этой классификации под предметом исследования под­ разумевается состав соедине­ ний, в другом — его агрегат­ ное состояние, в третьем —

генетическая линия (из нефти, из растительных и животных организмов), в четвертом — величина молекулярной мас­сы. Само понятие предмета науки становится ввиду этого неясным, расплывчатым, а классификация химии — более похожей на умышленно запу­танный гордиев узел, чем си­стему рубрик, хоть в какой-то степени упорядочивающую информационный хаос.

Но тогда каким же образом можно составить представле­ние о всем накопленном хи­мией за многие века ее исто­рии материале? Каков объем этого материала и каковы его границы? Неужели он представляет собой хаотиче­ское нагромождение фактов? Где следует искать начало химии как науки? В работах Р. Бойля, Г. Шталя, А. Лаву­азье или Дж. Дальтона? Представляет ли собою хи­мия единую целостность или она должна рассматриваться как сумма разных наук — не­органической, органической, физической и т. д. химии? Можно ли рассматривать историю химии как единый, цельный процесс или это па­раллели, состоящие из исто­рий отдельных наук?

Совершенно ясно, что от этих вопросов нельзя отделить вопрос о том, какие факторы обусловливают прогресс науч­ ных идей и рост массива на­ учной информации. Какие факторы обусловливают

структуру химии, а вместе с тем — ее дифференциацию и интеграцию?

13

Несмотря на необычайно сложное положение, из кото­рого до сих пор не было вид­но выхода, и для него наш­лась нить Ариадны. И, может быть, первым, кто пришел з этом деле на помощь, был Д. И. Менделеев.

Горячий сторонник изучения истории науки в целях выяв­ления законов, управляющих ее построением и развитием, он не уставал повторять, что для достижения этих целей нельзя ограничиваться одним знакомством с конкретными выводами, для того чтобы сколько-нибудь обладать ими, а «необходимо возвыситься до абстрактов, потому что они кратко резюмируют множест­во конкретов» [2, с. 182]. В нагромождении сменяющих друг друга событий, в лаби­ринте одних только фактов легко потеряться без плана,— говорил он. Путеводной же нитью для выхода из лаби­ринта великого множества конкретного и переменного может служить лишь нечто единое, общее, инвариантное. Отсюда и следует его тезис, приведенный в эпиграфе к на-

стоящей главе, о том, что «высшую цель науки состав­ляет... постижение неизменяю­щегося среди переменного». Уже в 1871 г. в «Основах хи­мии» выдвинут этот же тезис в несколько иной форме: «Отыскать же единое неиз­менное и общее в изменяемом и частном составляет основ­ную задачу познания», — пи­сал он [3, с. 381].

Менделеев помог найти и это самое «единое неизменное и общее» всей химии. Указы вая постоянно во всех своих крупных произведениях на единство теории и практики, он обратил внимание на то что химия, как и всякая нау­ка, есть в одно и то же время и средство и цель, и теория к практика. Эту мысль, недавне выраженную Н. Н. Семено­вым через единство предмета «химии и как науки, и как производства» [4], подтвержу дает вся история химии. По­жалуй, как никакая друга наука, уже с самых ранних ступеней своего развития хи мия представляет собой явле ние, включенное в сферу ма-

териального произаовства.

1. Основная проблема химии

Химия как таковая всегда была нужна человечест-

ву преимущественно для того, чтобы получать из веществ природы по возможности все необходимые материалы — металлы и керами­ку, известь и цемент, стекло и бетон, красители и фармацевтиче­ские препараты, взрывчатые вещества и искусственные горючие материалы, каучук и пластмассы, химические волокна и материалы с заданными электрофизическими свойствами... Поэтому все хи­мические знания, распределенные как по координате исторического времени, так и по координате массива научной информации, объе-

14

диняет одна-единственная неприходящая и главная задача химии

-задача получения веществ с необходимыми сиойствами. Но чтобы реализовать эту производственную задачу, надо уметь из одних веществ производить другие, т. е. осуществлять их качественные превращения. А поскольку качество — это совокупность свойств ве­щества, надо знать, как управлять его свойствами, знать, от чего зависят эти свойства. Иначе говоря, чтобы решать названную про­изводственную задачу, химия одновременно должна решать теоре­тическую задачу генезиса свойств вещества.

