Концептуальные системы химии и их эволюция

Совре­менная химическая теория представлена четырьмя относительно замкнутыми системными понятиями. Эти системы были названы концептуаль­ными системами химии³:

1) учение о химических элементах и составе вещества (периодическая система элементов Д.И. Менделеева, концепции соединений, теория валентности),

2) структурная химия (учение о строении органических и неорганических соединений, координационная теория, кри­сталлохимия и т.д.),

3) учение о химическом процессе (кинетика и тео­рия катализа) и

4) химия самоорганизации (концепция диссипативных систем И. Пригожина, теория реакции Белоусова—Жаботинского, эво­люционный катализ, учение о химической эволюции).

³ См.: Кузнецов В.И., Печенкин А.А. Концептуальные системы химии. Структурные и
кинетические теории // Вопросы философии. 1971. № 1; Кузнецов В.И. Диалектика разви­
тия химии. От истории к теории развития химии. М., 1973.

192 2. Философские проблемы естествознания

Концептуальные системы последовательно формировались в ходе исто­рического развития химии. Это может быть выражено следующей категориальной схемой:

[См.: Кедров Б.М. Общий ход познания вещества // Вопросы философии. 1965. № 4; Быков Г.В. Доструктурные теории органической химии в России // Труды Института истории естествознания и техники АН СССР. М., 1958.]

Каждый треугольник этой схемы символизирует построение новой концептуальной системы. Горизонтальная линия «состав—свойство» — это квинтэссенция того, к чему пришло учение о химических элементах в первой половине XIX в.

Хотя периодический закон был установлен Д.И. Менделеевым в 1869 г., учение о химических элементах в целом сложилось в первой половине XIX в. в виде двух концепций хи­мического состава — концепция дальтонидов и концепция бертоллидов.

Но состав химического вещества не всегда может объяснить его свойства, например, свойства изомеров и полимеров? Этот вопрос возник в органической химии в середине XIX в., и он привел к появлению понятия структуры и кинетических теорий в трудах Ф.А. Кекуле (1829— 1869), А.С. Купера (1831-1892) и A.M. Бутлерова (1828-1886). Кинетика химических сис­тем стала изучаться с целью объяснения функций этих систем, их реакци­онных способностей.

Но структура вещества не всегда может объяснить его функ­цию, реакционную способность, и для этого объяснения требуется изуче­ние организации, кинетики той реакционной системы, в которую включено данное вещество. Рас­крыть организацию системы значит выяснить схему ее реагирования (поведения) в ответ на изменение ее граничных условий.

В 30-х гг. XX в., когда создается теория элементарного акта химической реакции и учение о сложных хими­ческих реакциях, состоящих из множества последовательных, параллель­ных и конкурирующих элементарных стадий. В 1930-х гг. Н.Н. Семенов (один из создателей теории цепных реакций) поставил задачу провести классификацию химических реакций (подобную химических соединений). В 1940-х гг. Л. Гаммет (1894—1987) характеризовал основную проблему химии как проблему «предвидения и управления ходом реакций»².

¹ Семенов Н.Н. Цепные реакции. Л., 1934. С. 14.

² Гаммет Л. Основы физической органической химии. М, 1972. СП.

Химия самоорганизации заявила о се­бе в 1970-х гг. с реакции Белоусова—Жаботинского¹. В начале 1950-х гг. Б.П. Белоусов, моделируя про­цессы, связанные с циклом лимонной кислоты (циклом Кребса - циклический химический процесс в живом организме), открыл колебательную реакцию, своего рода химические часы. Реакционная смесь начинает «организовываться»: приходит в колебательное состоя­ние, сохраняющееся достаточно долго (более часа). Цвет этого раствора начинает изменяться с желтого на бесцветный, затем опять на желтый и т.д.

¹ Об этой истории см. воспоминания С.Э. Шноля, учителя A.M. Жаботинского: Шноль С.Э. Герои и злодеи российской науки. М., 1997; Он же. Герои, злодеи и конформи­сты российской науки. М., 2001.

2.3. Философские проблемы химии 193

С войства вещества - характеристики, «закрепленные» за данным веществом (цвет, запах, кислотность, горючесть, канцерогенность и т.д.). Свойства проявляются во взаимодействии с другими объектами и зависят от его состава.

Реакционная способность — характеризуется способами его реагирования, скоростями возможных реак­ций, их конечными и промежуточными продуктами. Эта характеристика вещества не может быть выведена из структуры вещества. Надо раскрыть организацию реакционной системы, в которой про­текает данный процесс (ход реакции, его зависимость от характеристик со-реагента, от показателей сосуда, в котором происходит реакция, от скорости перемешивания и т.д.).

Структура системы — это совокупность ее элементов и порядок свя­зей между ними.

Механизм реакции — это развертка структуры реагиру­ющих веществ во времени. Выяснить механизм реакции - значит рас­крыть совокупность элементарных стадий, составляющих реакцию, а также закон (кинетическое уравнение), связывающий эти стадии между собой.

Организация реакционной системы — это внутреннее устрой­ство системы плюс схема ее реагирования на изменение граничных условий.

Самоорганизация реакционной системы — это структурирова­ние, отражающее внутренние ресурсы этой системы.

2.3. Философские проблемы химии 199

В процессе становления концептуальных схем прослеживаются, по меньшей мере, две альтерна­тивные тенденции:

1. тенденция физикализации — внедрение в химическую науку физических идей и ме­тодов, подведение под химию теоретико-физического фундамента (физикализация химии — аналог математизации физики).

2.эволюция собственных концептуальных систем химии. Это тенден­ция к формированию системных понятий, раскрывающих предмет этой науки — вещество (понятий «состав», «свойство» и т.д.).

Эти тенденции могут быть сопоставлены с декартовской системой координат: В этой «системе координат» помещается исто­рия современной химии или, по крайней мере, ее значительные фраг­менты. Эта схема развития химии расходится с «одномерны­ми», «линейными» трактовками истории этой науки, встречающимися в литературе. Если бы мы проследили третью, четвертую тенденции, мы получили бы более полное представление.

200 2. Философские проблемы естествознания