Предалхимический период: до III в.

Возникновение химического искусства

Химическое искусство возникло в глубокой древности, и его трудно отличить от производства, потому что, подобно сестрам-близнецам, оно одновременно рождалось у горна металлурга, а мастерской красильщика и стекольщика. Корни химии проросли в плодородной почве металлургической и фармацевтической практики. Письменных источников, по которым можно было бы судить об уровне древней ремесленной химии, сохранилось мало. Изучение археологических объектов с помощью современных физико-химических методов приоткрывает завесу в мир ремесла древнего человека. Установлено, что в Месопотамии в XIV—XI вв. до н. э. применяли печи, в которых при сжигании угля можно было получить высокую температуру (1100—1200°С), что позволяло выплавлять и очищать металлы, варить стекло из поташа и соды, обжигать керамику.

Технохимия и металлургия достигли высокого уровня в Древней Индии.

Многочисленные рецепты изготовления мазей, лекарств, красок, изложенные в папирусах, показывают высокий уровень развития ремесленной химии, косметики и фармации уже в середине II тысячелетия до н. э. По выражению А. Лукаса, «косметика так же стара, как человеческое тщеславие». Широкое распространение в древности получили рецепты изготовления пищевых продуктов, обработки и окраски кож и мехов. В V тысячелетии до н. э. были хорошо развиты практическая технология дубления, крашения, парфюмерное дело, изготовление моющих средств.

В одной из сохранившихся рукописей Древнего Египта, в так называемом «Папирусе Эберса» (XVI в. до н. э.), приведен ряд рецептов изготовления фармацевтических препаратов. Описаны способы извлечения из растений различных соков и масел путем выпаривания, настаивания, выжимания, сбраживания, процеживания. Приемы возгонки, перегонки, экстрагирования, фильтрации широко применялись в различных технологических операциях.

Папирус Эберса

Древние специалисты химического искусства: плавильщики, стеклодувы, красильщики, мыловары — были «химиками-технологами». Это были люди чистой практики, для которых «теория» значила мало или вообще ничего не значила. Они устно передавали свой богатый опыт каждому новому поколению. Никто в то время этот опыт не обобщал и не описывал, и если в папирусах сохранились отдельные рецепты, то это было далеко не то, что могли делать руки мастера. А могли они делать немало. Достаточно напомнить о красивой глазури (обливные облицовочные плитки, для окраски которых применялись такие оксиды, как CuO, СоО, FeO, PbO) (III тысячелетие до н. э.), о получении стекла (3500 лет до н. э., Египет), об изготовлении булатной (углеродистой) литой стали (IV—III вв. до н. э. Индия, Персия, Сирия), а также бумаги (Цай-Лунь, Китай, 105 г.) и фарфора (III —VI вв. н. э.).

В Древнем Египте был разработан способ получения чистого золота. Обработку породы начинали с дробления кварца, содержащего золото, затем куски кварца сплавляли в герметически закрытых тиглях с поваренной солью, свинцом, оловом, при этом серебро переходило в хлорид серебра. Кроме золота, в древности были известны серебро, железо, олово, ртуть, медь, свинец. Согласно учению древних, семь металлов олицетворяло семь планет.

Археологические раскопки в Египте, Вавилоне, Финикии, на Кавказе показали, что в V—III тысячелетиях до н. э. были известны различные металлические сплавы; например, в Египте умели изготовлять «азем» — светлый сплав серебра с золотом. Путем обжига медных и оловянных камней в Египте и Месопотамии в III тысячелетии до н. э. и в Китае во II тысячелетии до н. э. получали бронзовые сплавы, из которых изготовляли различные предметы. В Индии и других странах наряду с оловянной бронзой выплавляли медно-мышьяковые сплавы.

Усовершенствование процесса получения бронзы вызвало рождение технологии тепловой обработки сплавов. Значительная твердость бронзы и латуни делала эти сплавы незаменимыми при изготовлении режущих инструментов и других металлических изделий. В зависимости от того, для какой цели использовали инструменты, предъявляли совершенно определенные требования к качеству сплава (свойства его изменяли либо при термической и механической обработке, либо при помощи добавок, влияющих на состав и структуру сплава). Уже в те отдаленные времена основным вопросом металлургического производства являлся вопрос о зависимости свойств металлического сплава от его состава.

По-видимому, впервые один из методов физико-химического анализа, а именно измерение плотности системы золото—серебро, был использован знаменитым греческим ученым Архимедом (287—212 гг. до н. э.). Он в 240 г. до н. э. решил задачу, заданную ему сиракузским царем Гиероном Младшим, — определить количество серебра в царской короне. Сравнив плотность золота и серебра с плотностью короны (сплав золота и серебpa), Архимед пришел к выводу, что в сплаве содержится серебро. В основу решения он положил правильное (но тогда еще не доказанное) допущение, что численное значение физического свойства (плотности) индивидуального вещества (золота) должно измениться, если к нему примешать другое вещество, в данном случае более легкое — серебро.

