Атомистика

Для развития химических теорий в XVI-XVII вв. атомистические представления были чрезвычайно важны. Разработкой атомистического учения особенно интенсивно занимались Даниель Зеннерт, Иоахим Юнгиус, Роберт Бойль и Никола Лемери. Атомистические идеи привели к изменению не только химических представлений, но к разработке новой картины строения мира.

В XVI-XVII вв. многие химики стремились связать теорию и "экспериментальное искусство" с потребностями ремесленной химии, объяснить природные явления не умозрительно, а на основании данных экспериментальных исследований. Важнейшей задачей наук в это время была борьба против господствовавшей схоластической идеологии, которая поддерживалась и насаждалась церковью, обладавшей в то время громадной властью. Поэтому в XVI-XVII вв. создатели новых теоретических представлений в химии (как, например, Парацельс) должны были постоянно вести борьбу против схоластических учений, по-новому трактовать знания о природных явлениях. Стимулом создания новых представлений была прежде всего их необходимость для развития химических и других ремесел, медицины, а также для прогресса общественных отношений. Все это создало материальные основы для замечательного подъема знаний и культуры в эпоху Возрождения. Именно в эту эпоху потерпели сокрушительное поражение схоластические представления об окружающем мире. Претензии схоластов на всеобщий характер их объяснения различных явлений привели к неразрешенным противоречиям, истоки которых следует искать в канонизации представлений Аристотеля.

Античная атомистика играла в это время двойную роль. С одной стороны, она содержала рациональные начала, прокладывая путь к научному эксперименту. Но, с другой стороны, она превратилась в схоластическую догму, тормозившую развитие естествознания. Каждый естествоиспытатель, который стремился объяснить с помощью атомистических теорий конкретные химические процессы, должен был прежде всего критически отнестись к учению Аристотеля и поставить под сомнение представление о непоколебимости авторитетов. Насколько трудно было преодолеть традиционные и необычайно живучие представления о природе веществ, можно наблюдать на примере научной деятельности Парацельса. Несмотря на страстное стремление к научной самостоятельности, он мог предложить для объяснения состава и свойств веществ лишь несколько измененные представления Аристотеля об элементах и немного модифицированные взгляды алхимиков о превращениях веществ. И все же Парацельсу отчасти удалось преодолеть узость взглядов схоластиков. Вместо того, чтобы основывать свои теории и знания лишь на авторитетных в средние века научных источниках, Парацельс стремился осмыслить результаты собственных экспериментов и наблюдений. Парацельс называл элементами тела, остающиеся после проведения наиболее полного разложения веществ.

Путь для непредвзятого описания явлений природы открылся только тогда, когда было показано, что основополагающие закономерности природы можно понять лишь на основе атомистических представлений. Для того чтобы "запрещенная" атомистика, идеи которой содержались в трудах античных философов, продолжала совершенствоваться, в средние века она вынуждена была "скрывать" свой атеистический характер в теориях состава веществ Аристотеля и Парацельса. Необходимость объяснять химические процессы на основе атомистических представлений со временем становилась все более насущной. Она вырастала из потребности научного осмысления процессов получения важных для практики веществ. Так, например, выделение веществ из их соединений, металлов - из их растворов, а также особенности способов проведения перегонки и превращение воды или этилового спирта в "воздух" нельзя было объяснить на основе представлений о трансмутации.

Даниель Зеннерт в свете атомистических представлений Демокрита пытался объяснить известные в его время химические процессы. Зеннерт считал, что существует множество атомов, которые могут образовывать различные соединения. При этом Зеннерту удалось предвосхитить некоторые черты современного представления об элементах, поскольку его теория не опиралась лишь на аристотелевское учение. И все же Зеннерт находился под влиянием господствовавших тогда представлений. Он пошел на своеобразный компромисс: считал, что форма атомов в значительной мере определяет их природу. Тем самым Зеннерт усовершенствовал по существу аристотелевское представление о форме, связав его с атомистическим строением материи. Ученый отвергал возможность замены одних форм другими. Вещества различной формы, по мнению Зеннерта, образовывались в зависимости от природы атомов и характера их соединений. При этом проявлялась тенденция к образованию веществ наиболее совершенной формы.

