Возникновение химии как самостоятельной пауки обычно относят к XIX в., хотя химические представления всегда входили в качестве составной части естественнонаучных взглядов на природу. В своей практической деятельности человек имеет дело с веществом и его превращениями в течение многих тысячелетий: добывание и поддержание огня, хранение пищевых продуктов и приготовление пищи, получение металлов из руд, выделка шкур, крашение и т. д.

Первыми, наиболее последовательными взглядами на природу, дошедшими до нас из глубины человеческой истории, являются воззрения древних греков V—III вв. до н. э. Здесь отчетливо выделяются два направления: атомистические представления и учение об элементах (всеобщих началах, стихиях).

Впервые представления об атомах (атом по-гречески означает неделимый) как о мельчайших частицах, из которых состоит весь окружающий мир, встречаются в трудах древнегреческих философов-материалистов Левкиппа (V в. до н. э.) и Демокрита (470—357 гг. до н. э.). Они пытались такие явления природы, как испарение воды, распространение запахов, ветер, бури и т. д., объяснить самопроизвольным движением этих невидимых частичек — вечно существующих атомов, их соединением и разъединением. Сочинения самого Левкиппа до нас не дошли. Известно только что, Левкипп был учителем Демокрита. Об атомистических воззрениях Демокрита мы можем судить главным образом на основе их пересказываний в трудах других ученых. По мнению одних авторов, Демокрит считал, что все атомы подобны, неделимы, несжимаемы и не имеют начала и конца, по мнению других — Демокрит различал атомы по величине, форме, весомости и т. д.

В древнегреческой философии существовал и еще один подход для объяснения всех изменений, наблюдаемых в природе. Так, Гераклит (530—470 гг. до н. э.) первоначалом всех вещей считал огонь, воздух и землю; Эмпедокл (490—430 гг. до н. э.) принимал существование четырех основных -стихий: воды, воздуха, огня и земли. Так же считал Платон (428—347 гг. до н. э.), который писал: «...то, что носит теперь имя воды, сгущаясь, как мы полагаем, превращается в камни и землю, а будучи растворено и разрежено то же самое становится ветром и воздухом, воспламенившийся же воздух — огнем; затем огонь, сжатый и погашенный, переходит обратно в образ воздуха, а воздух, сдавленный и сгущенный, является облаком и туманом, из которых

при еще большем сгущении течет вода; из воды же происходит опять земля и камни. Таким образом, эти стихии, как видно, идут кругом и последовательно дают рождение одна другой». Аристотель (384—322 гг. до и. э.) ввел еще один — пятый элемент, который проникает во все вещи и имеет эфирную, духовную природу.

Как мы видим, и атомистика древних греков, и их учение об элементах носят либо абстрактный и умозрительный, либо слишком наивный характер и имеет мало общего с современными представлениями об атомах, молекулах и химических элементах.

В период господства алхимии (IV—XVI вв.) особенно широкое распространение имело учение Аристотеля, тем более, что церковь признала его священным, одновременно преследуя атомистические представления как еретические и безбожные. При этом пятому элементу, введенному Аристотелем, алхимики приписывали особый смысл.

Квинтэссенция — пятая сущность — вызывает взаимные превращения остальных элементов и, следовательно, может превращать обычные металлы в золото и серебро, излечивать все болезни, возвращать молодость и т. д. Ее также называли «философским камнем», «эликсиром здоровья», «универсальным растворителем» и т. п. В эпоху алхимии изменилось представление и о самих элементах. Так, общим началом всех металлов считали ртуть, серу и соль. Но несмотря на ложные цели, которые ставили перед собой алхимики в поисках «философского камня» и безуспешные попытки превращения различных металлов в золото, в своих лабораториях алхимики занимались изучением и исследованием свойств многих новых веществ. Так они открыли серную, соляную, азотную кислоты, царскую водку, фосфор, нашатырь, различные щелочи и т. д.

При радиоактивном распаде, как мы теперь знаем, радий

image11

превращается в радон и гелий, а при бомбардировке атома азота а-частицами в 1919 г. Резерфорд впервые осуществил искусственную ядерную реакцию: превратив атомы азота в атомыimage12кислорода. Но это превращение одних химических элементов в другие произошло не с помощью «философского камня», а благодаря тому, что науке удалось в XVI—XVII вв. преодолеть ложные алхимические взгляды,

Быстрое развитие промышленности и торговли в XIV—XVI вв. привело к тому, что все большее число химиков оставляют безуспешные попытки получить золото из других металлов и начинают заниматься исследованиями в области технический химии, приготовлением лекарств и т. д. Создаются общества и объединения этих прогрессивных ученых того времени, сначала в Италии, затем во Франции, Англии и других странах.

Одним из основателей такого научного общества в Англии стал знаменитый английский ученый Роберт Бойль (1627—1691). Девиз этого общества — «не с чьих- либо слов». Ведь учение Аристотеля об элементах и представления алхимиков о трех началах: ртути, сере и соли, которые входят в состав всех металлов, — не подтверждаются экспериментальными данными; так, никому еще не удалось путем разложения с помощью огня (или другим путем) из любого металла получить хотя бы один из элементов Аристотеля или алхимических начал. Поэтому Бойль предложил считать истинными элементами такие вещества, которые не подвергаются дальнейшему разложению. Тогда число элементов резко возрастает по сравнению с пятью, но зато эти химические элементы имеют реальное, экспериментальное обоснование.