Стержнем химии, или, по Менделееву, «единым неизменным и общим в изменяемом и частном», выступает, таким образом, дву­единая проблема химии—получение веществ с заданными свойст­вами, на достижение чего направлена производственная деятель­ность человека, и выявление способов управления свойствами ве­щества, на реализацию чего направлена его познавательная теоре­тическая деятельность:

Уже отсюда со всей очевидностью следует вывод о том, что химия представляет собой единую науку, несмотря на ее ветвление и мно­жество относительно самостоятельных разделов.

Основная проблема химии — это не только ее теоретический, но и исторический стержень, — это именно инвариантное ядро хи мии. Она возникла в древности и не теряет своего значения и в на­ши дни. Отсюда вытекает, что история химии — есть единый про­цесс, а не сумма историй разных химических наук. Естественно, чтс в различные исторические эпохи эта проблема решалась по-разно­му, так как способы ее решения зависят от уровня материальной и духовной культуры общества, от экономических и социально-исто­рических условий. Достаточно сказать, что изготовление таких, на­пример, материалов, или «веществ с заданными свойствами», как стекло и керамика, лаки и краски, лекарства и душистые вещества б древности осуществлялось иначе, чем в XVIII в., а в XVIII в.— иначе, чем сегодня.

2. История химии как закономерный процесс смены способов решения ее основной проблемы

Важнейшей особенностью основной проблемы хи­мии является то, что она имеет ограниченное и строго определен­ное число способов решения. Речь идет при этом не о частных ме-

15

тодах изучения свойств вещества, — их превеликое множество,— а о самых общих способах решения проблемы качественного раз­нообразия и качественных превращений вещества, а в конечном итоге — о генезисе свойств вещества.

Забегая вперед, можно сказать, что речь идет о зависимости свойств вещества всего лишь от четырех факторов: 1) от его эле­ментного и молекулярного состава; 2) от структуры; 3) от кинети­ческих факторов, в том числе — природы сореагентов; 4) от высо­ты его химической организации.

Эти четыре фактора стали известны с тех пор, как химия стала наукой (в середине XVII в.). Но в ранние периоды развития химии»

например в алхимический период, предполагалось, что свойства вещества зависят от неких изначальных свойств-стихий или от «элементов-первоначал» — сухости и влажности, тепла и холода и т. п. А так как нельзя пренебречь также и этим — самым пер­вым— способом объяснения качественного разнообразия тел при­роды, то можно сказать, что основная проблема химии — проблема генезиса свойств вещества, как ключ к производственной задаче получения веществ с нужными свойствами, — имеет всего пять спо­собов решения; из них один, появившийся в донаучный период.

И подобно тому как с различием способов производства марк­сизм связывает различные общественно-экономические формации в развитии общества, со сменой. способов решения основной проб-.телщ^химии оказывается логичным связывать ступени развития химии. Ведь производство веществ — это важнейший компонент всеобщего производства материальных благ.

Таким образом, последовательная замена одного способа реше­ния основной проблемы химии другим, новым, обусловливает по-

16

,ледовательность появления различных дискретных уровней раз­вития химии (рис. 1), каждый последующий из которых возникает в результате научных революций, что, в свою очередь, обусловли­вается, с одной стороны, социа л ьно- историческим и условиями жиз­ни общества, а с другой стороны — природой самого вещества, яв­ляющегося объектом изучения химии. При этом оказывается, что оба эти «внешние» — социальный и предметный — факторы, взятые в единстве, в конечном итоге определяют и внутреннюю логику развития научных знаний.

Первый способ решения проблемы генезиса свойств веще­ства появился в древней натурфилософии и просуществовал более двух тысяч лет — вплоть до работ Р. Бойля (рис. 1). За это время было предложено два принципиально разных объяснения бесконеч­ного качественного разнообразия тел природы. Демокрш, Эпикур, Лукреций Кар выдвинули для этого атомистическое объяснение, высказав гениальные догадки о различии «атомов первоматерии» по их массе, объему и конфигурации. Аристотель же и Эмпедокл объяснили все видимое разнообразие тел природы с континуалист-ских, т. е. антиатомистических, позиций—посредством различных сочетаний четырех элементов-стихий, или элементов-свойств: теп­ла и холода, сухости и влажностй. Но оба эти объяснения со всеми-многочисленными их оттенками сводились к утверждению, что многообразие тел природы есть акциденциальное проявление суб­станции, под которой одни философы подразумевали атомы, а другие — элементы — качества, но тем не менее и те и другие го­ворили о неких абсолютных началах. Этот первый способ решения проблемы качественного разнообразия вещества можно изобра­зить поэтому общей схемой:

