Развитие концепции атомизма в философии и химии

Рассмотрена теория атомистического учения и процесс ее развития. ...

Содержание


1. Введение………………………………………………………………………….…….3
2. Натурфилософская атомистика………………………………………………….……4-6
3. Механическая атомистика Бойля. Начало создания научной химии………….…...6-7
4. Атомно-кинетическая концепция Ломоносова………………………………….…..7-8
5. Химическая атомистика Дальтона……………………………………………………8-11
6. Противоречие теории Дальтона и теории Гей-Люссака………………………….…11-12
7. Берцелиус и его атомистика…………………………………………………………..12-13
8. Молекулярная теория Жерара…………………………………………………...……13-14
9. Список используемо литературы………………………………………………..……14

Введение

Атомистика - это учение о строении вещества. Атомистика в своем развитии прошла три основных этапа:
1. Натурфилософская атомистика древних – у которой не было широкой эмпирической основы и которая выдвигала свои положения, руководствуясь общефилософскими соображениями, хотя и привлекла в качестве обоснования различного рода аналогии, заимствованные из действительного мира.
2. Механическая атомистика – 17-18 веков, которая пыталась в соответствии с духом того времени наделять атомы чисто механическими свойствами – крючочками, зазубринками и т.д. В химию такие представления ввел Роберт Бойль (17 век), развили их дальше М.В. Ломоносов (18 век) и другие химики. Наряду с этим возникло иное направление в той же механической атомистике, берущее начало от Ньютона и его учения о «силах»: атомам приписывались лишь силы притяжения и отталкивания, а потому их форма не играла особой роли. По аналогии с объектами макрокосмоса (небесными телами) они мыслились в виде миниатюрных шарообразных частиц.
Натурфилософская и механическая атомистика не могли оказать конкретной помощи химии , так как они не давали возможности теоретически объяснить какие-либо химические явления. Это были абстрактные формы атомистического учения.
3. Химическая атомистика (19 век) – ее зародыши мы обнаруживаем у Ломоносова на почве общей концепции механической атомистики. Только у Дж. Дальтона впервые она начинает обретать научный вид, хотя еще долгое время ее основная идея переплетается с различного рода привнесенными в нее неверными моментами. Именно Дальтон поставил проблему состав-строение, стремясь объяснить данные химического анализа и выведенные из них стехиометрические законы (законы химического состава различных веществ) посредствам атомистических представлений о строении вещества.
В итоге впервые за всю историю естествознания и философии удалось соединить, сочетать, синтезировать, с одной стороны, отвлеченную идею об атомах, а с другой – опытные данные, касающиеся действительного состава изучаемых веществ. Так теория слилась здесь с эмпирией.

Однако при этом нужно учитывать, что Бойль стоял на позициях механического естествознания 17 века, разделяя полностью методологию механицизма. Одна из особенностей того времени состояла в том, что из всех естественных наук достигла тогда известной законченности только одна механика твердых тел; отсюда проистекало применение исключительно масштаба механики к процессам химического и органического характера, - в области которых механические законы хотя и продолжают действовать, но отступают на задний план перед другими, более высокими законами.Естественно, поэтому, что в области химии Бойль применил масштабы механики, а также связанные с ее развитием методы исследования (индуктивный метод, разработанный в области механики Галилеем, а позднее Ньютоном). Соответственно этому атомистика в трудахБойля обрела резко выраженный механический характер. Но вместе с тем Бойль сумел ввести в химию индуктивный метод, который начало превращению химии в науку.Научные труды Роберта Бойля можно разделить на три части:1)Физические исследования2)Химические исследования3)Корпускулярная теорияФизические исследования достигли своей кульминации – они привели к открытию известного закона, носящего имя Бойля – Мариотта.Благодаря химическим исследованиям Бойля с его именем связаны различные отрасли химии – теоретической, аналитической и неорганической. Исследования Бойля вели к объяснению химических реакций на основе понятия элемента. Отрицая научное значение аристотелевских и алхимических элементов, слишком немногочисленных и недостаточных для объяснения всех известных фактов, он утверждал, что элементы суть неразлагаемые дальше составные части тел, и считал, что их число должно быть больше числа, которое позволяли предвидеть ранее предложенные теории. Его корпускулярная теория, которая, по существу, представляет собой атомистику, стремиться отчасти опереться на химические факты. Так, наблюдая изменение некоторых тел при действии определенных реагентов, которые как бы разрушают природу этих тел, но не их сущность. Бойль заключил, что корпускулы, из которых образованы тела, остаются неизменными при различных превращениях последних. Например, если мы действуем на золото царской водкой, а на серебро, медь и ртуть – азотной кислотой, то видим, как эти металлы исчезают, но их корпускулы, растворенные в кислоте, должны сохраняться без изменения, потому что из этих растворов можно снова получить исходные металлы.