Литература

1. Менделеев Д. И. Соч. Т. XVI.—Л., М.: Изд-во АН СССР, 1951. 480 с.

2. Менделеев Д. И. Соч. Т. XXIII.—Л., М.: Изд-во АН СССР, 1952. 385 с.

3. Менделеев Д. И. Избр. соч. Т. II.— Л.: Госхимтехиздат, 1934. 519 с.

4. Семенов Н. Н. Наука и общество. Статьи и речи.— М.: Наука, 1981. с.

:5. Эмануэль Н. М. Некоторые методологические вопросы учения о хими-ом процессе // Вестник АН СССР. 1970. № 6. С. 64—75.

6. Статистические данные // Химия и жизнь. 1(976. № 2. С. М.

7. Кедров Б. М. Ленин и научные революции. Естествознание. Физика.— ,Наука, 1380. 463 с.

8. Кун Т. Структура научных революций.— М.: Прогресс, 1976. 288 с.

9. Гейзенберг В. Физика и философия.—М.: ИЛ, 1963.

10. Менделеев Д. И. Соч. Т. XIV.—Л., М.: Изд-во АН СССР, 1949. 942 с.

11. Менделеев Д. И. Соч. Т. XXIV.—Л., М.: Изд-во АН СССР, 1954. 462 с. 1^;2. Семенов Н. Н. О некоторых проблемах химической кинетики и реакци­ онной способности,— М.: Изд-во АН СССР, 1⁽9б8. 686 с.

ГЛАВА ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ УЧЕНИЯ

2 О СОСТАВЕ. ПЕРВАЯ КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ

СИСТЕМА ХИМИИ

«Вся сущность теоретического уче­ния в химии лежит в отвлеченном понятии об элементах. Найти их коренные свойства, определить при­чину их различия и сходства, а по­том на основании этого предугадать свойства образуемых ими тел — вот путь, по которому наша наука твер­до пошла со времени Лавуазье».

Д. И. Менделеев [[, с. 16]

В русле учения о составе с самого начала его формирова­ния в XVII в. и до сих пор решались две важнейшие проблемы химии — проблема химического элемента и проб­лема химического соединения. В сущности обе они лишь конкретизируют единую проб­лему генезиса свойств вещест­ва, представляя две ее сторо­ны. И, конечно, за трехсот­летний период развития уче­ния о составе накоплена столь обширная информация об элементах и их соединени­ях, что для нее стали тесны­ми рамки не только классиче­ских многотомных справочни­ков Л. Гмелина и Ф. Ф. Бейль-штейна, но и многочисленных

теперешних «индексов» при реферативных химических журналах. Вместе с тем еще и до сих пор остаются акту­альными и волнующими воп­росы о том, что же такое хи­мический элемент и что такое химическое соединение. При этом неизменная актуаль­ность названных вопросов об­условлена не столько трудно­стями четкого и всеобъемлю­щего определения понятий, сколько многоаспектностыо их критериев, а в конечном сче­те — исключительным богат­ством их содержания: ведь в сочетании ста с небольшим химических элементов * скры­та способность формирования всего вещественного мира.

* Впрочем, вопрос о том, сколько химических элементов существует в при­роде, остается открытым.

32

1. Решение проблемы химического элемента

Понятие химического элемента возникло в XVII в. Оно рождалось в острой борьбе с натурфилософскими концепция­ми элементов-качеств и элементов-принципов. Согласно этим кон­цепциям новые материалы можно было получать не через измене­ние их химического состава, а путем «прибавления» или «отня­тия» элементов-качеств: сухости или влажности, текучести и горю­чести, блеска или тусклости.

Два внешних фактора обусловливали как саму эту борьбу, так и неуклонный перевес в ней учения о химических элементах. Пер­вый из них — это возникновение (XVI в.) и дальнейшее интенсив-вое развитие капиталистического производства, потребовавшего ко­ренных преобразований в способах получения новых материалов: старый алхимический способ прибавления или отнятия свойств, в основе которого находился аристотелевский ключ «субстанция — акциденция», оказался абсолютно непригодным для осуществления направленных химических превращений. Первые успехи мануфак­турного производства кислот и щелочей, фарфора и фаянса, стекла и бумаги, металлических сплавов и других материалов неуклон­но прокладывали путь индуктивным выводам о существовании конечного числа неких материальных начал как неизменных состав­ных частей всех сложных тел, т. е. химических элементов в их се­годняшнем понимании. Второй фактор — это общий подъем всего естествознания с натурфилософского уровня с его созерцательны­ми методами изучения природы на уровень экспериментирующей науки, выдвинувшей рациональную переработку опытных данных в качестве альтернативы умозрительным суждениям и любым про­явлениям схоластики. Исследования минералов, различных искус­ственно полученных тел, веществ растительного и животного про­исхождения, осуществлявшиеся на протяжении второй половины XVII в. на этом новом уровне, неизменно приводили к выводам о практической несостоятельности и физической бессодержательно­сти алхимических взглядов.

