Тенденции физикализации химии

См.: Печенкин А.А. Взаимодействие физики и химии. М., 1986..

Первый этап на­чался еще в XVIII в. — проникновение физических идей в химию, превращением её в одну из областей современного естествознания. Физической идеей, сыгравшей решающую роль в химии, стала ньюто­новская идея силы тяготения в его «Математических началах...». Фактически все концепции химического сродства, начиная с концепций, возникших в рамках теории флогистона, и кончая концеп­циями времен Д.И. Менделеева, строились по образцу ньютоновской трактовки гравитационного взаимодействия. Химическое сродство трактовалось как притяжение между частицами веществ, аналогичное всемирному тяготению: считалось, что эти законы выражают степень притяжения одного вещества к другому.

Логика рассуждения, которая позволила химикам перейти от физического понятия силы к учению о химическом сродстве. Опираясь на понятие силы, Ньютон сформулировал три зна­менитых закона движения. Путем логической дедукции из этих законов Ньютон вывел законы Кеплера, описал приливы и отливы, Л. Эйлер впоследствии вы­вел законы движения твердого тела. Главное — понятие силы, зало­женное в эти законы. Влияние этого понятия вылилось в идею силового взаимодействия, побуждающую искать электрические, магнитные и химические силы.

По Ньютону, силой называется причина, выводящая тело из со­стояния покоя или равномерного и прямолинейного движения. При этом Ньютон специально подчеркивал, что его интересует закон действия силы, выясняемый путем экспериментального исследования, что никакие гипоте­зы о скрытой природе силового взаимодействия не могут заменить экспери­ментальное изучение эффектов этого взаимодействия. В алхимии «сродст­во» веществ мыслилось в виде мистической связи между ними.

2.3. Философские проблемы химии 201

В химии были постулированы особого ро­да силы, действующие между химическими частицами и приводящие к превращениям вещества. Была поставлена задача выяснить путем экспери­ментального исследования тот закон, которому подчиняются эти силы.

Одним из первых таких законов была таблица химического сродства, составленная французским химиком Э.Ф. Жоффруа-старшим (начало XVIII в.). В 60-е гг. XIX в. скандинавские ученые К.М. Гульдберг (1836—1902) и П. Вааге (1833—1900), используя ньютоновские идеи силы и массы, сформулировали закон действия масс, фундаментальный закон современной химической кинетики. В качестве меры химичес­кой силы в нем использовано изменение во времени экспериментальной величины — концентрации реагирующего вещества. Закон действия масс устанавливает пропорциональность скорости реакции произведению действующих масс.

Второй этап физикализации химии — проникновение в химию физических законов. Законы физической теории — термодинами­ки — дали жизнь химической термодинамике. Термодинамика складывалась в процессе изучения принципа действия тепловых двигателей. Применение термодинамики к химии раз­вернулось в конце 70-х и начале 80-х гг. XIX в. в трудах Г. Гельмгольца (1821-1894), Я. Вант-Гоффа (1852-1911) и Дж. Гиббса (1839-1903).

202 2. Философские проблемы естествознания

Возникли понятия химического равновесия и энергии. К.Л. Бертолле определил равновесие как равенство сил прямой и об­ратной реакций. При этом сила понималась как сила сродства.

Исходя из начал термодинамики, Гельмгольц, Вант-Гофф и Гиббс развили метод термодинамических потенциалов, убыль которых, аналогично убыли потенциальной энергии в механике, указывает направление самопроизвольного протекания хими­ческих процессов. В 1882 г. Гельмгольц предложил разделить химическую энергию на части: способную превращаться в теплоту (связанная энергия) и способную произ­водить работу (свобод­ную). Значение свободной энергии, а не тепловой, служит мерой химического сродства.

Третий этап физикализации химии — физическое описание и объясне­ние «святая святых» химии — химической связи и химического взаимодей­ствия. К концу 20-х гг. XX в. складывается новая фундаментальная теория — квантовая механика (Н. Бор, В. Гейзенберг, Э. Шрёдингер, П. Дирак и др.). В химию проника­ет идея электрона как фактора, обеспечивающего химическую связь.В 1927 г. В. Гейтлер и Ф. Лондон показали, что химическая связь — квантовое явление.

За работами по молекуле водорода появилось огромное количество теоретических работ по структуре молекул всех видов.

204 2. Философские проблемы естествознания

Остановимся лишь на идее электронной пары (метод валентных схем) Дж. Льюиса. Заменив в традиционных структурных формулах штрих, характеризующий межатомную связь на двоеточие, символизирующее электронную пару, Льюис получил следую­щие электронные формулы:

206 2. Философские проблемы естествознания

Вопросы для самопроверки

1. В чем актуальность вопроса о предмете химии?

2. Сводится ли химия к физике?

3. Что такое вещество?

4. Каким образом понятие естественного вида позволяет раскрыть специфи­ку вещества как предмета химии?

5. Каковы основные этапы физикализации химии?

6. Какова концептуальная связь структурных теорий и учения о химическом процессе?

Темы рефератов

1. Книга Б.М. Кедрова «День одного великого открытия» и ее значение для философии и истории химии.

2. Химия и физика: редукция или интеграция?

3. Место реакции Белоусова—Жаботинского в химии и в современной науке.

4. Соотношение истории и философии химии.

5. Строение современной химической теории.

Литература

Кедров Б.М. День одного великого открытия. М., 2001.

Концепции самоорганизации. Становление нового образа научного мышле­ния / Рук. авторского коллектива А.А. Печенкин. М., 1994. Гл. 1, 2 и 5.

Кузнецов В.И. Общая химия. Тенденции развития. М., 1989.

Печенкин А.А. Взаимодействие физики и химии. Философско-методологиче-ские проблемы. М., 1986.

Пригожий И.Р. От существующего к возникающему. М., 1985.