НАКОПЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ

Химия как никакая другая естественная наука всегда представляла собой единство теории, научно-экспериментальной практики и производства. Чем вызвана такая особенность химии? Повсеместными практическими потребностями человека в производстве необходимых веществ, начиная с самых первых – с приготовления пищи. Астроном мог формулировать законы обращения планет, физик ставить опыты с электричеством без понимания перспективы практического применения этих знаний. Но еще алхимики средневековья понимали, какую выгоду может принести отыскание «философского камня» или эликсира бессмертия. Лекарства, красители, металлы, керамика, стекло, бетон, известь, цемент – производство материальных благ шло бок о бок с теоретическим и экспериментальным познанием природы веществ. В объяснении движущих факторов развития науки выделяются две крайности – интернализм и экстернализм. Сторонники первого подхода абсолютизируют роль внутринаучных, а сторонники второго – внешних по отношению к науке факторов. Но соотношение внутренних и внешних факторов в развитии разных наук разное. В развитии химии практические потребности общества на всех этапах играли значимую роль. Главной практической задачей химии всегда было получение веществ с заданными свойствами, отсюда вытекала и теоретическая задача – познание свойств веществ. Единство задач определяет единство многочисленных разделов современного химического знания.

Впрочем, отождествлять химию и химическую технологию было бы также неверно и односторонне. Практические знания о превращении веществ накапливались и применялись с глубокой древности, начиная, видимо, с того момента, когда человек научился обрабатывать пищу на огне, обрабатывать шкуры животных, получать краски из природных веществ. Но говорить о возникновении химии как науки можно не ранее 17 в., когда происходит становление всей системы экспериментального естествознания. Характерным примером, показывающим соотношение теоретического и практического знания, является противопоставление этих двух видов знания в рамках античной культуры. Тогда сложилось отчетливое разделение знания о том, как что-то устроено (эпистемэ), и знание о том, как что-то производить (технэ). Причем первое пользовалось значительно большим уважением, чем второе. В первом случае речь шла о бескорыстном, чистом мотиве познания бытия, поиске первопричин, возвышенном и благородном стремлении к истине. Во втором же случае имела место обычная ремесленная деятельность, диктуемая более приземленными телесными потребностями.

Среди специалистов по философии естествознания есть мнение, что во многих естественных науках формируются собственные научные картины мира, которые являются высшей формой систематизации знаний в данных науках на том или ином этапе их развития.[16] Так химическая картина природы включает в себя важнейшие понятия, принципы, теории и представляет собой обобщенный взгляд людей, прежде всего, ученых на то, что химически представляет собой природа: что такое вещество, чем различаются вещества, из каких объектов они состоят, каково их происхождение, от чего зависят их превращения и т.д.

Донаучная химическая картина природы формировалась в Древнем мире, в Средние века, в эпоху Возрождения. В Древнем мире химические знания накапливались на двух относительно обособленных уровнях: на уровне практической деятельности и в умозрительных рассуждениях древних философов.

Этап развития химии, когда знания накапливались только в процессе практической деятельности людей можно назвать практической химией. Одними их первых химических реакций, используемыми на практике, стали окисление веществ (горение топлива), выплавка металлов, стеклоделие, получение красителей и др. Около 6 тыс. лет назад началась добыча меди из руды, 5 тыс. лет – получение бронзы. 3,5 тыс. лет назад – железа. Для выплавки железа необходима более высокая температура, стали использоваться мехи. Соединение железа с углеродом (из древесного угля) при выплавке дало сталь, более твердый материал, чем чистое железо. Первые практически открытые и используемые человечеством элементы: железо, углерод, золото, серебро, ртуть, олово, медь, свинец, сера (т.к. они встречаются в самородном состоянии, не в соединениях).

Большие знания в области прикладной химии были накоплены в Древнем Египте. Там они соединялись с религиозным, мистическим знанием. Химики, способные превращать вещества, воспринимались как колдуны, волшебники. Сам процесс сопровождался обрядами, молитвами, заклинаниями. Так зарождалась алхимия (хотя сам термин появился позже). Терминология была неясной, нечеткой, основанной на мифологических образах, из-за чего затруднялась коммуникация и трансляция знания, намеренно создавалась таинственность. Семь известных планет были связаны с семью известными металлами (золото, серебро, медь, железо, олово, свинец, ртуть). Была поставлена цель превращения металлов в золото. Распространилась практика мошенничества. В поздней Римской империи происходил упадок химических знаний: Диоклетиан запретил алхимию из-за боязни дешевого золота. Также сыграло роль неприятие христианством языческих колдовских знаний древних.