Однако, несмотря на воздействие столь мощных факторов, по­нятие химического элемента рождалось в муках. Препятствия к ею формированию исходили с самых разных сторон, но все они имели одни и те же гносеологические корни. Конечно, наиболее существенным из таких препятствий были алхимические традиции. Претерпев своеобразную модернизацию в недрах ятрохимии и тех­нической химии, эти традиции оказались путами в развитии химии XVII в. Следующим весьма существенным сдерживающим факто­ром в выявлении индивидуальных химических элементов оказались ложные представления о природе кальцинации металлов: ведь да­же такой «элемент древности», как железо, был ошибочно принят за сложное тело! И, наконец, здесь важно отметить еще один барь-

33

ер на пути к формированию представлении о химических элементах. Дело в том, что алхимической концепции об элементах-качествах в XVII в. были противопоставлены не только новые идеи об элемен­тах как простейших составных частях тел, инвариантных по отно­шению к сложным телам, но еще и обновленные атомистические представления, базирующиеся также на материалистической осно­ве. Казалось бы, что такое сдвоенное противопоставление должно было ускорить падение алхимии. Но в действительности сложения сил не получилось. Ренессанс античной атомистики оказался преж­девременным: он не имел тогда еще таких эмпирических оснований, какие появились лишь в конце XVIII — начале XIX столетий в фор­ме стехиометрических законов (см. об этом ниже), и потому носил спекулятивный характер. В то же время, претендуя на принципи­ально новое объяснение генезиса свойств веществ посредством об-,. разования количественно и качественно оазличных сочетаний- бес-качественных атомов, он д

он до известной степени противопоставлял себя выводам эмпирического естествознания о возможности дости­жения пределов химического разложения сложных тел и выделе­ния элементов как инвариантов состава.

«Бойль делает из химии науку» *. Это известное изречение Ф. Эн­гельса является результатом систематического изучения огромного фактического материала из истории естествознания, который при­влекался в 1873—1883 гг. при подготовке «Диалектики природы». Помимо оригинальных источников, Ф. Энгельс использовал истори-ко-научные труды крупнейших естествоиспытателей и, в частности, химиков — Ю. Либиха, Г. Коппа, М. Бертло, А. Кекуле, Г. Э. Роско, К. Шорлеммера. Тогда, когда Ф. Энгельс писал свои «заметки и фрагменты» к «Диалектике природы» и, рассматривая вопрос о «последовательном развитии отдельных отраслей естествознания**, пришел к выводу о выдающемся значении трудов Бойля, его друг и соратник К. Шорлеммер опубликовал монографию «Возникно­вение и развитие органической химии» [2], в которой охарактери­зовал Бойля как «первого химика, отчетливо уяснившего себе раз­личия между элементами и химическими соединениями» и потому открывшего «новую главу в истории химии».

Такая или подобная характеристика Бойля в историко-химиче-ской литературе встречалась и ранее. Еще в 1844 г. Г. Копп в своей «Истории химии» показал Бойля, с одной стороны, как философа, способного не только к критике и отрицанию предшествующих кон­цепций, но и к их обобщению и выделению рациональных идей, а с другой стороны, как химика-экспериментатора, заложившего ос­новы качественного химического анализа и пошедшего к выводу

34

* Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 501. ** См. там же. С. 500.

о зависимости свойств сложных тел от их материального элемент­ного состава.

Однако каким бы образом ни знакомился Энгельс с научным наследием английского ученого, его вывод о том, что именно Бойль делает из химии науку, является однозначным и аргументирован­ным как логически, так и исторически. Логическое подтверждение его состоит в том, что: 1) Бойль сумел ввести в химию индуктивный метод, который положил начало превращению химии в науку, 2) основную задачу химии как науки Бойль видел в исследовании состава тел, считая возможным употреблять понятие состава толь­ко тогда, когда из веществ, выделенных из данного сложного тела, можно обратно восстановить исходное тело, т. е. фактически Бойль принял синтез за критерий правильности анализа. Историче­ское же обоснование вывода Ф. Энгельса заключается, во-первых, в том, что в XVII в. сконструировать представления о химических элементах как простых телах пытался не только Бойль, но и дру­гие химики, в том числе и его предшественники, а, во-вторьгх, в признании самим Бойлем элементов как «инвариантов состава».