Только что приведенные принципы были действительно новыми (более того, можно сказать, что они были необходимы для создания химической теории атомов и мы вновь встречаем их в теории Дальтона), но этого оказалось недостаточным для построения научной теории, потому что отсутствовало понятие атомного веса. Бойль заимствовал идею у древних универсальной материи, общей для всех тел и непроницаемой. Тела возникают из этой универсальной материи, обладающей тремя основными свойствами: формой, величиной, и движением (или покоем) благодаря акциденциям, среди которых первое место принадлежит движению. Акциденции бывают первичными и вторичными; корпускулы также могут быть первичного и вторичного порядка. Первичные корпускулы суть элементы, т.е. непосредственные начала различных видов тел; при их соединении возникают химические вещества или смеси. Соединения происходят благодаря особого рода сродству или притяжению. Герман Копп приходит к довольно сомнительному утверждению, согласно которому Бойль тем самым показал себя приверженцем теории притяжения между атомам, что историк материализма Ланге более склонен приписать Ньютону. Для истории химии эта деталь, однако, имеет относительный интерес, потому что ни Бойль, ни Ньютон в последующем такой идеи не развивали. В действительности термин сродство до Бойля употреблял Альберт великий, чтобы обозначить соединение сходных веществ, а также Глаубер. Но как химическое понятие это представление оказалось плодотворным только в 18 веке главным образом благодаря Бергману и Жоффруа.При помощи своей корпускулярной теории Бойль объяснил различные агрегатные состояния материи. Газообразное состояние, согласно его представлениям, характерно главным образом для воздуха, состоящего из частиц самой разнообразной формы, что обуславливает его упругость. Корпускулы жидкости соприкасаются только в немногих местах своих поверхностей и поэтому обладают некоторой свободой движения, в то время как в твердых телах они соеденены между собой настолько прочно что не могут взаимно перемещаться. Твердое состояние возможно благодаря плотности корпускул, нахождения их в состоянии покоя и сближенности.Результаты своих исследований Бойль публиковал в журнале Лондонского королевского общества «Philosophical Transactions». Его главные сочинения: «Химик-скептик» (Лондон, 1661), «Опыты и рассуждения о цветах» (1663), «Некоторые опыты и рассуждения по физиологии» (1661), «Возникновение форм и качеств, согласно корпускулярной философии» (1666), «О совместимости специфических лекарств с корпускулярной философией» (1685).Главное произведение Бойля – «Химик-скептик». Такое название Бойль дал ему потому, что в нем подвергаются решительной критике и пересмотру все ранее сложившиеся взгляды, касавшиеся химии. Основную задачу химии как науки Бойль видит в исследовании химического состава различных тел.Как уже говорилось, в корпускулярной теории Бойля отсутствовало понятие атомного веса; даже при уточнении и большей конкретизации понятия элемента эта теория не стала необходимой для экспериментальной химии. Это связано прежде всего с отсутствием количественных принципов, позволяющих определить атомный вес элемента. Атомно-кинетическая концепция ЛомоносоваСвою атомно-кинетическую концепцию Ломоносов, по его собственному свидетельству, развил, исходя из атомистических идей Бойля. Бойль дал толчок его мысли. Ломоносов писал: «С тех пор, как я прочитал Бойля, мною овладело страшное желание исследовать мельчайшие частицы. О них я размышлял 18 лет».Свою атомно-кинетическую концепцию Ломоносов выдвинул не как отвлеченную, чисто умозрительную, а как естественнонаучную гипотезу, основанную, где это, конечно, было возможно, хотя на скудных, но все же опытных данных. Эту гипотезу он разработал в цельную, весьма стройную научную систему, стремясь распространить ее на все известные в то время физические и химические явления.В своей диссертации «Элементы математической химии» (1741) Ломоносов развил мысль о том, что атомы различных элементов различаются между собой качественно и что, соединяясь друг с другом, они образуют молекулы (атомы Ломоносов называл «элементами», а молекулы «корпускулами»). Соответственно этому он писал: «Корпускула есть собрание элементов, образующие одну малую массу… Корпускулы однородны если они состоят из одинакового числа одних и тех же элементов, соединенных одинаковым образом… корпускулы разнородны, когда элементы их различны и соединены различным образом или в различном числе; от этого зависит бесконечное разнообразие тел».