Работы Бассо, де Клава, Бекмана, ван Горля способствовали введению в химию атомистических представлений, правда, еще связанных со схоластическими идеями. Первым, кто решительно пытался преодолеть эту неопределенность, был Иоахим Юнгиус. Приверженец философии номинализма^* Юнгиус последовательно применял атомистическое учение Демокрита для объяснений механизма химических превращений. Так же, как до него Себастьян Бассо, Юнгиус полностью отрицал аристотелевское представление о форме. В связи с этим он даже критиковал Зеннерта, взгляды которого по другим вопросам высоко ценил. Критикуя представления Зеннерта, вслед за Демокритом Юнгиус считал, что все многообразие веществ образуется из качественно одинаковых атомов. Атомы различной формы (с одинаковыми всеми другими качествами) должны, по мнению Юнгиуса, образовывать различные тела, благодаря их разнообразному расположению в пространстве и друг относительно друга. Эти тела, образованные, как разные слова из букв одного и того же алфавита, обладают различными оптическими, механическими и химическими свойствами. Юнгиус не признавал существование форм, оторванных от других качеств гипотетического "эфира", в котором Бассо усматривал основной принцип движения. Юнгиус отвергал и любые виды сверхъестественных сил. Поэтому ему приходилось искать новые объяснения способности веществ образовывать соединения друг с другом. Для этого Юнгиус развил по существу атомистические ("корпускулярные") представления, считая, что движение присуще атомам как их внутреннее качество. Юнгиус не признавал демокритовскую трактовку движения частиц. Результаты изучения химических процессов привели Юнгиуса к мысли, что передвижение атомов в пустом пространстве следует рассматривать как взаимодействие тел одинаковой природы, но с отличающимися свойствами. Как и А. Сала, еще в 1617 г. Юнгиус объяснял на первый взгляд достоверную трансмутацию погруженной в медный купорос железной пластины как обмен между атомами железа и находящимися в растворе атомами меди. При этом железо и медь считались сложными телами. С помощью таких механических динамических представлений о движении и взаимовлиянии тел Сала и Юнгиус пытались решить проблему "сродства" соединений. Прогрессивным в их взглядах была попытка по-новому рассмотреть элемент как тело, состоящее из однородных частиц.

^* (Номинализм - направление средневековой схоластической философии. В философии номинализма отрицалось реальное существование общих понятий. Они считались лишь словесными обозначениями, именами. Отсюда происходит и название этого учения (от латинского слова nomen - имя). Номинализм возник в XI-XII вв. Особое распространение получил в XIV- XV вв.- Прим. перев.)

Зеннерт, Юнгиус и другие представители "физической" атомистики разрабатывали теоретические положения, опираясь на результаты опытов. Воззрения атомистов отличались лишь разной степенью использования схоластических идей. Однако у представителей физической атомистики не было отчетливых представлений о роли экспериментов в развитии научных знаний. Это отличало их научную деятельность от работы таких классиков естествознания, как Галилей или Бойль. Правда, Юнгиус в отличие от других представителей "физической" атомистики понимал недостаток достоверных наблюдений о протекании превращений веществ. Этим и объясняется осторожность, с которой Юнгиус формулировал свои взгляды. Он избегал высказывать смелые догадки и предположения, многие вопросы оставлял без ответа, а лишь указывал, что решить их можно будет на основе дальнейших экспериментов. Таким образом, Юнгиус призывал к проведению новых наблюдений и опытов, особенно таких, в которых учитывалось бы количественное соотношение веществ, вступающих в химические реакции. Для этого Юнгиус рекомендовал шире использовать весы в химических лабораториях. Однако из анализа его произведений не следует, что сам автор проводил какие-либо научные эксперименты.