Вопрос о роли Бойля в формировании понятия химического эле­мента здесь можно было бы так подробно и не обсуждать, если бы в историко-научной литературе за самое последнее время не по­явились публикации, призывающие к пересмотру не только уста­новившихся со времени работ Коппа и Шорлеммера взглядов на эту роль, но и вывода о революционном значении трудов Бойля в преобразовании алхимии в научную химию через представления о химических элементах. Вопрос о роли Бойля как основополож­ника учения о составе является принципиально важным: с его ре­шением связана интерпретация нескольких исторических эпох в развитии химии — от алхимии и ятрохимии до Дальтона.

Одной из таких публикаций, бросивших вызов классической оценке трудов Бойля, была работа американского историка нау­ки Т. Куна [3], не упомянуть которую здесь невозможно. Говоря о химическом элементе, Кун пишет: «Почти всегда, когда это по­нятие вводится, его происхождение приписывается химику XVII ве­ка Роберту Бойлю, в книге которого «Химик-скептик» вниматель­ный читатель найдет определение «элемента», вполне соответствую­щее определению, используемому в настоящее время... Тем не ме­нее все это иллюстрирует еще раз образец исторических ошибок, который вводит в заблуждение как студентов, так и непрофессио­налов относительно природы научного предприятия. Согласно Бойлю, который в этом был совершенно прав, его «определение» элемента не более чем парафраза традиционного химического по­нятия; Бойль предложил его только для того, чтобы доказать, что никаких химических элементов не существует» [3, с. 180—181].

Основанием для такого вывода послужило то, что в трудах Бойля Т. Кун обнаружил такую корпускулярную концепцию ве­щества, которая объясняла происхождение свойств различием ком-

35

бинаций бескачественных атомов (подобно тому, как теперь раз­личием комбинаций протонов и электронов объясняют образование атомов разных элементов).

Но была ли у Т. Куна необходимость в таком осуждении клас­сической истории химии как «образца исторических ошибок, кото­рый вводит в заблуждение как студентов, так и непрофессиона­лов»? Разве корпускуляризм Бойля не был известен до Т. Куна многим историкам химии, которые, однако, видели в трудах ан­глийского ученого не только одну спекулятивную доктрину объяс­нения свойств посредством комбинаторных моделей качественно однородных атомов, но еще и первые экспериментально обосно­ванные шаги в направлении учения о химических элементах? На оба эти вопроса можно ответить лишь отрицательно.

Например, итальянский химик и историк химии М. Джуа, по­святивший в 1925 г. специальную работу сопоставлению атомисти­ческих взглядов Р. Бойля и П. Гассенди, нашел, что свои пред­ставления о комбинации качественно однородных атомов в качест­венно различные ансамбли Бойль вынужденно — по велению опы­та — координировал с представлениями о химических элементах. «Бойль заключил, что корпускулы, из которых образованы тела, остаются неизменными при различных превращениях последних» [4, с. 92]. Основанием для такого заключения служил опыт: дейст­вие на золото царской водки, а на серебро, медь и ртуть азотной кислоты приводит к исчезновению этих металлов и их переходу в раствор, «но их корпускулы, растворенные в кислоте, должны со-I храняться без изменения, потому что из этих растворов можно снова получить исходные металлы» (с. 92). Исходя из такого впол­не логичного заключения, М. Джуа приходит к выводу, что «ис­следования Бойля вели к объяснению химических реакций на осно­ве понятия элемента» (там же).

Такая же интерпретация трудов Бойля в области химии дана Б. М. Кедровым. Отметив то обстоятельство, что с помощью одного качественного анализа, каким занимался Бойль, он не мог устано­вить реальные химические элементы (да еще при наличии соблазна атомистической интерпретации качественного многообразия тел по гипотезе Гассенди), Кедров раскрыл объективные причины двой­ственности атомистики Бойля: с одной стороны, она под влиянием эмпирического материала явно устремлялась к признанию эле­ментов как материальных носителей химических свойств и качест­венного разнообразия тел природы, а с другой — представляла со­бой отрицание элементов, умозрительно опирающееся на меха­нику*.

Вот почему Б. М. Кедров еще в 1940-х годах, т. е. значительно « ранее Т. Куна, охарактеризовал атомистику Бойля как путь в раз-

* А теперь ее опорой можно назвать и квантовую механику, указавшую на возможность комбинирования электронов, протонов и нейтронов в необозримое множество качественно разнородных тел.