Кроме того, вслед за французским ученым Рене Декартом (1596—1694) Бойль пытался конкретизировать атомистические представления Демокрита и положить их в основу объяснения наблюдаемых химических превращений. Но это были еще только гениальные догадки того синтеза учения об элементах и атомно-молекулярного учения, которое появится только в XIX в.

Большое значение для преодоления алхимических взглядов имела теория флогистона, наибольшая заслуга в создании которой принадлежит немецкому химику Г. Шталю (1660—1734). Прежде всего она была предназначена для объяснения процессов окисления-восстановления и, в частности, получения металлов из руд.

На языке современной химии задача заключалась в описании, например, следующих процессов:

image13

Согласно этой теории такие горючие вещества, как водород, сера, уголь, а также металлы содержат в своем составе особую «субстанцию», называемую флогистоном. Так, уголь состоит почти целиком из чистого флогистона, и при горении угля флогистон из него удаляется, а остается лишь небольшое количество золы. При нагревании металлов (окислении металлов, напримерimage14) флогистон удаляется и остается

вторая составная часть металла — окалина. Каждому металлу соответствует своя особая окалинаimage15image16

Для объяснения того, что пес окалины image17больше, чем вес чистого металлаimage18, приходилось предполагать, что флогистон имеет отрицательную массу (а как же вес угля и золы?).

Получение металлов из руд с помощью древесного угляimage19 при их нагревании состоит в том, что флогистон выделяется из угля и соединяется с окалиной, давая металл — сложное соединение окалины с флогистоном, а так как флогистон имеет отрицательный вес, то окалина в металле становилась более легкой (вес выделяемых газов, например image20, при этом, конечно, не учитывался, просто считали, что часть флогистона при этом улетучивается). Как мы видим, эта теория имела внутренние противоречия, для преодоления которых необходимы были серьезные количественные исследования.

Такая работа была проделана Михаилом Васильевичем Ломоносовым и завершилась в 1748 г. открытием закона сохранения и превращения вещества и энергии: «Все встречающиеся в природе изменении происходят так, что если к чему-либо нечто прибавилось, то это отнимается от чего-то другого. Так, сколько материи прибавляется какому-либо телу, столько же теряется у другого... Так как это всеобщий закон природы, то он распространяется и на правила движения. Так был заложен прочный фундамент под нее последующие количественные исследования.

В работах Лавуазье были даны новые доказательства закона сохранения вещества, и после открытия кислорода (1774—1775 гг. К. В. Шееле, Дж. Пристли)им была создана научная теория для объяснения окислительно-восстановительных процессов и была доказана несостоятельность теории флогистона.

Дальнейшие количественные исследования Дальтона и открытие закона кратных отношений, исследование объемных отношений газов в зависимости от температуры, давления, количеств реагирующих веществ (Дальтон, Гей-Люссак, Авогадро и др.) и позволили создать атомно-молекулярное учение, основные положения которого и были приняты на международном конгрессе химиков в Карлсруэ.

Блестящим дальнейшим развитием атомно-молекулярного учения в доквантовый период явилась классическая теория химического строения, созданная в первую очередь работами замечательного русского химика

А. М. Бутлерова (1828—1886), который обосновал утверждение, что структурные формулы — формулы химического строения — открывают последовательность химических связей атомов в молекулах.

Большую роль в создании классической теории химического строения имеют также работы А. Кекуле (1829—1896), Я. Г. Вант-Гоффа (1852—1911) (ему первому была присуждена Нобелевская премия по химии в 1901 г.), В. В. Марковникова (1838—1904), который заложил основы учения о взаимном влиянии атомов в молекуле, и т. д.

Гениальным завершением развития учения о химических элементах явилось открытие в 1869 г. великим русским химиком Д. И. Менделеевым (1834—1907) периодического закона — важнейшего обобщения в химии, которое имело и имеет громадное значение для развития всего естествознания.

Уже в XVIII в. сразу же после работ Бойля начались интенсивные попытки открытия реальных химических элементов — наиболее простейших составных частей всех соединений: если в XVII в. было известно только 14 химических элементов, то в XVIII в. было открыто еще 15, а к 1869 г. их было уже 63. Но только после открытия периодического закона поиски новых химических элементов стали не делом случая, а научно обоснованным, осознанным, целенаправленным процессом, и сейчас с учетом всех искусственно синтезированных химических элементов их насчитывается 107.

Авторы надеются, что даже краткое хронологическое рассмотрение основных этапов развития химии, приведших к созданию атомно-молекулярной теории, проиллюстрировало ют общеизвестный факт, что прямых и легких путей в науке нет. Более того, отсюда естественно предположить, что и современные научные теории могут в будущем претерпевать изменения (см., например, гл. II). Однако, помня обо всем этом, мы должны согласиться с авторами известного пособия, которые пишут:«...при изучении неизвестного явления не всякий шаг ведет к успеху, но нельзя достигнуть цели, перестав шагать!»