Метод определения или проверки состава тела по плотности был значительно усовершенствован арабскими учеными (Омаром Хайямом и ал-Бируни).

Тысячелетний эмпирический путь изучения свойств металлических сплавов, способов их получения и обработки дал возможность накопить большой запас практических сведений и навыков. Знакомство с горными рудами, минералами и металлами привело к открытию новых веществ.

Во второй половине первого столетия в Риме появилось энциклопедическое сочинение Кая Плиния-Секунда (Второго) «Естественная история». В книгах 32—37 Плиний описывает свойства металлов: золота, серебра, меди, железа, олова, свинца, ртути и их соединений; описывает купоросы, киноварь, ярь-медянку, свинцовые белила, сурик, сурьму, реальгар, аурипигмент, квасцы и многие другие вещества. Плиний описывает и органические вещества — смолы, нефть, клеи, крахмал, сахаристые вещества, воск, а также некоторые растительные краски— крапп, индиго и др., бальзамы, масла, различные душистые вещества.

В своем развитии ремесло рождало не только средства и методы удовлетворения жизненных потребностей человека, одновременно оно будило разум. Рядом с магической обрядностью и фантазиями первобытного мышления, порожденными верой в существование сверхъестественных сил, появились ростки совершенно нового строя мыслей, основанного на постепенно увеличивающемся доверии к силе разума, прогрессирующего по мере усовершенствования орудий труда. Первое завоевание на этом пути — желание понять внутреннюю природу вещей, обусловливающую окраску, запах, горючесть, ядовитость и многие другие их качества. Как определить эти свойства и могут ли они существовать отдельно?

Так возникли те кардинальные вопросы, которые составили программу дальнейших химических исследований.

Натурфилосовские учения о первопричинах образования вещества

В самых ранних философских учениях о природе вещей нашло отражение дуалистическое мировоззрение о существовании противоположных мировых начал (например, светлых — активных и темных — пассивных), при взаимодействии которых образуются все вещи в мире.

Учение о двух противоположностях появилось в Китае в III в. до н. э. Древние китайские ученые предполагали, что первичная материя при своем вращении постепенно разделилась на две части — Инь и Ян. Ян отождествлялась с Солнцем, Инь — с Луной. Их взаимодействие порождало пять элементов (воду, огонь, дерево, землю, металл), каждый из них отождествлялся с планетой. Элемент, соединенный с Ян, считали наделенным положительными свойствами, а тот же элемент, соединенный с Инь, — отрицательными свойствами. Согласно этим представлениям о пассивном и активном началах, в основе всех вещей лежат независимые от вещества свойства, способные переходить из одного тела в другое. Согласно древней индийской философии, «из атмана возник эфир, из эфира — ветер, из ветра — огонь, из огня — вода, из воды — земля».

Четыре стихии

Новое направление в учении о первичной материи возникло в Древней Греции — родине многих натурфилософских систем, отразивших различные поиски решения проблемы мировых начал или причин. Греческие философы впервые выработали понятия об элементе, атоме и химическом соединении. Фалес Милетский (625—547 гг. до и. э.) развивал представление о воде как первоначале всех веществ. Анаксимандр (611 — 545 гг. до н. э.) отказался признать воду за первоначало. По его мнению, не могут теплота и холод, влажность и сухость произойти из воды, которая не сухая и не холодная. Он высказал мысль о существовании «апейрона»— единого, первичного неопределенного первоначала. «Алейрон» непрерывен, безграничен; он гуще воздуха и тоньше воды.

Анаксимен (585—525 гг. до н. э.), не соглашаясь с мнением Фалеса и Анаксимандра, принимал воздух за первичное вещество и считал, что при его охлаждении и сгущении получается вода (дождь), а из воды путем дальнейшего уплотнения (и охлаждения) возникает земля, примером может служить рост раковин, отмелей и т. д.

Согласно Эмпедоклу (490—430 гг. до н. э.), в мире существуют четыре основных элемента: огонь, воздух, вода и земля. При их смешении и разделений образуется все многообразие природных объектов. Эмпедокл наделил свои материальные элементы началом Любовь и началом Вражда (силами притяжения и силами отталкивания). Дружба и Вражда или Любовь и Ненависть представляют две противоположности, заложенные в свойствах тел, которые приводят материю в движение. Соль, например, может раствориться в воде (Дружба),но в известных условиях происходит разделение кристаллов соли и воды (Вражда), и тогда частицы соли, соединяясь друг с другом, выпадают в осадок в виде крупных кристаллов.