36

витии учения о химических элементах. После того как он отметил ее позитивные стороны и перешел к негативным, он со всей опреде­ленностью указал, что «начав новый этап в химии, когда, на место изучения отдельных разорванных свойств было поставлено ис­следование отношений и связей тел, Бойль не смог довести до кон­ца разработку этого этапа» [5, с. 95]. Таким образом, последова­тельности в проведении концепции химического анализа у Бойля не получилось и причина этого состоит главным образом в экспери­ментальной неразработанности и односторонности самого химиче­ского анализа. Но при всем этом Кедров приходит к выводу, что химия как наук могла возникнуть только как учение о химических элементах. Атомистика Гассенди, а в известной мере и Бойля, как альтернатива представлениям о химических элементах, не могла служить концептуальной системой, способной хоть сколько-нибудь реально противопоставить себя алхимии. Если бы это было возмож­но, то уже Гассенди мог бы считаться основоположником научной химии. То обстоятельство, что Бойль: 1) сумел ввести в химию ин­дуктивный метод, 2) увидел основную задачу химии в изучении за­висимости свойств от состава, 3) понимал под составом некие прос­тые вещества, при анализе выделяемые из сложных тел, а при синтезе вновь образующие эти же самые тела, 4) выдвинул перед химиками программу изучения реальных химических элементов,— все это образует то единство факторов, которое и позволило ему положить начало превращению существовавшей до него химии в науку.

Исследовательская программа Бойля и теория флогистона. Как ни парадоксально, но исторически обстоятельства сложились таким образом, что первой теорией химии оказалась л о жн а я теория. И, вероятно, еще более парадоксальным яв­ляется то, что именно ей суждено было стать, по крайней мере в конце XVII — первой трети XVIII в., главным условием и основ­ной движущей силой реализации той исследовательской програм­мы, которая наметилась в работах Бойля по химическому анализу и которая вела к представлениям о химических элементах. Или, иначе говоря, этой теории суждено было сделаться посредником полного освобождения химии от алхимии.

Конечно, в этом случае сам собою возникает вопрос не только о конкретных путях, но даже о принципиальной возможности пере­хода от алхимии как донаучном идейном формировании к научной химии через .ложную теорию.

Однако обсуждать вопрос о возможности такого перехода бес­смысленно, потому что весь период более чем столетнего (1660-1770) господства теории флогистона, за время которого заверши­тесь начатое Бойлем превращение алхимии в химию, представляет собой историческую данность. Что же касается вопроса о том, как это произошло, как посредством ложной теории происходило ста-

37

яовление научной химии, то он вызывает особый интерес и требует обсуждения.

Ссылаясь на оценку своеобразной роли теории флогистона в ос­вобождении химии от алхимии, данную Ф. Энгельсом *, Б. М. Кед­ров пишет: «Хотя теория флогистона впоследствии и оказалась ложной, в ней уже не было прежней алхимической фантастики, не было чуждого науке религиозного оттенка. Это была в полном смысле слова химическая теория, оперировавшая химическими фак­тами, хотя и превратно истолкованными, и раскрывавшая реаль­ные отношения между различными химическими процессами и ве­ществами» [6, с. 69].

Но что означает определение теории флогистона как концепции, чуждой «алхимической фантастики», и «в полном смысле слова хи­мической теории, оперировавшей химическими фактами»? Прямого ответа на этот вопрос не существует.

Н. А. Фигуровский, напротив, считает, что теория флогистона оказалась так же «окутанной туманом», как и алхимия, что ее пред­метом были такие же фантазии, как и у алхимии, и, более того, что в представлениях флогистиков и алхимиков существовала «оче­видная преемственность» [7, с. 240]. Но поскольку роль теории флогистона в процессе полного перехода от алхимии к химии — именно как историческую данность — перечеркнуть нельзя, Н. А. Фигуровский признает, что «при всем этом теория флогисто­на принесла несомненную пользу для дальнейшего развития хи­мии», суть же этой пользы он видит в том, что эта теория «позволи­ла рассматривать с единой точки зрения различные химические про­цессы, которые ранее считались совершенно разрозненными и объ­яснялись в каждом случае особыми причинами» [7, с. 2401].

Однако и это объяснение вызывает дополнительные вопросы. В. Л. Рабинович убедительно показал, что в алхимии тоже име­лись своего рода обобщения, объединявшие разрозненный матери­ал, и одним из них была концепция взаимодействия вещества с огнем как универсальным разрушителем и анализатором сложных тел [8, с. 192—267].

Ответ на вопрос о позитивной роли теории флогистона следует искать в тех ее особенностях, которые были связаны с формирова­нием количественного химического анализа сложных тел, без ко­торого было бы абсолютно невозможным экспериментальное под­тверждение идей о химических элементах.

Как говорилось выше, с помощью одного только качественного анализа, первоистоки которого начал создавать Бойль, выявить в составе сложных тел реальные простые тела и установить их ста­тут как химических элементов было невозможно. В самом деле, в XVII в. не было известно ни одного химического элемента, кото-оый тогда можно было бы считать инвариантом состава. Исключе-

* См.: Маркс К-, Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 348.

38

ние не составляли и «элементы древности и средневековья» — углерод, сера, золото, серебро, медь, железо, свинец, олово, ртуть, мышьяк, сурьма, висмут и цинк. Их нельзя тогда было принимать за элементы, так как их химическая индивидуальность не могла быть установлена из-за отсутствия количественных методов хими­ческого анализа. Исключение не составил и фосфор, открытый в 1669 г. вне рамок количественного анализа. Как известно, откры­тие это явилось результатом алхимических попыток разорившего­ся немецкого торговца Хейннига Брандта получить золото... из человеческой мочи. Недаром говорят, что не столько Брандт от­крыл фосфор, сколько фосфор открыл и увековечил в истории нау­ки имя Брандта.

Зато в XVIII в. последовал уже целый ряд открытий химичес­ких элементов. В 1735 г. упсальским профессором Г. Брандтом открыт кобальт. В 1748 г. испанским ученым А. де Уллоа подроб­но описана платина, известная ранее. В 1751 г. шведским ученым А. Кронштадтом выделен из никелевого колчедана металлический никель. 1776 г. считается годом открытия водорода, выделение ко­торого в 1666 г. наблюдал Р. Бойль, в 1745 г. М. В. Ломоносов, а в 1766 г. Г. Кавендиш, подробно описавший его как «горючий воз­дух». В 1771—1774 гг. открыт кислород (К. Шееле в Швеции, Дж. Пристли в Англии, А. Лавуазье во Франции). В 1771 г. К. Ше­еле открыл фтор, в 1772 г. Д. Резерфорд описал азот. В 1774 г. открыты хлор и марганец.

Все эти открытия явились следствием количественного химиче­ского анализа, возникновение и формирование которого так или иначе связано с теорией флогистона.

Представления о родстве процессов горения и кальцинации ме­таллов, развитые Г. Шталем в 1690—1720 гг. и ставшие основани­ем теории флогистона, оказались простыми, ясными и доходчивы­ми в разъяснении вопросов о составных частях сложных тел, т. е. об элементном составе. Являясь результатом количественного хи­мического анализа, они служили одновременно мощным стимулом развития последнего. И что особенно интересно: тогда, когда фло-гистики были вынуждены приписать флогистону в высшей степени странное свойство «отрицательного веса», количественные исследо­вания элементного состава сложных тел, именно ввиду этой стран­ности или загадочности отношений между весомой материей и не­весомым (или даже отрицательно весомым) флюидом, стали более многочисленными. У флогистонной теории оказался, таким об­разом, мощный дополнительный стимул для развития количествен­ного химического анализа. В поисках соответствия флогистонной теории со здравым смыслом, с традиционными представлениями о весомости материальных тел появились работы, направленные на сочетание объемных и гравиметрических методов количествен­ного анализа. В русле теории флогистона появилась так называе­мая пневматическая химия, основоположники которой Дж. Блэк,

39

Г. Кавендиш, Дж. Пристли и К. Шееле явились творцами целой системы количественных методов в химии.

Естественно, теория флогистона — историческая данность, но она противоречит логике объекта химического исследования. По­этому в аспекте сопоставления логики вещей и логики идей ее нельзя признать исторически неизбежной. Это обстоятельство и обусловливает ее ложный характер, а ее основному понятию — флогистону — создает характеристику «фантастического» предме­та. Но ведь адепты теории флогистона не выдумывали картину отражения объективной реальности; они создавали ее как более или менее адекватное отражение действительности, только отраже­ние перевернутое, поставленное на голову, т. е. такое, каким видит мир новорожденный ребенок, до определенного времени восприни­мающий его повернутым на 180° по вертикали. Такой взгляд на предметы и процессы был проще. А главное, он соответствовал тог­дашнему уровню развития знаний и деятельности по производству знаний. Поэтому если он и не был обусловлен логикой объекта, то был оправдан гносеологически.

Из всех теорий, писал известный французский химик и технолог П. Макер в 1778 г., т. е. тогда, когда уже стали известными рабо- ты А. Лавуазье, теория флогистона «наиболее ясна и наиболее со­гласна с химическими явлениями. Отличаясь от систем, порожден­ных воображением без согласования с природой и разрушаемых опытом, теория Шталя — надежнейший путеводитель в химических исследованиях; многочисленные опыты, проводимые ежедневно, не только далеки от того, чтобы ее опровергнуть, но, наоборот, ста­новятся доказательствами в ее пользу» (цит. по [9, с. 69]).

