История химии, Алхимия, Ятрохимия

<

091413 0044 1 История химии, Алхимия, Ятрохимия Термин «химия» египетского происхождения — в глубокой древности Египет называли Страной Кеми — Черной Землей. Жрецы Древнего Египта были выдающимися мастерами химических ремесел, а химию постепенно стали называть «египетской наукой».

За двести лет до нашей эры в городе Александрии Египетской уже существовала Академия наук, где «священному искусству химии» было отведено особое здание, храм Сераписа — храм жизни, смерти и исцеления.

Много позднее, в начале I века нашей эры арабы-химики ввели вместо названия «химия» другое — «алхимия». Полагают, что это слово ближе к понятию «благородная химия», так как алхимию считали «искусством превращения неблагородных металлов (железа, свинца, меди) в благородные» — золото и серебро с помощью особого вещества — «философского камня».

Одним из основателей алхимии считают Зосиму, уроженца греческого города Панополиса, жившего в IV веке нашей эры в Александрии Египетской и обучавшего слушателей Академии.

В своих сочинениях Зосима неоднократно упоминал имя легендарного учителя алхимиков Гермеса и называл его Гермесом Трисмегистом — трижды величайшим, повелителем душ и магом богоравным. Сочинения, приписываемые Гермесу, по-видимому, относились к V-VI веку до нашей эры.

С самого начала зарождения алхимии, с первых лабораторий египетских жрецов, это была секретная наука, полная мистики. Алхимики шифровали свои результаты, изъяснялись особым аллегорическим языком, непонятным для непосвященных. Правда, в то время не существовало привычных ныне символов химических элементов и химических формул веществ, никто не составлял уравнения реакций. Кроме того, алхимики, которые искали способы получения золота из простых металлов, боялись, что кто-то раскроет их секреты

Cамый просвещенным из алхимиков своего времени был немецкий епископ Альберт фон Больштедт — Альберт Великий (1193-1280). Он написал Свод правил, где говорилось, что алхимик «должен быть молчаливым и скромным и никому не сообщать результатов своих операций; он должен жить в отдельном от людей доме.»

Альберт Великий, как и другие его современники-алхимики, считал, что все металлы сотворены из ртути, что ртуть — «материя» металлов, а их окраску определяют четыре «духа» — ртуть, сера, мышьяк и нашатырь (хлорид аммония NH4Cl).

Тем не менее алхимия была исторически первой наукой, соединившей теорию и эксперимент. В течение почти двух тясячелетий — со времен Зосимы до XVII века нашей эры — алхимики провели многочисленные эксперименты по превращению веществ. Из этих экспериментов потом и выросла наука химия.

К числу алхимиков принадлежал английский физик и математик Исаак Ньютон (1643-1727). Он отдал поискам философского камня и универсального растворителя много времени и сил. Но Ньютона интересовали не столько способы получения золота, сколько изучение взаимопревращений веществ.

Алхимиком был и выдающийся английский философ, монах францисканского ордена Роджер Бэкон (1214-1292). Он провел немало опытов в поисках способов превращения одних веществ в другие. За отказ выдать секреты получения золота, которых он не знал, Бэкон был осужден собратьями по вере и провел в церковной темнице долгие 15 лет. Его сочинения по велению генерала ордена францисканцев в наказание были прикованы цепями к столу в монастырской библиотеке в Оксфорде

В России алхимия не получила широкого распространения: к алхимикам не было доверия ни у властей, ни в народе. Вместо алхимиков при аптеках и при царском дворе существовали алхимисты. Они готовили обычные лекарства, являясь по существу химиками-лаборантами.

Алхимисты получали и очищали самые различные вещества, смешивали их по указанию аптекаря.

Вместе с аптекарем они принимали участие в анализе и экспертизе («надкушивании») новых лекарств. В XVIII веке название профессии «алхимист» постепенно заменяется на «химик».

Алхимики научились использовать азотную кислоту для отделения серебра и меди, с которыми золото часто образует природные сплавы. С азотной кислотой золото не взаимодействует, а серебро и медь образуют растворимые в воде соли — нитраты AgNO3 и Cu(NO3)2:

Ag + 2 HNO3 = AgNO3 + NO2 + Н2О

Cu + 4 HNO3 = Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 Н2О

В этих реакциях образуется также диоксид азота NO2, выделяющийся в виде красно-бурого газа.