Таким образом, с одной стороны, в повседневной хозяйственной деятельности возникали и накапливались знания о веществах и их превращениях. С другой стороны, на теоретическом уровне философами древности высказывались умозрительные гипотезы по поводу тех вопросов, которые сегодня являются предметом химии. Нельзя сказать, что эти идеи вообще не опирались на опыт, они могли вполне согласовываться с обыденным опытом, с тем, что говорят любому человеку его органы чувств. Но эмпирическая основа древней натурфилософии была крайне ограничена и не играла решающей роли в построении теоретических воззрений. Отсюда пренебрежение к эксперименту, как источнику знания и способу проверки его истинности. Гораздо более сильным свидетельством истинности знания считалась его логическая обоснованность и непротиворечивость.

Тем не менее, древнегреческие поиски архэ (первоначала) – это тоже истоки химических знаний, знаний о свойствах веществ и их превращениях. Важную роль в развитии химических знаний, особенно на этапе алхимии, сыграло учение Аристотеля о качествах-стихиях (холод, тепло, сухость, влажность), различные сочетания которых присущи разным элементам: огонь (горячий и сухой), воздух (горячий и влажный), вода (холодная и влажная), земля (холодная и сухая). Но особенно важную роль в последующем развитии естествознания сыграла атомистическая гипотеза античных философов – Левкиппа, Демокрита, Эпикура, Лукреция.

Термин «алхимия» пришел из арабского языка, а арабы взяли за основу греческое слово khemeia. Алхимия – период развития химии 4-16 вв. До 12 века химические знания накапливались преимущественно в арабских халифатах, а не в Европе. Известность приобрели алхимики Джабир ибн Хайан (Гебер), Ар-Рази (Разес). Они разработали учение о трех элементах-принципах: рассматривали серу как элемент горючести, ртуть – элемент металличности, соль – элемент твердости. Они искали философский камень, способствующий созреванию золота, искали эликсир бессмертия. Авиценна (11 век) – последний крупный ученый арабского мира. Там начался упадок, а развитие науки сместилось в Европу. С крестовыми походами туда проникают арабские знания. Известны достижения Альберта Великого, Роджера Бэкона (13 век). Были изобретены способы получения серной и азотной кислот. До этого самой сильной из известных была уксусная кислота, получаемая из растительного сырья. Благодаря этому открылись новые возможности, хотя им вначале не придали значения.

Георг Бауэр (Агрикола) написал лучшую на тот момент работу по химической технологии «DeReMetallica» (в русском переводе - «О горном деле и металлургии» (1556 г.), искал связь медицины и минералогии. Сформировалась ятрохимия – учение на стыке медицины и химии. Расширялось применение химических препаратов в медицине. Теофраст фон Гогенгейм (Парацельс) главной задачей алхимии считал не производство золота, а создание лекарств. Он и другие искали способы создания лекарств из минерального сырья, а не только из растительного, как это делали раньше. Ятрохимия впервые включила человека в химическую картину природы, представила человека средоточием разнообразных химических веществ и их превращений.

Андреас Либавий написал первый учебник по химии «Алхимия» (1597). Описал способ создания соляной кислоты, «царской водки». Последние известные алхимики – Роберт Бойль и Исаак Ньютон.

По-разному оценивается научный статус и роль идей средневековых алхимиков. Некоторые считают алхимию лженаукой, не сыгравшей сколь-нибудь заметной роли в становлении химии. Действительно, алхимия была далека от соответствия критериям научности. Опыты алхимиков, строго говоря, нельзя назвать научными экспериментами. Они не основывались на точном измерении, предполагали домыслы, принятие на веру необоснованных гипотез, веру в авторитеты. Не был сформирован научный язык, вместо него использовались художественные и религиозные образы, туманные и непонятные даже для коллег. Вся деятельность алхимика была окутана атмосферой таинственности, мистики, и уподоблялась колдовству. Алхимия была частью средневековой культуры, соответствовала стилю мышления эпохи, была тесно связана с мистикой. В тоже время, многие идеи алхимиков успешно применялись ими на практике: в металлургии, в изготовлении лекарств, в стеклоделии. В Средние века были открыты еще 5 элементов: фосфор, мышьяк, сурьма, висмут, цинк.

Алхимия стала вырождаться в Европе в 17 веке, попадала под запреты, а алхимики стали ставить другие цели, уходить от мистики к научной рациональности. В 18 веке она постепенно перешла в химию. Развитие химии ускорилось введением методов количественного анализа, уже давно применяемых в астрономии, механике.