Нельзя не отметить, что теория флогистона, как об этом го­ворит Ф. Энгельс, была отнюдь не единственной теорией, отражаю­щей объект в перевернутом виде. Она аналогична некоторым дру­гим теориям, возникшим в других областях познания действитель­ности; «...мы достаточно часто встречаемся с такими теориями, в которых действительные отношения поставлены на голову, в кото­рых отражение принимается за отражаемый объект и которые нуждаются поэтому в подобном перевертывании»*. И далее Ф. Эн­гельс приходит к общему выводу, имеющему гносеологическое зна­чение: «Гегелевская диалектика так относится к рациональной ди­алектике, как-теория теплорода — к механической теории теплоты, как флогистонная теория — к теории Лавуазье»**.

К теориям, подобным флогистонной, относится и геоцентриче­ская система Птолемея, Общность всех таких теорий состоит в том, что за исходное и основное они берут «кажущееся», т. е. непосред­ственную видимость, которую принимают и выдают за действи­тельность.

* Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 371. ** Там же. С. 372.

40

Следует отметить, что теория„флогистона имела крайне противо­речивый характер. Во многом еще связанная с прошлым (алхими­ей), считая основным свойством тел горючесть, она решительно!

прокладывала дорогу оудущему, ибо наделяла горючесть универ-гяльным материальным носителем. Ставя все представления о оеак-

циях окисления — восстановления на голову, она в то же время раскрывала реальную, хотя обратную, взаимную связь между эле­ментами, с одной стороны, и их соединениями — оксидами, с дру­гой. Пренебрегая главнейшей характеристикой вещества — мас-

сой — в описании свойств флогистона впервые пришла к необ-

ходимости взвешивания веществ до и после реакции: Явгяясь по

своей сути качественнШ теорией, она развивала количественные исследования. И, наконец, введя в химию понятие о своего рода антителах, антикислороде, она сделала неизбежными открытие кислорода и столь же явное преувеличение его роли, сколь преуве­личена была ооль самой теории флогистона в химии.

Дедуктивный синтез атомистических и элементаристских пред­ставлений в трудах М. В. Ломоносова. Противоречивость в подходе Р, Бойля к главнейшей проблеме химии—происхождению ка­честв'— была следствием раздвоенности в его мировоззрении. Бойль-теоретик был сторонником механистического атомизма П. Гассенди, и это определяло его оппозицию элементаристским взглядам. Но Бойль-практик вынужден был признавать существо­вание элементов как инвариантов состава, и это обусловливало его удаление от атомистических спекуляций. Во всяком случае синтеза атомистических и элементаристских представлений в трудах Бойля произойти еще не могло. Этому мешали вековые традиции противо­поставления элементаризма корпускуляризму, поддерживаемые еще с древности искусственно созданной альтернативой континуа-лизма и учения о дискретном строении материи.

В период господства теории флогистона элементаристокая кон­цепция (в ее новой форме зачатков учения о химических элемен­тах) применительно к решению проблемы генезиса свойств одер­жала полную победу над спекулятивным атомизмом. Нельзя ска­зать, однако, что последний в результате этого был предан забве­нию. Наоборот, сократив свои претензии на монополию в объясне­нии качественного разнообразия вещества, он продолжал в XVIII в. волновать умы многих естествоиспытателей, увидевших в нем новые возможности физического обоснования природных явлений, в том числе и химических превращений.

Уникальным и принципиально новым явлением в развитии ато­мистических представлений были труды М. В. Ломоносова, осуще-:твившего дедуктивный или даже своеобразный гипотетико-дедук-гивный синтез этих представлений с учением о химических элемен-гах в рамках логистики. Концептуальной основой такого синтеза явились: 1) корпускулярные представления о строении вещества; 2) кинетическая теория теплоты и 3) закон сохранения вещества

41

и движения, т. е. такие компоненты, которые в равной мере рас­сматриваются как физикой, так и химией. Но так как для этил теоретических выводов в первой половине XVIII в. не имелось и еще не могло существовать строгих экспериментальных доказа­тельств, они в сущности носили характер гипотез, частично выте­кавших из эмпирических данных, полученных М. В. Ломоносовым, а частично выведенных логически из посылок, имевших вероятност­ный характер. М. В. Ломоносов считал, что путь к раскрытию за­кономерностей природы проходит преимущественно через гипотезу «Если бы те [естествоиспытатели], — говорил он, — которые все свои дни затемняют дымом и сажей и в мозгу которых господству­ет хаос от массы непродуманных опытов, не гнушались поучиться священным законам геометров... то несомненно могли бы глубже проникнуть в таинства природы, истолкователями которой они се­бя объявляют. В самом деле, если в математи'ке из сопоставления немногих линий выводят очень многие истины, то и для химиков я не вижу никакой иной причины, вследствие которой они не мог­ли бы вывести больше закономерностей из такого обилия имеющих­ся опытов, кроме незнания математики» [10, т. 1, с. 75].