Должность химика при заводах в России впервые появилась при Екатерине II. В «Положении о Тульском оружейном заводе» от 1782 года сказано: «При заводе полагается Химик, Механик и Архитектор». На этом заводе в то время производилась в небольших количествах азотная кислота.

<

ЯТРОХИМИЯ (иатрохимия) — направление в медицине 16-18 вв., представители которого рассматривали процессы, происходящие в организме, как химические явления, болезни как результат нарушения химического равновесия, и ставили задачу поиска химических средств их лечения.
Основоположником этого учения считается Парацельс (1493-1541). Под таким выбранным им самим именем («превосходящий Цельса») вошел в историю швейцарский врач Филипп фон Гогенгейм. Парацельс, как и Авиценна, считал, что основная задача алхимии — не поиски способов получения золота, а изготовление лекарственных средств. Он заимствовал из алхимической традиции учение о том, что существуют три основные части материи — ртуть, сера, соль, которым соответствуют свойства летучести, горючести и твердости. Эти три элемента по Парацельсу и составляют основу макрокосма (Вселенной) и связаны с микрокосмом (человеком), образованным духом, душой и телом. Переходя к определению причин болезней, Парацельс утверждал, что лихорадка и чума происходят от избытка в организме серы, при избытке ртути наступает паралич и т.д. Принцип, которого придерживались все ятрохимики, состоял в том, что медицина есть дело химии, и все зависит от способности врача выделять чистые начала из нечистых субстанций. В рамках этой схемы все функции организма сводились к химическим процессам, и задача алхимика заключалась в нахождении и приготовлении химических веществ для медицинских нужд.
Основными представителями ятрохимического направления были Ян Гельмонт (1577-1644), по профессии врач; Франциск Сильвий (1614-1672), пользовавшийся как медик большой славой и устранивший из ятрохимического учения «духовные» начала; Андреас Либавий (ок. 1550-1616), врач из Ротенбурга. Их исследования во многом способствовали формированию химии как самостоятельной науки.
С уменьшением влияния ятрохимии натурфилософы вновь обратились к учениям древних о природе. На первый план в 17 в. вышли атомистические (корпускулярные) воззрения. Одним из виднейших ученых — авторов корпускулярной теории — был философ и математик Рене Декарт (1596-1650). Свои взгляды он изложил в 1637 в сочинении Рассуждение о методе. Декарт полагал, что все тела «состоят из многочисленных мелких частиц различной формы и размеров,… которые не настолько точно прилегают друг к другу, чтобы вокруг них не оставалось промежутков; эти промежутки не пустые, а наполнены… разреженной материей». Свои «маленькие частички» Декарт не считал атомами, т.е. неделимыми; он стоял на точке зрения бесконечной делимости материи и отрицал существование пустоты.

  Одним из виднейших противников Декарта был французский физик и философ Пьер Гассенди (1592-1655). Атомистика Гассенди была по существу пересказом учения Эпикура, однако, в отличие от последнего, Гассенди признавал сотворение атомов Богом; он считал, что Бог создал определенное число неделимых и непроницаемых атомов, из которых и состоят все тела; между атомами должна быть абсолютная пустота.
В дальнейшем развитии химии 17 в. особая роль принадлежит ирландскому ученому Роберту Бойлю (1627-1691). Бойль не принимал утверждения древних философов, считавших, что элементы мироздания можно установить умозрительно; это и нашло отражение в названии его книги Химик-скептик, направленной против учений Аристотеля и Парацельса. Однако, будучи сторонником экспериментального подхода к определению химических элементов (который в конечном счете и был принят), он не знал о существовании реальных элементов, хотя один из них — фосфор — едва не открыл сам.

Во второй половине XVII в. алхимическая традиция постепенно исчерпывает себя. В течение более чем тысячи лет алхимики исходили из уверенности в неограниченных возможностях превращений веществ, в том, что любое вещество можно превратить в любое другое вещество. И хотя на долгом пути развития алхимии были получены неположительные результаты (описание многих химических превращений, открытие некоторых веществ, конструирование приборов, химической посуды, аппаратов и др.), тем не менее главные цели, которые ставили перед собой алхимики (искусственное получение золота, серебра, «философского камня», гомункула и др.), оказались недостижимыми. Все более укреплялось представление о том, что существует некоторый предел, граница взаимопревращения веществ. Этот предел определяется составом химических веществ. В XVII— XVIII вв. химия постепенно становится наукой о качественных изменениях тел, происходящих в результате изменения их состава (состав -> свойства ->функции).

