Вещество как предмет химии. Физический и химический подходы к проблеме

Из сказанного выше, однако, не следует, что вопрос о предмете химии лишен смысла. Можно утверждать, что химию и физику отличают не фрагменты природы, которые изучают эти науки, а способы познания, способы видения мира. Предмет химии, как и предмет любой другой на­уки, — это не природа «до человека и без человека». Этот предмет фор­мируется в ходе практической деятельности человека, включающей в се­бя в качестве составной части научную деятельность. В результате предмет приобретает характер задачи, решаемой данной наукой. Эта за­дача модифицируется и развивается, но она сохраняется, поскольку дан­ная наука сохраняется в структуре естествознания.

Химия известна своей глубокой связью с промышленностью, с техно­логией. Эта связь более сильная, чем связь с промышленностью физики. Последнее следует хотя бы из того факта, что существует химическая про­мышленность, но нет физической промышленности. Здесь нужны ого­ворки и уточнения. Существует, например, промышленная электроника, радиопромышленность и т.д. Следовательно, такие области, как радиофи­зика, квантовая электроника, не удалены от промышленных разработок. Все же вовлеченность в промышленность — это не то, что объединяет между собой различные области в физику как науку. В то же время «часто говорят, что химия является и наукой, и производством. А под термином «большая химия» обычно подразумевают ту область химической индуст­рии, которая производит многотоннажную продукцию».

Отмечая взаимосвязь и в то же время дистанцированность физики и технологии, известный советский физик, основатель санкт-петербургско­го Физтеха А.Ф. Иоффе назвал физику «техникой будущего». Физика имеет огромное прикладное значение, подчеркивает тем самым Иоффе, но она включает теоретические и даже абстрактные исследования, при­кладное значение которых проявляется лишь в исторической перспективе.

Основатель Института физичекской химии Н.Н. Семенов (Ум. В 1986 г.) упомянул в качестве связующего звена, соединяющего хи­мическую науку и химическое производство, вещество. Вещество (близ­кие понятия — «материя», «субстанция», «тело» и т.д.) — это природные объекты, вещи, взаимодействующие с человеком, удовлетворяющие его потребности, проявляющие по отношению к нему широкое разнообра­зие свойств, среди которых есть полезные, вредные, нейтральные. Ве­щество — это сырье, продукт, полупродукт (промежуточный продукт) производства, а также окружающая человека среда, рассмотренная со стороны ее свойств и состава. Вещество бывает живое и неживое, вещество — это то, из чего состоит человек (микрокосм), и космос в букваль­ном смысле этого слова.

Однако, выделив вещество в качестве предмета химии, мы попадаем примерно в ту же ситуацию, что и в случае химической формы движения Вещество столь же изучает физика, сколь и химия.

Химия и физика, познавая вещество, ставят разные акценты. Физику в основном интересуют общие свойства вещества, химию — индивидуаль­ные и особенные. Физику вещество интересует с точки зрения его внут­реннего строения. Выясняя внутреннее строение вещества, физика при­ходит к весьма общим теориям — квантовая механика, квантовая теория поля. Физика также рассматривает свойства макроскопического вещест­ва — теплоемкость, магнетизм, магнитную восприимчивость и т.д. Эти свойства интересуют и химию. Но ее интересуют не эти свойства сами по себе, а скорее комплексы свойств (физических, химических, физико-хи­мических, экологических), характеризующие некий химический инди­вид — химический элемент или химическое соединение. В принципе, хи­мия идет еще дальше в индивидуализации вещества. Ее, например, могут интересовать свойства осадка, полученного в такой-то реакции, прове­денной в такой-то лаборатории при таких-то условиях, свойства железной руды, добываемой, скажем, близ Томска. При этом химию привлекают не только индивидуальные вещества, но и индивидуальные химические ре­акции (предмет химической кинетики). «Минимальное описание кинети­ческой системы включает установление необходимой и достаточной ин­формации, позволяющей в каждый данный момент времени построить подобную же систему, имеющую идентичные свойства... При изучении каждой частной системы исследователь обычно начинает с попытки вы­делить индивидуальные факторы, влияющие на скорость реакции».

Далее, химия и физика по-разному схематизируют и идеализируют ве­щество. Физике свойственны глубокие абстракции и идеализации, прене­брегающие, по сути дела, почти всеми воспринимаемыми свойствами И оставляющие одно-два как существенные. Так, например, такие веши, как брошенный камень, маятник, качающийся на длинной нити, плане­та, совершающая орбитальное движение вокруг Солнца, рассматривают­_ся как материальные точки, т.е. за ними закрепляются только их масса и положение в пространстве и времени. Не менее известна другая идеализа­ция — твердое тело (или абсолютно твердое). Здесь, кроме того, фиксиру­ется размеры и форма тела. Черным телом (или абсолютно черным) на­зывают тело, которое при любой температуре полностью поглощает падающее на него излучение (реальные черные тела, скажем сажа, не яв­ляются таковыми, ближе всего к черному телу приближается небольшое отверстие в замкнутой полости, стенки которой поглощают свет).

