Концепции познания в химии

До определенного времени шло накопление эмпирических химических знаний, пока не назрела необходимость в их классификации и систематизации, т. е. теоретическом обобщении. Основоположником системного освоения химических знаний явился выдающийся русский химик Д. И. Менделеев (1834—1907). Попытки объединения элементов в группы предпринимались и ранее, однако не были найдены определяющие причины изменений их химических свойств.

Д. И. Менделеев при решении данной проблемы исходил из того принципа, что любое точное знание представляет систему. Данный подход позволил ему в 1869 г. открыть периодический закон и разработать Периодическую систему химических элементов. В его системе основной характеристикой элемента является его атомный вес.

Периодический закон Д. И. Менделеева: «Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов"1.

Это обобщение давало новые представления об элементах, но в силу того, что еще не было известно строение атома, физический смысл его был не вполне доступен пониманию.

В современном представлении периодический закон формулируется следующим образом: «Строение и свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов и определяются периодически повторяющимися однотипными электронными конфигурациями их атомов»^[1][2]. В книге «Элементы», опубликованной в 1993 г., Дж. Эмсли определяет свойства элементов более чем по 20 параметрам.

До системного подхода в химии, разработанного Д. И. Менделеевым, учебники по химии были очень громоздкими и состояли из многих томов по несколько сот страниц. Учебник Д. И. Менделеева «Основы химии» (1868—1871), построенный на системных обобщениях, логично излагал в одной книге стройную систему знаний того времени.

Современная химическая наука опирается на ряд основных химических законов:

• • закон сохранения массы: масса веществ, вступающих в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции;
• • закон сохранения энергии: при любых взаимодействиях, имеющих место в изолированной системе, энергия этой системы остается постоянной и возможны лишь переходы из одного вида энергии в другой;
• • закон постоянства состава: любое химически индивидуальное соединение имеет один и тот же количественный состав независимо от способа его получения;
• • закон кратных отношений: если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то масса одного из элементов, приходящихся в этих соединениях на одну и ту же массу другого, относятся между собой как небольшие целые числа;
• • закон объемных отношений: при одинаковых условиях объемы вступающих в реакцию газов относятся друг к другу и к объемам образующихся газообразных продуктов реакции как небольшие числа;
• • закон Авогадро: в равных объемах любых газов, взятых при одной и той же температуре и при одинаковом давлении, содержится одно и то же число молекул и др.¹

Современную картину химических знаний объясняют с позиций четырех концептуальных систем^[3][4], которые схематично представлены на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Четыре концептуальные системы химической науки.

На данной схеме показано последовательное появление новых концепций в химической науке, которые опирались на предыдущие достижения, сохраняя при этом все знания предшествующих этапов, необходимые для дальнейшего развития.

О качественном росте знаний в химии при переходе от одной концептуальной системы к другой, более совершенной, и получении на их базе новых веществ можно судить на примере изготовления синтетического каучука.

Широкое развитие автои авиастроения потребовало производства каучука в гораздо больших объемах, чем прежде. Назрела проблема получения искусственного каучука. В начале XX в. русский химик С. В. Лебедев (1874—1934) синтезировал каучук на основе дивинила. Однако процесс синтеза оказался дорогостоящим и трудоемким. Исходное сырье дивинил синтезировали из этилового спирта, который получали из пищевых продуктов, содержащих крахмал и сахар, причем только третья часть спирта давала выход, а остальное шло в отходы. Во всей цепи по производству искусственного каучука было занято значительное количество людей.

Новые возможности получения исходного сырья (дивинила) для производства синтетического каучука появились в связи с переходом химического знания на уровень учения о химических процессах. Дивинил стали получать из нефти, отпала необходимость в использовании пищевого сырья. Такое производство существует и сегодня.

Более обнадеживающие перспективы получения синтетического каучука представляются на новом, эволюционном, уровне развития химии. Имеются сведения о пиролизе нефтяного сырья в атмосфере плазмы при температуре 4000—5000°С, при этом реакция протекает в течение тысячных долей секунды. Производительность при реализации указанных условий возрастает многократно по сравнению с существующим способом. Один человек, обслуживающий небольшой реактор-плазмотрон, может заменить целый завод.

• [1] Кузьменко Н. Е., Еремин В. В. Химия. Ответы на вопросы. М.: Федеративная книготорговая компания, 1997. С. 31.
• [2] Глинка И. Л. Общая химия. М.: Интеграл-Пресс, 2002. С. 79.
• [3] Глинка М. Л. Общая химия. М.: Интеграл-Пресс, 2002. С. 19, 20.
• [4] Кузнецов В. И., Идлис Г. М., Гутина В. Н. Естествознание. М.: Агар, 1996. С. 177.