субстанция >-акциденция

Отличительными чертами этого способа являются: 1) умозри­тельность, приобретающая большую силу абстракции, но лишенная каких бы то ни было эмпирических основ; 2) логическая дедукция, претендующая на всеобщность объяснения, но вовсе не опираю­щаяся на критерий практики; 3) выбор совершенно отвлеченного объекта — «первоматерии», или «субстанции», наделенной всеобщ­ностью, вместо вещества с его спецификой качественных измене­ний,— словом, все то, что характеризует натурфилософию, в нед­рах которой этот способ возник и развивался.

Уже отсюда легко понять, что это была лишь первая попытка объяснения природы тел, и что она, по существу, ничего не могла дать производственной практике. В самом деле, разве можно было как-либо использовать в практике металлургии или фармации, стеклоделия или гончарного ремесла атомистические идеи Демо­крита или представления об элементах Эмпедокла? Поэтому в пе­риод господства этого первого способа «решения» основной пробле­мы химии между практикой и теорией, т. е. между производством

17

веществ и натурфилософским учением о детерминации свойств, или вовсе не было связи, или была связь — крайне слабая и одно­сторонняя. Ремесленная химия ничего не могла воспринять от на­турфилософии, чтобы производить вещества. Натурфилософия же в какой-то степени могла включать в орбиту своих удивительно тонких наблюдений качественное изменение вещества, осуществля­емое в химической практике.

И, наконец, еще одна черта первого способа, присущая только ему одному, — его историческая обреченность. Появившись в да­леком прошлом, он совсем отмирает с возникновением нового спо­соба решения той же проблемы: как практически бесплодный, он становится ненужным при новых способах, готовых дать и более достоверное объяснение качественному разнообразию тел, и прак­тически полезные рецепты для целенаправленного качественного изменения их. В этой связи следует подчеркнуть, что все другие способы решения проблемы качественного разнообразия или про­исхождения свойств веществ, о которых речь пойдет ниже, раз поя­вившись на свет, продолжают применяться до настоящего времени и им не грозит гибель.

Особенности первого способа, вместе взятые, настолько выделя­ют его относительно последующих, что невольно возникает идея (часто высказываемая, но до сих пор не очень обоснованная) о границе между «научной химией», которая начинается с Бойля, и некоей ненаучной (или не вполне научной) химией, которая суще­ствовала до Бойля.

Второй способ решения проблемы происхождения свойств вещества появился во второй половине XVII в. в работах англий­ского ученого Р. Бойля. Преобразования в области производства, происшедшие в эпоху Возрождения, наряду с прогрессивными из­менениями в экономической и политической жизни, вызвали корен­ные преобразования и в области естествознания. Одним из таких преобразований явилось низвержение первого бесполезного для практики способа решения проблемы генезиса свойств и появление нового способа с принципиально новым — эксперимента л ь-н ы м — подходом к изучению природы.

Исследования Р. Бойля* привели к выводу о том, что качества и свойства тел не имеют абсолютного характера и зависят от того, из каких материальных элементов эти тела составлены. Вывод этот явился принципиально новым потому, что: а) он отверг гос­подствовавшие представления об элементах-качествах, о том, что свойства тел определяются свойствами-стихиями; б) он утвердил новое представление об элементах как простых, далее неразложи­мых телах, из которых состоят все смешанные тела, т. е. химиче­ские соединения; в) на основе признания материальности элемен­тов он впервые установил общность разрозненных ранее учений

* О его исследованиях см. подробнее гл. II.

18

атомизма и элементаризма; этой общностью стала идея о том, что наименьшей частицей простого тела является состоящая из ато­мов корпускула. Способ решения извечной проблемы причинной обусловленности свойств, или качественного разнообразия тел, стал выражаться, таким образом, посредством новой схемы:

состав > свойства

Этот способ положил начало экспериментальной химии, опре-

делив ее.как науку о составе веществ илй «науку о химических эле-

ментах и их соединениях» (Д. И. Менделеев^которая и стала пер­вым уровнем научных химических знаний. И несмотря на то, что наука о составе являлась преимущественно аналитической, она вместе с тем заложила основы представлений о законах соедине­ния элементов в «сложные тела», позволивших осуществлять уве-

ренные действия по получению новых веществ. На этом уровне

развития химии появилась химическая технология основных неор-

ганических веществ.