Юнгиус был директором академической гимназии в Гамбурге и преподавал там логику и физику Аристотеля. Однако он преподносил учения этого Мыслителя древности весьма критически [95]. Для Юнгиуса такая оценка Аристотеля была составной частью его борьбы за освобождение науки в целом и атомистики, в частности, от пережитков схоластики. Несмотря на появление в XVI-XVII вв. работ таких атомистов, как де Клав, Бекман, Бассо, ван Горль, Гассенди, Декарт, а также их многочисленных последователей, схоластическая философия, основанная на взглядах Аристотеля, оставалась, как и ранее, господствовавшей научной и учебной дисциплиной. Зеннерту приходилось защищаться от упреков в ереси, а Юнгиус за свою критику представлений Аристотеля попал даже в "черный список". В 1625 г. в Париже был издан закон, согласно которому распространители и приверженцы атомистического учения должны были подвергаться телесным наказаниям, а в некоторых случаях даже казни.

Роберт Бойль (критиковал учение Аристотеля и пытался объяснить превращения химических веществ на основе представлений античных атомистов).^*

^* (Роберт Бойль (1627-1691) - английский естествоиспытатель, заложил основы научной химии. Создатель корпускулярной теории, которая позволила объяснить состав веществ и особенности протекания их реакций. Многое сделал для развития химического анализа как в совершенствовании техники его проведения, так и в разработке реагентов.- Прим. перев.)

Несмотря на все нападки и преследования, атомистические взгляды античных ученых получили развитие в философии позднего средневековья, а также в химии нового времени для объяснения протекания превращений веществ. В результате были созданы условия для проведения систематических экспериментальных химических исследований. Это обусловило в дальнейшем появление научного химического эксперимента.

Потребности химической практики, несомненно, были значительным стимулирующим фактором для появления новых теорий. Это было важно и для преодоления схоластических пережитков в науке. Устаревшие учения нельзя было опровергнуть одними лишь новыми фактами, без их обобщенного анализа. В области химии эту задачу выполняли сторонники атомистики, когда они "перековывали" опыт практической химии и экспериментов в идейное оружие против схоластических учений. Этим оружием они "расчищали" химии дорогу, устанавливая диалектическое единство между химической наукой и практикой.

Значительный вклад в эти прогрессивные начинания внес Роберт Бойль. Он олицетворял тип "экспериментирующего" философа-исследователя, который не только занимался чистой наукой, но стремился обогатить достижениями и химическую практику. Химия, в представлении Бойля, была не "служанкой" ремесла или медицины, а самостоятельной наукой с собственным предметом исследования, специфическими методами и понятиями. Бойль прекрасно понимал громадное значение химических знаний для изучения явлений природы, а также развития ремесел.

Для развития теоретических представлений того времени весьма важным было использование Бойлем опыта химических ремесел и "экспериментального искусства" в качестве критерия истинности различных обобщений. Бойль достиг выдающихся успехов в "экспериментальном искусстве", особенно в анализе "мокрым путем" и при разработке химических процессов, важных для промышленного производства. Его книги, в особенности, "Химик-скептик" (1661 г.) получили широкое признание. Выдающиеся знания и громадный авторитет позволили Бойлю не только защитить атомистические представления^* от нападок их противников, но и расширить область применения этих представлений.

^* (Атомистические воззрения развивались Р. Бойлем в его знаменитой "корпускулярной философии". Об этом подробнее см. Дмитриев И. С.- В кн.: Всеобщая история химии. Становление химии как науки. М.: Просвещение, 1983, с. 25-45.- Прим. перев.)