Признавая, в частности, способность одинаковых «элементов», т.е. атомов одного и того же химического элемента, образовывать однородные «корпускулы», Ломоносов предвосхитил на 70 лет молекулярную гипотезу Авогадро и на 120 лет молекулярное учение Жерара.Однако, когда Авогадро выдвигал свою гипотезу, он имел в своем распоряжении такое важное эмпирическое открытие химии, как закон объемов химически взаимодействующих газов, открытый Гей-Люссаком. В распоряжении же Ломоносова не было никакого эмпирического материала, который мог бы подтвердить правильность его идеи.Было только теоретическое мышление, с помощью которого Ломоносов логически развивал содержание выдвинутой им основной идеи, что элементы могут соединяться в корпускулы.Можно сказать далее, что, идя таким логическим путем, Ломоносов предвидел явление изомерии, поскольку он допускал возможность, что одни и те же элементы могут различным образом располагаться в корпускуле и этим вызывать разнообразие тел.Применяя свои атомистические воззрения к химии, Ломоносов писал по поводу химического соединения (называя его смешанным телом): «Смешанное тело есть то, которое состоит из двух или нескольких различных начал (химических элементов), соединенных между собой так, что каждая отдельная его корпускула имеет такое же отношение к частям начал, из которого она состоит, как и все смешанное тело к целым отдельным началам».Здесь ломоносов высказывает такие догадки, полученные им так же чисто логическим путем, которые нельзя охарактеризовать иначе, как предвидение будущих законов химического состава вещества, т.е. так называемых законов химической стереохимии. Более того, он уже наперед дает им теоретическое объяснение с точки зрения атомистической гипотезы. В самом деле, поскольку атомы неделимы (а это является для Ломоносова исходным пунктом так же, как в последствии и для Дальтона), поскольку они могут соединяться между собой только как целые, неделимые порции материи – один с одним, один с двумя и т.д. Поэтому постоянство отношений между элементами внутри корпускулы должно проявиться в постоянстве отношений между крупными составными частями.Именно таким путем, не зная ничего о работах Ломоносова, спустя 60 лет после него шел Дальтон, когда он своими открытиями утвердил теоретически и экспериментально атомистическую концепцию в химии. Количественные исследования химического состава различных веществ во времена Ломоносова только еще начинались, и не было еще никакого эмпирического материала, необходимого для проверки и подтверждения атомистической гипотезы в химии. Более того, не было еще правильных представлений о самих химических элементах. За них принимались, согласно старым аристотелевским воззрениям, например, вода, земля и воздух.К концу 18 века, много лет спустя после смерти Ломоносова, был накоплен нужный эмпирический материал и выработаны правильные взгляды на химические элементы, что и позволило химикам дать прочное обоснование атомному учению в его приложении к химии. В этом отношении химики начала 19 века были в несравненно лучшем положении, чем Ломоносов. Химическая атомистика ДальтонаС именем Джона Дальтона (1766 – 1844), крупнейшего химика начала прошлого века, можно связать новую эпоху в развитии химической науки – эпоху химической атомистики. Весь 19 век в химии прошел под знаком атомистических идей. Не было и нет такой крупной химической проблемой, которая так или бы иначе не опиралась на атомистическую идею строения вещества, не была ее дальнейшей конкретизацией. Теория строения органических соединений и связанное с ней понятие валентности, периодическая система химических элементов, электролитическая теория диссоциации и лежащее в ее основе понятие иона и другие важнейшие открытия органической и неорганической химии и вновь возникшее в конце 19 века физической химии являются по сути дела разработкой и углублением отдельных сторон общей атомистической теории в химии.Подобно древним атомистам, Дальтон исходил из положения о корпускулярном строении материи. Нужно заметить, что только во второй половине 19 века все химики начали различать понятие атом и молекула. Дальтон этого различия еще не делает. По его учению, все вещества распадаются непосредственно на атомы; если это элементарные вещества, то распадаются они на простые атомы; если же это химически сложные, то – на сложные атомы, состоящие каждый из двух или более различных простых атомов. Дальше мы будем придерживаться терминологии Дальтона.Мы видим, что саму идею атомов Дальтон считает почти общепринятой. Вопрос же в том, какими конкретными свойствами нужно наделить эти атомы, для того чтобы с их помощью можно было объяснить закономерности в составе вещества.