Возникшее таким образом учение о составе получило бес-

срочную путевку в жизнь, Его можно назвать первой—к-е-н~ц е п-

т v а л ь н о и_ _с_и_с те_м_о„и __х и м и_и, т. е. первой относительно само-

стоятельной областью химических знании (правил, законов и тео­рий), которая призвана решать любые, конечно, посильные для нее задачи качественных химических превращений в ключе со­став— свойства или путем изменения элементного состава хими­ческих соединений (см. рис. 1).

Третий способ решения основной проблемы химии был вызван переходом от мануфактурной стадии капитализма с ее руч­ной техникой и ограниченным кругом предметов труда к фабрич­ной системе капиталистического производства, опирающейся на ма­шинную технику и новую сырьевую базу. В связи с тем, что основой фабричной системы производства в XVIII — первой половине XIX в. была легкая (преимущественно текстильная) промышлен­ность, переход этот стимулировал переработку огромной массы веществ растительного и животного происхождения, качественное разнообразие которых потрясающе велико, а состав крайне одно­образен (5—7 элементов — «органогенов»). При этих условиях, а также в результате открытия в начале XIX в. изомерии и поли­мерии появились идеи о том, что свойства и качественное разнооб­разие веществ обусловливает не только состав, но и еще какой-то фактор. Этим фактором, как было выяснено, является структура вещества в самом широком смысле этого слова. Появился, следо­вательно, и новый способ решения проблемы генезиса свойств не только в зависимости от состава, но и от структуры:

19

Этот способ стимулировал возникновение целого ряда теорий высокой степени общности и абстракции, необыкновенной эври-стичности и практической ценности; эти теории положили начало второй концептуальной системе — структурной химии (см. рис. 1). Поднявшись на новый, более высокий (по отношению к науке о составе) уровень знаний, химия превратилась из науки преимущественно аналитической в науку главным образом синте­тическую. Период становления структурной химии историки назы­вают «триумфальным маршем органического синтеза». На те тре­бования развития производства, которые вызвали этот способ, хи­мия уже в 1870—1890-х годах ответила получением всевозможных азокрасителей для текстильной промышленности, самых различ­ных препаратов для фармации, искусственного шелка для произ­водственных и бытовых нужд. На этом уровне развития химии воз­никла технология органических веществ.

Ее появление было ошеломляющим, так как до нее все назван­ные здесь материалы можно было добывать в ограниченных мас­штабах и с огромными затратами низкопроизводительного, преи­мущественно сельскохозяйственного труда. Но... изумление ус­пехами структурной химии было недолговечным. Интенсивное раз­витие автомобильной промышленности, авиации, энергетики и при­боростроения в XX в. выдвинуло совершенно необычные для мате­риаловедения требования: нужны были материалы (и в невидан­ных масштабах!) со строго заданными свойствами — высокоокта­новое моторное топливо, особые смазки, специальные каучуки и пластмассы, высокостойкие изоляторы, жаропрочные органические и неорганические полимеры, полупроводники/ Для получения этих материалов способ, основанный лишь на структурной химии, был уже непригоден: 1) он не обеспечивал экономически приемлемых выходов продуктов; 2) он ориентировался, как правило, на актив­ные исходные вещества — спирты, кислоты и т. п. — растительного происхождения (достаточно сказать, что первый синтетический каучук получен из этилового спирта с выходом мономера 28—30%, а спирт — из зерна); 3) он не располагал необходимыми возмож­ностями управления процессами синтеза.

Под влиянием новых требований производства возник поэтому следующий — четвертый способ решения проблемы генезиса свойств и качественного преобразования вещества:

Этот способ послужил основанием новой — третьей концеп-

гуальной системы химии — учения о химических процес-

20

сах, которое неизмеримо более адекватно, всесторонне отражает объект химии. Последний уже представлен как процесс превраще­ния вещества, а не как законченное вещество. Предметом химищ стала уже не структура молекулы, а химическая организация кине­тической системы, в которой структура молекул представлена лишь как частность. Достижение нового уровня химических знаний по­зволило им стать еще более действенными в практическом отноше­нии: появились принципиально новые возможности органического синтеза и новые методы управления химическими процессами. Кон­кретно это выразилось в том, что новая химия коренным образом и в глобальном масштабе преобразовала как предмет труда, так и средства труда. Благодаря именно новому способу решения ее ос­новной проблемы мировое производство таких многотоннажных материалов, как синтетический каучук, пластмассы, искусственные волокна, моющие средства, этиловый спирт и т. п., стало базиро­ваться на нефтяном сырье, а производство азотных удобрений -на основе азота воздуха. Появилась технология нефтехимических производств с ее поточными системами, обеспечивающими непре­рывные высокопроизводительные процессы.