Анаксагор (500—428 гг. до н. э.) в отличие от Эмпедокла не признавал соединения противоположностей (частиц разных элементов), сопровождаемого переходом количества в новое качество. В основе изменения материи он видел сочетание (сцепление) однородных частиц—гомеомерий. Он отрицал возможность появления новых качеств в результате сочетания различных элементов в тех или иных количественных соотношениях, так как свойства, по его мнению, не возникают, а существуют извечно. Анаксагор считал, что имеется бесконечное множество элементов — начал. Каждое вещество содержит некоторую долю всех гомеомерий. Характерные качества каждого вещества обусловлены преобладающим в нем количеством определенного рода частиц. Гомеомеры Анаксагора были еще далеки от атомов, поскольку, по его учению, материя делима беспредельно, но это был уже шаг к атомам Демокрита и Эпикура.

Атомистическая теория Демокрита — Эпикура

Способность материи к бесконечному делению, признававшаяся Анаксагором, была отвергнута Демокритом (460— 370 гг. до н. э.). Отсюда и название «атом», т. е. неделимый, абсолютно прочный, а, следовательно, вечный, изначальный. Весь окружающий нас мир, согласно Демокриту, образован в результате соединения и разъединения атомов, вечно движущихся в бесконечной пустоте.

Вещества отличаются друг от друга формой атомов и их размерами. Наибольшие атомы — у землеобразных тел, наименьшие— у огня. Форма — основная характеристика атомов, существующих в действительности. Такие свойства, как вкус, цвет, теплота и холод, воспринимаются только органами чувств, поэтому их называют условными.

При образовании нового вещества появляются качества, зависящие от формы и взаимного расположения в пространстве соединяющихся атомов. Благодаря особенностям своих размеров и формы (например, шероховатость, выступы, углубления, зубцы, крючки на поверхности атома) частицы материи могут при непосредственном соприкосновении сцепляться друг с другом и давать соединения с новыми качествами. Атомы в таких соединениях сохраняют свою индивидуальность и могут быть выделены в результате отрыва друг от друга.

Эпикур

С критикой механистических взглядов Демокрита выступил Эпикур (341—270 гг. до н. э), который утверждал, что «не может существовать ни крючкообразных, ни трезубцеобразных, ни закругленных атомов». Эпикур, в противоположность Демокриту, не признавал бесконечного разнообразия форм атомов. Он предполагал неопределенно большое, но не бесконечное число различных форм атомов. Эти атомы абсолютно плотны, имеют определенные размеры, обладают маленькими отростками, посредством которых переплетаются. Эпикур высказал интересное предположение о «мельчайших частицах», которые всегда существовали в атоме и неотделимы от него.

«Атомы, — писал Эпикур, — не обладают никакими свойствами предметов, доступными чувственному восприятию, кроме формы, веса и величины всех тех свойств, которые по необходимости соединены с формой». Эпикур допускал спонтанное отклонение атома от его прямолинейной траектории движения (при этом происходит соударение и образование агрегатов из атомов). Он высказал гипотезу соединения атомов, чтобы объяснить возникновение сложного тела, но оставил открытым вопрос о силах взаимодействия между атомами.

Эпикур предвосхитил будущий научный синтез учения об атомах с учением о химическом соединении, но совместить, казалось тогда, несовместимое, т. е. атомизм с учением об элементах, он не смог. Античному мышлению оказалось не под силу синтезировать представления об атомах с процессом их взаимодействия и образованием химического соединения. Более того, в рамках античного учения произвести этот синтез вообще не представлялось возможным. Ведь свойства образуемого химического соединения не являются суммой свойств составляющих его компонентов. Так возникло глубокое противоречие — образование химического соединения требовало утраты индивидуальности атома, но атом (античный) не мог утратить эту индивидуальность, ибо он неизменен и вечен.

В середине I в. до н. э. римский поэт Тит Лукреций Кар в шести книгах своей поэмы «О природе вещей» изложил атомистическое учение Эпикура. Эта знаменитая поэма была напечатана в 1473 г., а переиздана в 1486 г.

Учение об атомном строении вещества — плод научной абстракции, позволяющей отрешиться от случайностей эксперимента. Породив атомы своею мыслью, творцы атомной теории сочли их затем объективно существующими. Но было бы неправильно думать, что только абстракция породила это учение. У греческих философов абстракция и наблюдение взаимно дополняли друг друга.

Обыденные наблюдения подтверждали идею о существовании невидимых движимых частиц. Так, кусок холста или сукна промоченный дождем, высыхал на солнце, при этом глаз чело века не замечал видимого отделения воды от материи. Пахучее вещество наполняло своим запахом комнату, но никто не видел частичек, распространявших запах, однако убыль ароматической жидкости в сосуде через некоторое время замечали. Было также известно, что воздух, заключенный в закрытом пузыре, оказывал сопротивление давлению и что с увеличением давления сопротивление заметно и быстро возрастало. Отсюда следовал вывод, что невидимый воздух может служить доказательством реальности существования незримых тел — атомов.