Таких свойств дальтон установил в основном четыре. Первым таким свойством является полное тождество атомов одного и того же вещества, что вытекает непосредственно из факта постоянства состава веществ. Вторым свойством, каким нужно было наделить атомы для того, чтобы эмпирические правила, которым подчиняется состав тел, получили рациональное объяснение, была способность различных атомов соединяться между собой в различных отношениях. На примере кислородных соединений азота можно продемонстрировать образование сложных атомов двойного, тройного и высшего порядков, что и делает Дальтон. Третьим свойством атомов соединяться между собой в отношениях кратных чисел, является абсолютная неделимость простых атомов ни в смысле их механического дробления на более мелкие порции без изменения природы и свойств самого вещества, ни в смысле их химического разложения на качественно отличные от них, химически более простые составные части. Наконец, четвертым и самым важным свойством, которым наделяет атомы Дальтон и которое объясняет стехиометрию химических соединений, является атомных вес. Таким образом, каждый элемент обладает атомным весом, о котором, по мнению Дальтона, можно иметь представления только в относительном смысле, так как определить абсолютный вес атомов невозможно. Ставя вопрос об определении относительного атомного веса, Дальтон принимает за единицу атомных вес самого легкого из известных элементов, а именно водорода, и сопоставляет с ним веса других элементов. Для экспериментального решения этого вопроса необходимо, чтобы элемент соединялся с водородом, образуя определенное соединение, или же если этого не происходит, то чтобы данный элемент соединялся с другим элементом, о котором известно что он способен соединяться с водородом. Зная вес этого другого элемента относительно водорода, можно всегда найти отношение веса данного элемента к принятому за единицу веса водорода. Теоретическая простота проблемы, поставленной Дальтоном, ясна каждому, однако с экспериментальной точки зрения эта задача отнюдь не является простой и для ее решения надо использовать не обычную технику работы.Проследим каким путем возникла теория Дальтона. Впервые он упоминает об атомной теории в статье под заглавием «Об абсорбции газов водой и другими жидкостями», которая была прочитана 20 октября 1803 года в Манчестерском литературно-философском обществе и напечатана в «Записках» этого общества. Законы растворимости газов в воде и других растворителях были установлены Генри (одним из друзей Дальтона) – вице-президентом Манчестерского литературно-философского общества.В своей статье дальтон обсуждает механическую теорию поглощения газов и в заключительном параграфе утверждает: «Наибольшая трудность, стоящая перед механической гипотезой, вызывается фактом, что различные газы следуют различным законам. Почему вода не поглощает одно и тоже количество разных газов? Я надлежащим образом исследовал эту проблему и пришел к выводу, впрочем, полностью в настоящее время меня не удовлетворяющему, что поглощение зависит от веса и числа конечных частиц различных газов… Насколько я знаю, вопрос об относительном весе конечных частиц тел совершенно нов». Дальтон приводит таблицу относительных весов конечных частиц газов и других тел, которая важна с исторической точки зрения, будучи первой таблицей весов некоторых элементов (табл. 1). Таблица 1.ВеществоВесВеществоВесВодород1Азотистая окись13.7Азот4.2Сера14.4Углерод4.3Азотная кислота15.2Аммиак5.2Сероводород15.4Кислород5.5Угольная кислота15.3Вода6.5Спирт15.1Фосфор7.2Сернистая кислота19.9Фосфористый водород8.2Серная кислота25.4Азотистый газ9.3Углеродистый водород6.3Эфир9.9Маслородный газ (этилен)5.9Окись углерода9.8   Эти значения не очень точны и сильно занижены; укажем, например, что соответствующие современные значения для кислорода, азота и углерода 7.94, 4.64 и 6. Тем не менее приведенная таблица показывает, что проблема атомных весов не только была обоснована теоретически но и могла быть решена экспериментально.Дальтон устанавливает, что для воды, например, в состав которой, по Дальтону, входят 87,4 весовой части кислорода и 12,6 части водорода, эквивалент кислорода в 7 раз больше эквивалента водорода. Чтобы определить отсюда атомный вес, нужно еще знать, сколько атомов кислорода и водорода образуют один атом воды. Дальтон решает этот вопрос произвольно. Он допускает, что если имеется только одно соединение веществ А и В, то этому соединению нужно приписать простейшее из всех возможных строение.В отношении определения числа атомов в частице сложного вещества метод Дальтона, опиравшийся на произвольное допущение, оказался несостоятельным и в дальнейшем был исправлен на основании молекулярного учения.