Все это происходит на фоне развития технической химии (металлургия, стеклоделие, производство керамики, бумаги, спиртных напитков) (в трудах Г. Агриколы, И. Глаубера, Б. Палисси и др.) и открытия новых химических веществ. Начиная с XV в. представление о мире химических веществ, соединений быстро расширяется. Были открыты новые металлы (висмут, платина и др.), вещества с замечательными свойствами (например, фосфор). Развитие ремесла и промышленности обусловливает постоянную потребность в определенных химикалиях — селитре, железном купоросе, серной кислоте, соде, что дает импульс к созданию химических производств, а это в свою очередь стимулирует развитие научной химии.

Новому пониманию предмета химического познания способствовало возрождение античного атомизма. Здесь важную роль сыграли труды французского мыслителя П. Гассенди. Он критически воспринимал картезианское понимание материи, теорию вихрей Декарта, считая, что будущее естествознания связано с программой атомизма. Гассенди возрождает представление о том, что вечная и бесконечная Вселенная состоит из постоянно движущихся атомов (различной формы, размеров, неизменных, неделимых и т.д.) и пустоты, которая является условием возможности движения атомов и тел. Причем, если Декарт считал, что материя сама по себе пассивна и движение вносится в нее извне, Богом, то Гассенди считает материю активной. По его мнению, «атомы обладают и энергией, благодаря которой движутся или постоянно стремятся к движению»1. В этом Гассенди идет значительно дальше античных атомистов. Весьма важным в учении Гассенди было формулирование понятия молекулы, что имело конструктивное значение для становления научной химии.

Развитие и конкретное приложение идей атомизма к химии осуществил Р. Б о и л ь, который считал, что химия должна быть не служанкой ремесла или медицины, а самостоятельной наукой. Р. Боиль — инициатор организации Лондонского королевского общества, президентом которого он состоял с 1680 г. до самой смерти (1691).

Бойль исходил из представления о том, что качественные характеристики и превращения химических веществ могут быть объяснены с помощью понятия о движении, размерах, форме и расположении атомов. Он был на пути к научно обоснованному определению химического элемента как предела разложения вещества с данными свойствами. Так, он считал, что все разнообразные вещества могут быть разделены на простые вещества (элементы), сложные вещества и смеси, причём сложные вещества являются химически неделимыми и отличаются от смесей простых веществ.

Бойль разрабатывает не только теоретические, но и экспериментальные основы химии, обосновывает метод химического эксперимента. В химическом эксперименте, с точки зрения Бойля, главное то, что исследователь не может заранее предсказать, как поведут себя вещества в той или иной химической реакции. Химический эксперимент призван прежде всего заставить природу выдать ее тайны, а не подтверждать те или иные теоретические гипотезы. В трудах Бойля заложены основы аналитической химии (качественный анализ, применение различных индикаторов, например лакмус, для распознавания веществ, и др.), сформулирован фундаментальный физический закон, согласно которому объем газа обратно пропорционален изменению давления, и др.

Центральная проблема химии XVIII в. — проблема горения.1 Вопрос состоял в следующем: что случается с горючими веществами; когда они сгорают в воздухе? Для объяснения процессов горения немецкими химиками И. Бехером и его учеником Г. Э. Шталем была предложена теория флогистона (1697—1703). Флогистон — это некоторая невесомая субстанция, которую содержат все горючие тела и которую они утрачивают при горении. Тела, содержащие большое количество флогистона, горят хорошо тела, которые не загораются, являются дефлогистированными. Эта теория дозволяла объяснять многие химические процессы и предсказывать новые химические явления. В течение почти всего XVIII в. она прочна удерживала свои позиции, пока французский химик А. Л. Л а в у а з ь е в конце XVIII в. (опираясь на открытия К.В. Шееле сложного состава воздуха и Дж. Пристли кислорода, 1774) не разработал кислородную теорию горения.