В суждениях о химическом составе тел, их свойствах и превра­щениях Ломоносов использовал корпускулярную теорию для объ­яснения явлений фазового перехода твердых тел в жидкость и об­ратно, взаимодействия разных жидкостей при разных температу­рах и, наконец, воздействия теплоты на физические и химические явления. Решение всех этих задач он осуществлял с единых пози­ций своей «корпускулярной философии», сущность которой можно свести к следующим положениям:

1. все тела вне зависимости от агрегатного состояния, в том числе и флогистон, имеют дискретное строение; они состоят иг «корпускул», т. е. молекул, которые, в свою очередь, составлены из «элементов», или атомов (в работах Ломоносова термины «эле­ мент» и «атом» выступают как синонимы);

2. корпускулы могут быть однородными, или простыми, когда они состоят из одних и тех же элементов, и разнородными, или сложными, когда они представляют собой соединение разных эле­ ментов;

3. «теплота не зависит от сосредоточения постоянной материи, а есть некое состояние тела» [10, т. 1, с. 147] и далее — теплота твердого тела «состоит во внутреннем вращательном движении (частиц) связанной материи» [10, т. 2, с. 21], теплота жидкостей и газов обусловлена как вращательным, так и линейным движе­ нием их частиц; «корпускулы от большой степени теплоты отделя­ ются друг от друга и даже рассеиваются» [10, т. 1, с. 151];

4. явления перехода из одного агрегатного состояния в другое, так же как и растворение, сопровождаются поглощением или вы­ делением теплоты и обусловлены перемещением корпускул;

42

5) химические превращения тел обусловлены «изменениями, происходящими в смешанном теле» [10, т. 1, с. 68], т. е. изменением элементного состава корпускул.

Как видно, в трудах М. В. Ломоносова мы находим прообразы стехиометрических законов и атомистики Дальтона.

Эмпирико-аналитическая концепция химических элементов Ла­вуазье. Развитие методов количественного химического анализа, подобно всякому другому научно-историческому процессу, происхо­дило отнюдь не гладко по восходящей линии. Возникнув в русле флогистонной теории в конце XVII — начале XVIII в. как методы изучения массовых отношений компонентов сложного тела, они получили дальнейшее развитие в период пневматической химии. Они включают не только массовый, но и объемный анализ, осуще­ствляемый посредством приборов высокой чувствительности и точ­ности.

В работах А. Лавуазье и М. В. Ломоносова эти методы впер­вые получили теоретическое обоснование на базе принципа сохра­нения материи, который был сформулирован и применен в химиче­ских исследованиях как закон сохранения массы реагирующих веществ.

А. Лавуазье в 1772—1773 гг. количественно изучал явления горения и установил, что углерод (алмаз), сера и фосфор при сгорании образуют вещества, масса которых превышает массу исходных элементов. Это навело его на мысль, что при горении к элементам присоединяется часть воздуха, объем которого при этом действительно убывает на 1/5. А. Лавуазье проделал также опыты с обжигом металлов и тоже пришел к выводу о присоедине­нии к металлам части воздуха. Он доказал, что воздух представ­ляет собой смесь газов, одним из которых является кислород. Он впервые сознательно получил чистый кислород .путем нагревания ртути в замеренном объеме воздуха и разложения полученного оксида ртути. Лавуазье повторил реакцию синтеза воды, откры­тую, но не объясненную Г. Кавендишем, и показал, что вода есть оксид водорода, и разложение воды при пропускании ее через рас­каленное железо приводит к образованию железной окалины и во­дорода.

Результаты легко воспроизводимых количественных исследова­ний А. Лавуазье дали ему все основания отвергнуть флогистонную теорию, найти в реальном, обладающем массой кислороде антипод флогистону и поставить все выводы флогистики с головы на ноги.

Лавуазье, таким образом, завершил коренное преобразование химии, начатое Бойлем, и предложил эмпирико-аналитическое оп­ределение химических элементов. Важно отметить, однако, что кри­терием своего определения химических элементов он избрал опыт и только опыт, решительно отвергнув какие бы то ни было внеэм-пирические суждения об атомах или молекулах, которые невоз­можно связать с результатом опыта.