О характере перестройки производства материальных благ в результате его химизации на базе этой новой концептуальной си­стемы свидетельствуют, например, следующие данные. Еще в 1935 г. все 100% таких материалов, как кожа, меха, резина, волок­на, моющие средства, олифа, лаки, уксусная кислота, этиловый спирт, производились из животного и растительного, в частности, пищевого сырья, на что расходовались десятки миллионов тонн зерна, картофеля, жиров, сырой кожи и т. д. А уже в 1960-е годы 100% технического спирта, 80% моющих средств, 90% олифы и лаков, 35% волокон (!), 65% каучука и около 20% кожевенных ма­териалов изготовлялись на основе газового и нефтяного сырья. Но помимо всего этого химия теперь не только не нуждается в ис­пользовании сколько-нибудь значительных количеств сельскохо­зяйственного сырья, она дает ежегодно сельскому хозяйству сотни тысяч тонн мочевины и нефтяного белка только в качестве корма скоту и около 200 млн. т удобрений [6].

Но и эти возможности — еще-далеко не предел. В ответ на тре­бования самого высокоразвитого способа производства материаль­ных благ химия переходит сейчас к новому — пятому — спосо­бу решения ее основной проблемы (см. схему на с. 22), открываю­щему пути использования в производстве материалов самые высо­коорганизованные химические системы, какие только возможны в предбиологическом синтезе. Этот способ лег в основу четвер­той и последней концептуальной системы химической науки — эволюционной химии.

* Методологическое обоснование выделения «учения о химическом процес­се» как особого уровня химических знаний дано Н. Н. Семеновым [4, с. 64— 84, 175—186] и Н. М. Эмануэлем [5].

На основе сказанного весь исторический процесс развития хи­мии можно изобразить такой схемой, которая показана на рис. 1.

Итак, процесс развития химии в форме последовательного появ­ления и сосуществования четырех ее концептуальных систем обус­ловлен двумя категориями внешних факторов: а) природой вещест­ва как объекта исследования химии и б) социальными факторами.

Уже в системной природе вещества заложена иерархия его ма­териальных систем: 1) атом химического элемента; 2) молекула химического соединения как унитарная система (по Жерару); 3) система реагирующих веществ; 4) высокоорганизованная ката­литическая система. Эта иерархия в_щюцессе познания вещества программирует иерархию четырех концептуальных систем, вклю­чающую: 1) учение о составе; 2) структурную химию, 3) учение о химическом процессе (по Н. Н. Семенову); 4) эволюционную хи­мию. Следовательно, «диалектика вещей, — как говорит Ленин,— создает диалектику идей...»*. Что же касается времени появле­ния каждой из концептуальных систем, то оно задается социаль­ными факторами, которые, таким образом, тоже участвуют в созда­нии уровневой структуры и химии, и химической технологии, и химического производства. Последовательное появление сначала технологии основных неорганических веществ, затем технологии органических продуктов, потом технологии глубокой переработки нефти и угля и нефтехимической промышленности — это ведь ре­зультат воздействия социальных факторов, но уже через соответ­ствующие концептуальные системы.

Важная роль внешних факторов — социальных и объектных — отнюдь не умаляет особой роли и тех внутренних стимулов раз­вития химии, которые присущи ей, как и всякой другой относитель­но самостоятельно развивающейся системе научных знаний. Этими стимулами являются, например, противоречия между эмпириче­ским и теоретическим уровнями знаний, между теориями различ­ной степени общности, между истиной и заблуждением, между разными научно-исследовательскими программами и т. д. Эти сти­мулы имеют очень важное значение для развития химии, обеспечи­вая ее движение вперед, но только по тем путям, которые обуслов­лены логикой ее объекта и социальными факторами.

* Ленин В. И. Поли. собр. соч. Т. 29. С. 178.

22