Лавуазье показал, что все явления в химии, прежде считавшиеся хаотическими, могут быть систематизированы и сведены в закон сочетания элементов, старых и новых. К уже установленному до него списку элементов (металлы, углерод, сера и фосфор) он добавил новые — кислород, который вместе с водородом входит в состав воды, а также и другой компонент воздуха — азот. В соответствии с новой системой химические соединения делились в основном на три категории: кислоты, основания, соли. Лавуазье рационализировал химию и объяснил причину большого разнообразия химических явлений: она заключается в различии химических элементов и их соединений.

Лавуазье раз и навсегда покончил со старой алхимической номенклатурой, основанной на случайных ассоциациях — «винное масло», «винный камень», «свинцовый сахар» и др. Он ввел (при активном участии К.Л. Бертолле) новую номенклатуру, которая исходила из того, что каждое химическое вещество должно иметь одно определенное название, характеризующее его функции и состав. Например, оксид калия состоит из калия и кислорода, хлорид натрия — из натрия и хлора, сульфид водорода — из водорода и серы, и т.д. Кроме того, Лавуазье поставил вопрос и о количествах, в которых сочетаются различные элементы между собой, и с помощью закона сохранения материи привел химию к представлению о необходимости количественного выражения пропорций, в которых сочетались элементы.

С помощью ряда великолепно задуманных и проведенных экспериментов Лавуазье смог также показать, что живой организм действует точно таким же образом, как и огонь, сжигая содержащиеся в пище вещества и высвобождая энергию в виде теплоты.

Лавуазье осуществил научную революцию в химии: он превратил химию из совокупности множества не связанных друг с другом рецептов, подлежавших изучению один за одним, в общую теорию, основываясь на которой можно было не только объяснять все известные явления, но и предсказывать новые.

Следующий важный шаг в развитии научной химии был сделан Дж. Дальтоном, ткачом и школьным учителем из Манчестера. Изучая химический состав газов, он исследовал весовые количества кислорода, приходящиеся на одно и то же весовое количество вещества (например, азота) в различных по количественному составу окислах, и установил кратность этих количеств. Так был открыт закон кратных отношений.

Дальтон правильно объяснил этот закон атомным строением вещества и способностью атомов одного вещества соединяться с различным количеством атомов другого вещества. При этом он ввел в химию понятие атомного веса.

И тем не менее в начале XIX в. атомно-молекулярное учение в химии с трудом пробивало себе дорогу. Понадобилось еще полстолетия для его окончательной победы. На этом пути был сформулирован ряд количественных законов (закон постоянных отношений Пруста, закон объемных отношений Гей-Люссака, закон Авогадро, согласно которому при одинаковых условиях одинаковые объемы всех газов содержат одно и то же число молекул), которые получали объяснение с позиций атомно-молекулярных представлений. Для экспериментального обоснования атомистики и ее внедрения в химию много усилий приложил Й.Я. Берцелиус. Окончательную победу атомно-молекулярное учение (и опирающиеся на него способы определения атомных и молекулярных весов) одержало на 1-м Международном конгрессе химиков (1860).

В 1850—1870-е гг. на основе учения о валентности химической связи была разработана теория химического строения (А.М. Бутлеров, 1861), которая обусловила огромный успех органического синтеза и возникновение новых отраслей химической промышленности (производство красителей, медикаментов, нефтепереработка и др.), а в теоретическом плане открыла путь теории пространственного строения органических соединений — стереохимии (Я.Х. Вант-Гофф, 1874). Во второй половине XIX в. складываются физическая химия, химическая кинетика — учение о скоростях химических реакций, теория электролитической диссоциации, химическая термодинамика. Таким образом, в химии XIX в. сложился новый общий теоретический подход — определение свойств химических веществ в зависимости не только от состава, но и от структуры.

Развитие атомно-молекулярного учения привело к идее о сложном строении не только молекулы, но и атома. В начале XIX в. Эту мысль высказал английский ученый У. Праут на основе результатов измерений, показывавших, что атомные веса элементов кратны атомному весу водорода. Праут предложил гипотезу, согласно которой атомы всех элементов состоят из атомов водорода. Новый толчок для развития идеи о сложном строении атома дало великое открытие Д. И. Менделеевым (1869) периодической системы элементов, которая наталкивала на мысль о том, что атомы не являются неделимыми, что они обладают структурой и их нельзя считать первичными материальными образованиями.

<

Комментирование закрыто.

WordPress: 22.38MB | MySQL:121 | 1,472sec