В свою очередь, химия стремится к более «мягким» идеализациям и схематизациям. Обычно химические идеализации удерживают множе­ство свойств, из которых выделяется одно, которое служит базисом иде­ализации, ее «визитной карточкой», идентификатором. По этому свой­ству такая идеализация отличается от других идеализации. Тем не менее химические идеализации всегда открыты для уточнения, коррекции. При этом может пересматриваться свойство, составляющее базис идеа­лизации. Важно, однако, чтобы сохранялась преемственность: каждый раз при таком пересмотре должно сохраняться большинство свойств, со­ставляющих данную идеализацию.

Не менее важная химическая идеализация — металлы. Это ковкие и тягучие вещества, отличающиеся специфическим металлическим блес­ком, способные хорошо проводить электричество и тепло.

С металлами работали еще алхимики. В алхимии появилось обобще­ние о невозможности получить металл из неметалла. В теории флогисто­на (первая половина XVIII в.) металл представлялся как сложное вещест­во, состоящее из окалины и носителя горючести и металличности — флогистона. Кислородная теория Лавуазье перевернула эти представле­ния: металлом стали называть простое вещество, а окалина стала тракто­ваться как химическое соединение, состоящее из металла и кислорода. Однако осталась проблема, какие металлы суть действительно простые вещества, а какие — химические соединения. Дело в том, что ряд веществ, известных как металлы и отвечающих вышеупомянутым признакам (ков­кость, тягучесть и т.д.), реально являются химическими соединениями (например, железный колчедан — в современных обозначениях FeS₂). Эта проблема решалась по мере классификации химических элементов. Сей­час металлы отделяют от неметаллов по электронному строению их ато­мов. Важным отличительным признаком металлов служит высокое коор­динационное число, которым они обладают в кристаллическом и жидком состоянии. Но все эти теоретические характеристики вводятся с огляд­кой на эмпирические признаки, упомянутые выше (ковкость, тягучесть, высокая теплопроводность и т.д.).

Тем не менее, именно набор эмпирических свойств направляет поиск теоретической характеристики элемента. Выше было упомянуто распро­страненное определение элемента как вещества, состоящего из атомов, имеющих одинаковый заряд ядра. Это определение при всей его кано­ничности проблематично. Ведь известны изотопы, атомы, ядра которых различаются по составу, но имеют один и тот же заряд ядра, причем не­редко изотопы имеют разные химические свойства. Яркий пример — дейтерий и обычный водород.

В этой связи понятно стремление Б.М. Кедрова, о котором речь шла выше в связи с рассмотрением его концепции химической формы дви­жения, учесть в понятии элемента не только теоретический признак именуемого таким образом вещества, но и его эмпирические характе­ристики. Кедров определяет элемент через периодический закон Д.И. Менделеева, через место данного элемента в периодической сис­теме химических элементов. Таким образом, в этом случае в определе­нии элемента, предлагаемом Кедровым, решающей оказывается та гигантская химическая информация, которая закодирована в периоди­ческой системе и которая становится явной при сопоставлении эле­ментов в пределах различных совокупностей, выделяемых этой систе­мой, — периодов, групп, подгрупп, диагоналей и т.д. В то же время элемент, по Кедрову, это и его номер в периодической системе, номер, повторяющий величину атомного ядра.

Итак, вещество как предмет химии «улыбается своим чувственным блеском всему человеку». Это и драгоценный камень, и «подозритель­ный на золото песок», это и глыбообразная руда и рудоносная пыль. Химия обычно не идет так далеко в схематизации и идеализации веще­ства, как это свойственно физике. Как правило, химические идеализа­ции удерживают целый спектр наблюдаемых характеристик вещества. «Химия действует на некотором уровне глубины. На этой глубине ее по­нятия имеют значения... Стоит спуститься глубже, и мы приходим к фи­зике». С этими словами крупнейшего специалиста по квантовой химии Ч. Коулсона (1910—1974) можно согласиться, оговорив, что они не ус­танавливают границу между химией и физикой, а выражают тенденцию, проявляющуюся в тех понятийных системах, которые используют эти науки. Вещество в том виде, как оно присутствует в химии, это продукт идеализации и схематизации действительности. Но эти идеализации и схематизации — не столь радикальные, как в физике.