Согласно положениям атомистики Бойля, которую часто называют корпускулярной теорией, все вещества состоят из мельчайших частичек. Эти частицы различаются своей формой, размерами и подвижностью. Бойль относился критически и к представлениям античных ученых об элементах, и к взглядам Парацельса. Однако самому ему не удалось выдвинуть принципиально новые идеи о составе веществ. Бойль осознавал несоответствие между принципиальным характером понятия "элемент", применяемым в его время (например, элемент "сера", воплощающий в себе свойство горючести), и многообразием реально существующих веществ. Однако сам ученый не смог разрешить это противоречие. Все же Бойлю удалось приблизиться к формулировке нового понятия элемента, когда он так же, как ранее Юнгиус, утверждал, что элементами могут быть лишь самые "первоначальные, простые и совершенно несмешанные тела". Однако Бойль сомневался, могут ли такие тела существовать на самом деле. Хотя Бойль и не смог решить эту проблему, он рассмотрел широкий круг вопросов, очень важных для дальнейшей разработки представлений об элементах. Последователи Бойля добились впечатляющих успехов в создании теоретических положений химии.

Исследование Бойлем окисления показывает, как сложно было объяснить особенности протекания химических процессов. Подобно многим современникам Бойль заметил, что при прокаливании (окислении) металлы "потребляют" воздух и их вес [масса] благодаря этому увеличивается. Однако химические свойства газообразных веществ в то время не исследовались систематически. Поэтому Бойль не смог выявить взаимосвязи между потреблением воздуха и процессами, происходящими при прокаливании. Он искал объяснение этому явлению с помощью атомистических представлений. По его предположению, вес металла увеличивают проникающие в него "огненные" частицы. Сотрудник Бойля Роберт Гук (1635-1703), напротив, считал, что частицы воздуха по природе такие же, как частицы селитры, проникают в тела при нагревании. Хотя гипотеза Гука значительно ближе к современным представлениям об окислении металлов, в то время еще не было неоспоримых доказательств истинного механизма окисления металлов. Развитие науки часто характеризуется выдвижением новой проблемы и попыткой ее решения. Выдвижение проблемы и привлечение к ней внимания ученых закладывает основы более глубокого познания природы.

Бойлю удалось внести важный вклад и в другую область химии. Речь идет о предпринятом им исследовании "химического средства", рассматриваемого как притяжение и соударение мельчайших частиц ("корпускул"). Развивая представления античных ученых, Бойль считал, что частицы имеют различные формы. Но, в отличие от геометрических форм Платона (треугольников, квадратов и т. д.) и "геометрического" взаимодействия, Бойль полагал, что "корпускулы" связываются механически - за счет специальных форм (застежек, зубцов) и т. д. Н. Лемери в своем учебнике "Курс химии" (1675 г.) систематизировал и развил далее корпускулярные представления, обращая особое внимание на влияние формы и размеров частиц при их взаимодействии. Лемери считал, что частицы кислот, например, имеют особые отростки - "спицы", которые проникают в соответствующие "поры" атомов металлов, растворяющихся в кислотах, или в "поры" щелочей.

Иоганн Иоахим Бехер (1635-1682).^*

^* (Бехер Иоганн Иоахим (1635-1682) - немецкий алхимик и химик-практик, в наиболее известном сочинении "Подземная физика" (1669 г.) описал выделение во время горения "горючей" ("жирной") земли при горении "горючих тел". Это представление было положено впоследствии И. Шталем в основу теории флогистона.- Прим. перев.)

В целом, химики в XVI-XVII вв. располагали многочисленными экспериментальными данными, которым они еще не могли дать объяснение. Теоретические модели атомистов XVI-XVII в. были попытками преодолеть устаревшие взгляды и сформулировать представления о протекании химических процессов на основе механистической картины мира. Дальнейшему прогрессу в развитии атомистических представлений способствовали работы Карла Фридриха Венцеля и Иеремии Вениамина Рихтера. Эти ученые считали, что вещества соединяются друг с другом лишь в определенных, неизменных отношениях (К. Венцель "Учение о сродстве тел", 1777 г.). И. Рихтер, который открыл закон нейтрализации^*, писал, что для получения нейтральных солей должны соблюдаться определенные соотношения между составными частями этих солей ("Начальные основания стехиометрии или искусства измерения химических элементов", 1792-1794 гг.).

^* (В историко-химической литературе этот закон чаще называется законом эквивалентов. Подробнее см.: Джуа М. История химии. 2-е изд.- М.: Мир, 1975, с. 163-164.- Прим. перев.)