43

«Итак, я скажу лишь, — писал Лавуазье в своем учебнике, — что если названием элементов обозначать простые и неделимые молекулы, составляющие тела, то вероятно, что мы их не знаем; если же, напротив, мы свяжем с названием элементов, или начал тел, представление о последнем пределе, достигаемом анализом, то все вещества, которые мы еще не смогли никаким способом разложить, являются для нас элементами; но не потому, что мы могли бы утверждать, что эти тела, рассматриваемые нами как простые, не состоят из двух или большего числа начал, а по' тётому, что эти начала никак друг от друга не отделяются, или, вернее, потому, что мы не имеем никаких средств их разделить, эти тела~вёдут сёбя с нашей точки зрения, как простые, и мы не должны счиеаеь сложными до тех пор, пока опыт или наблюде­ния не докажут нам этого» [11, с. 362]. К элементам, согласно этому критерию. Лавуазьё отнес: кислород, азот, водород, серу, фосфор, углерод, семь известных в то время металлов и, что осо-бенно интересно, те вещества, которые тогда не поддавались раз­ложению,— известь, магнезию, глинозем, кремнезем. барит. ради-калы кислот соляной, плавиковой и борной

Аналитический материал, накопленный к тому времени, позво- лил Лавуазье создать одну из первых рациональных классифика­ ций химических соединений, а на её основе — их новую номенкла­ туру, часть принципов которой сохранилась до настоящего време­ ни. Первое и самое важное место в классификации Лавуазье зани­ мают кислородные соединения; при этом кислоты и оксиды часто отождествляются, ибо основным признаком кислот Лавуазье считал наличие в их составе кислорода. Классификация Лавуазье основа­ на, во-первых, на различиях в элементном__составе соединений и, во-вторых, на характере их свойств (кислоты,оснювания, соле- образующие вещества, соли, органические вещества). При этом, подобно Бойлю, Лавуазье считает, что свойства веществ опреде- л я ются .их сосеояния.. '

Здесь следует еще раз подчеркнуть, что в отличие от Бойля Лавуазье, по существу, вовсе отвергал связи между свойствами и строением вещества, как гипотетические. Лавуазье нельзя наз­вать антиатомистом. Но, будучи строгим приверженцем эмпирии, он не придавал значения гипотезам вообще, а тем более таким, которые нельзя непосредственно проверить. «Все, что можно ска­зать о числе и природе элементов, — заявляет он по поводу ато­мистической структуры тел, — по моему мнению, сводится к чисто метафизическим спорам; это неопределенные задачи, допускающие бесчисленное множество решений, из которых, по всей вероятно­сти, ни одно не согласуется с природой» [11, с. 362]. Неделимых молекул, составляющих тела, говорит он, мы не знаем; но знаем, что «такое-то вещество является пределом, достигаемым посред­ством химического анализа, и 'что при современном состоянии на­ших знаний оно не может быть разделено далее» (там же). Поэто-

44

му во всех случаях он говорит лишь о химическом составе тел и о зависимости свойств от элементного состава. Зато он судит об этой зависимости так строго и точно, как до него не мог судить никто; в его суждениях нет умозрительных предположений, нет спекуляций.

Зависимость свойств вещества от состава, описанная Лавуа­зье, — это не просто Утверждение о наличии зависимости, это точно установленная количественная закономерность, отражающая взаимосвязь между качественной и количественной характеристи­ками вещества.

От эмпирико-аналитической к атомно-теоретической концепции химического элемента. Главным недостатком эмпирико-аналитиче­ской концепции химического элемента была её полная зависимость

от уровня аналитической техники. В результате усовершенствова­ния физико-химических приемов анализа (XIX в.), а затем откры­тия радиоактивности (1903—1913) и искусственных ядерных реак­ций (1919—1932) эмпирико-аналитическое определение понятия химического элемента должно было постоянно изменяться в ре­зультате перечеркивания одних критериев другими. Такое положе­ние приводило к тому, что к химическим элементам относили в од­них случаях еще неразложенные соединения (А. Лавуазье), а в других — элементарные частицы атома (Н. Рамзай). Между тем эмпирико-аналитическая концепция химического элемента продол­жала удерживать обломки и обрывки своих определений, стараясь во что бы то ни стало примирить новые факты с противоречащими им старыми формулировками, стараясь втиснуть новые открытия в прокрустово ложе давно уже отживших определений и по­нятий.

Параллельно эмпирико-аналитической концепции формирова­лась атомно-теоретическая концепция химического элемента, кото­рая прошла две основные стадии развития: 1) до открытия, и 2) после открытия Д. И. Менделеевым периодического закона. В пер­вую из этих стадий — со второй половины XVII и до конца XVIII в. — атомно-теоретическая концепция развивалась в форме количественного накопления материала, послужившего предпосыл­кой открытия стехиометрических законов, а во вторую стадию она явилась теоретическим обобщением этих законов.

Подробная логическая характеристика обеих концепций хими­ческого элемента дана в широко известной работе В. М. Кедрова [12], поэтому здесь нет необходимости ее повторять. Важно отме­тить, однако, что открытие периодического закона позволило создать почву, на которой произрастали принципиально новые ре­шения проблем, относящихся не только к учению о химических элементах, но к химии в целом, т. е. к учению о химических элемен­тах и их соединениях.

45