1.1 Основные понятия химии и законы сохранения

В XVII веке были достигнуты огромные успехи в области физики, механики, математики и астрономии. Основой естествознания становится принцип количественного измерения в экспериментальных исследованиях. Это находит свое выражение в изобретении разнообразных измерительных приборов – хронометров, термометров, ареометров, барометров, весов и т.д..

1. Первые химические термины

В общетеоретическом естествознании, конечно, следует отметить некоторое (пусть и умозрительное, исключительно в форме философских трактатов) возрождение атомистических представлений¹, впервые сформулированных в работах древнегреческих философов (Левкипп, Демокрит, Эпикур). Так, например, Рене Декарт утверждал, что все тела состоят из корпускул. Правда, в отличие от Демокрита, он полагал, что корпускулы делимы и состоят из единой материи. Корпускулярные идеи развивал и французский философ Пьер Гассенди. Им впервые было использовано понятие молекула, как группа атомов, образующая соединение (от лат. moles – «кучка»).

Однако, в целом, в химии в эти годы главенствовали алхимические идеи, которые позволили достичь важных высот в аптекарском деле, в изучении превращений металлов, но многие другие потребности производства, ремесленничества оказались в плену бесплодных попыток получения благородных металлов путем трансмутации.

Основоположником научной химии принято считать крупнейшего ученого своего времени Роберта Бойля (1627-1691) – соавтора одного из газовых законов. В результате своих экспериментальных работ по количественному изучению процессов обжига металлов, горения, сухой перегонки древесины, превращения солей, кислот и щелочей Бойль ввёл в химию понятие анализа состава тел (в частности, в 1663 г. Бойль впервые применил индикаторы для определения кислот и щелочей). Многочисленные наблюдения Бойля положили начало аналитической химии. Эти работы привели его к принципиальным выводам о неприемлемости алхимических представлений о трех началах, из которых состоят все материальные объекты. Элементами, согласно Р.Бойлю, следует признать практически неразложимые тела (вещества). Такое представление об элементах (простые вещества) сохранялось вплоть до середины XIX века. К открытию одного из них (фосфора) Бойль был весьма близок. Теоретические и экспериментальные работы Бойля оказали решающее влияние на развитие химии. Бойль наглядно показал, что химики должны решать принципиальные проблемы своей науки на основании экспериментальных данных, положив своими работами начало становлению химии как науки.

Первой научной теорией в химии следует считать флогистонную теорию, изложенную в развернутом виде в работах Г.Э.Шталя (1703г.). Он считал, что флогистон (от греческого – «горючий») является составной частью всех горючих веществ. По его мнению, флогистон выделяется при горении или обжиге веществ и, соединяясь с воздухом, образует пламя или огонь. Из воздуха флогистон выделить могут только растения, а через употребление растений флогистон переходит в животные организмы. Вещества, сгоравшие практически без остатка (от угля ­– зола, от растительных масел – «прожарок», от серы – серный газ) считались богатыми флогистоном и теряли его в процессах горения: уголь, соответственно, представлялся как смесь флогистона и золы. Металлы, наоборот, по данной теории флогистона содержат немного, в основном, – известь – остаток после обжига металлов на воздухе. При нагревании с углем извести вновь насыщаются флогистоном и образуют металлы. Теория Шталя дала логичное обоснование на тот момент экспериментально хорошо развитым металлургическим процессам.

Во второй половине XVIII века теория флогистона завоевала среди химиков практически всеобщее признание. На основе флогистонных представлений сформировалась химическая номенклатура, предпринимались попытки связать с содержанием флогистона не только горючесть, но и прозрачность, окраску, кислотно-основные и другие свойства веществ.

Целая плеяда замечательных химиков ‒ К.В.Шееле, М.В.Ломоносов, Г.Кавендиш, Пристли ‒ искала способы выделить флогистон из различных веществ². Это стало мощным стимулом для развития количественных исследований состава веществ, массовых соотношений³. Еще одним важным результатом флогистонной теории явилось активное изучение газообразных продуктов горения, газов вообще и объемных соотношений в реакциях с участием газов (пневматическая химия). Именно при исследовании газов⁴ последует каскад открытий простых веществ: водород, кислород, азот, хлор. Итогом этих исследований стало установление не только газовых законов (закон Бойля-Мариотта ‒ 1662 г., закон Шарля ‒ 1787г., дополненный Гей-Люссаком ‒ 1802г.), но и законов, которые принято называть основными законами химии (сохранения, стехиометрических), что привело к отказу от теории флогистона и постепенному становлению атомной теории, атомно-молекулярного учения о веществах. Замечу сразу, что ряд химических законов, сформулированных на основе исследования состава газообразных (иначе говоря, молекулярных) веществ, как стало ясно позднее, имеют частный, ограниченный характер и выполняются только для молекулярных соединений.