Но в древности наблюдения и эксперименты служили не столько для открытия новых истин, сколько для иллюстрации заранее принятого положения. Эксперимент не выступал в роли решающего арбитра, ибо было ясно, что конкретные детали атомного мира недоступны «грубому» опытному изучению. Ведь атомы нельзя наблюдать нашими органами чувств. Все физические свойства вещества не являются признаками, характеризующими отдельные атомы. Они отражают свойства большого числа атомов, как-то воздействующих друг на друга. Если бы атомы не существовали, то все вещества разрушились бы под влиянием неумолимого времени. Таков был исходный пункт атомистической концепции Эпикура и Лукреция.

Учение Аристотеля

Аристотель

Великий мыслитель древности Аристотель (384—322 гг. до н. э.) принял учение Эмпедокла о четырех материальных элементах, присоединив к ним начало движения — пятый нематериальный элемент — quinta essentia. Он предполагал существование первичной материи, признаки которой могут изменяться. В качестве характерных свойств первичной материи Аристотель принял теплоту и холод, сухость и влажность. Свойства теплоты и сухости олицетворялись элементом — огнем, а холод и влажность — водой, которая противопоставлялась огню. Земля была холодной и сухой, тогда как воздух — теплым и сырым.

Соединение элементов с противоположными свойствами было невозможно: теплота не могла соединяться с холодом, а влага — с сухостью. По Аристотелю, свойства в элементах комбинируются попарно:

Первичная материя + теплота и сухость = огонь.

Первичная материя + холод и сухость = земля.

Первичная материя + теплота и влажность = воздух.

Первичная материя + холод и влажностъ = вода.

Элементами Аристотель называет последние составные части в пределах данного тела, которые больше не делятся. «Элементом называется то основное в составе вещи, из чего вещь слагается, причем [само] оно не делится [дальше]». Превращаемость элементов друг в друга — основное положение учения Аристотеля. Элементы могут превращаться не только друг в друга, но в результате их соединения возможно образование более сложных состояний или сложных тел.

С точки зрения Демокрита, в соленой воде при помощи особого «глаза» можно увидеть отдельные частицы воды и соли. Аристотель считал, что увидеть частицы воды и соли в соленой воде нельзя, так как в ней уже нет ни воды, ни соли. При растворении соли получалось новое вещество — соленая вода, при разделении ее на самые мельчайшие капельки получаются капельки соленой воды, а не частички чистой соли и воды. Соль и вода не просто механически смещались, а превратились в соленую воду (перешли в более сложное состояние). При ее выпаривании вода и соль как бы вновь рождаются.

Аристотель различал смеси механические и совершенные. В механических смесях компоненты существуют самостоятельно, а в совершенных превращаются в сложные однородные вещества, в которых даже вооруженным глазом нельзя увидеть отдельные части, т. е. образуется новое вещество, в котором уже нет исходных веществ. Разрушить такие смеси может только огонь.

В качественном отношении химическое соединение — «миксис» — есть однородное гомогенное целое. По образному выражению Аристотеля, никто, даже мифический Линкей, обладавший исключительной зоркостью, не в состоянии увидеть составные части «миксиса». Именно качественно новое химическое соединение (так можно передать понятие о «миксисе», хотя у Аристотеля оно имело более широкое значение и включало сплавы, растворы и т. д.) заставило ученого отказаться от чисто механистического представления древних атомистов, по которому качества оказывались вторичными свойствами. Если корпускулы недоступны наблюдению, то нет доказательства их существования — таков был вывод Аристотеля. Если у всех атомов, говорил Аристотель, одна и та же природа, то, как они образуют разные вещи, а если разные, то в чем же именно это различие? Сущность волновавшей Аристотеля проблемы лучше всего можно понять из следующего его рассуждения. Как отдельные буквы и слоги составляют слова, так сложные тела слагаются из элементов. И подобно тому, как слово и слог есть нечто большее, качественно отличающееся от отдельных букв, так сложное тело в своем качественном своеобразии есть нечто новое по сравнению с элементами или их суммой, из которых оно состоит.

Огонь, воздух, вода и земля, по Аристотелю, — это не реальные вещества, знакомые каждому из повседневной жизни, а четыре различных состояния или формы единой первичной материи. Следовательно, элементы способны превращаться друг в друга. Для такого изменения необходимо только образование комбинации качеств, характеризующей новый элемент.

Идея о возможности превращения веществ легла в основу учения Аристотеля о процессах образования в недрах земли металлов и минералов. Он считал, что существуют два вида испарений: влажное и сухое. Сухое испарение, соединяясь с землей, образует минералы, влажное — металлы. Это учение оказало огромное влияние на развитие представлений о превращаемости веществ.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *