От структуры к свойствам Образ и мысль

Во время оно

«Скажи, учитель, имя Эликсира?»

«Титан – вот вещество и корень мира».

«Что есть Титан?» – «Магнезия иначе».

«Учитель, но ведь ты же обозначил

Ignotum per ignotius¹?» – «Ну, да».

«Но суть ее?» – «То некая вода,

Слиянье элементов четырех».

«Ты так скажи, учитель, чтоб я мог

Понять и изучить то вещество».

«Нет, нет, – сказал Платон, – и существо

Его останется навеки тайной.

И мы философы, без нужды крайней

Открыть не можем тайну никому,

Она известна Богу одному.

Лишь избранным он тайну открывает,

А чаще доступ к тайне преграждает».
Ясно, что для многих философов и ученых, да, и просто мыслящих образованных людей, живших в эпоху интеллектуальной революции
XVI – XVII вв., подъема экономики, развития новых технологий, традиционные схоластические объяснения свойств тел были уже совершенно недостаточны. По мнению Бойля, в телах «нет ничего реального и физического», кроме величины, формы и движения составляющих их корпускул (корпускулярных кластеров).

Значительную роль в переходе на новые, корпускуляристские позиции сыграл религиозный фактор. Материя, согласно Бойлю, сама по себе настолько пассивна, что не в состоянии осуществлять никакого движения. Для того, чтобы она начала двигаться, дробиться до мельчайших первичных частиц, которые затем соединялись в кластеры, необходимо божественное вмешательство.

Оппоненты Бойля считали иначе – Бог не должен заниматься мелочной опекой и контролем каждой частицы созданного им мира. Материя не пассивна, в ней самой заключен источник ее движения. Да, Бог всемогущ, но в подавляющем большинстве случаев он действует через посредничество им же созданной и упорядоченной Природы. Бойлю и Ньютону такие взгляды казались опасными. Ведь если допустить, что Бог не пребывает в постоянном контакте со своим Творением, то в конечном счете можно будет вообще обойтись без Бога. Создатели современного естествознания, будучи людьми искренне и глубоко верующими, этого допустить не могли.

Мысль и образ У. Фейтрон. Портрет Р. Бойля

За спиной Бойля поначалу был изображен ландшафт. Однако по совету Роберта Гука художник заменил ни о чем не говорящий ландшафт изображением некоего устройства. Что это за устройство и почему именно оно оказалось изображенным на портрете Бойля?

Вспомним, к примеру, как объясняет современная наука химические свойства фтора (его высокую реакционную способность, способность образовывать в соединении с другими элементами высшие формы окисления и

Идеи Бойля о строении вещества оказали большое влияние на И. Ньютона, который предложил свой вариант корпускулярной теории. Главная особенность его теории связана с введением понятия о межчастичных силах: силе притяжения и силе отталкивания (последняя действует на очень малых расстояниях между корпускулами). Кроме того, Ньютон подчеркивал важную роль массы первичных частиц материи. Эта идея нашла свое новое выражение более века спустя в работах английского ученого Д. Дальтона, который создал атомистическую теорию нового типа.

○ 2. Совместима ли «корпускулярная философия» Р. Бойля с алхимической доктриной «трансмутации» (т. е. превращения) «неблагородных» металлов (например, свинца) в «благородные» (серебро, золото)?

○ 3. Согласны ли вы с мыслью М. Волошина, которую он выразил в строках, приведенных в эпиграфе к этому параграфу? Какое влияние могла, по вашему мнению, оказать религия на формирование естествознания в XVII столетии?

○ 4. Английский поэт Джон Донн (1572 – 1631) писал в одном из своих произведений:

На атомы Вселенная крошится,

Все связи рвутся, все в куски дробится,

Основы расшатались, и сейчас

Все стало относительно для нас.

Какие черты мироощущения человека начала Нового времени отразились в этих строках?

● 5. Французский драматург Ж. Б. Мольер (1622 – 1673) в комедии «Мнимый больной» (1673) так описывает экзамен на получение диплома врача:

«Первый доктор:

Если домине президентус

И тотус кворум извинентус

Бакалавра эго поссум

Затруднить одним вопросом:

Кауза и резонус – кваре

Опиум фецит засыпаре?

Почтенный доктор инквит: кваре

Опиум фецит засыпаре?

Респондэс на кое:

Хабет свойствие такое –

Виртус снотворус

Которус

Поте силу храпира

Бене, бене, бене, превосходно:

Дигнус он войти свободно

В ностро славное сословие,

Респондендо всем условиям».

(В оригинале у Мольера смесь латинских и французских слов).

Можно ли, по вашему мнению, считать ответ бакалавра – «опиум вызывает сон потому, что он наделен усыпляющей способностью (силой, virtus dormitiva) – пустословием?
§ 42. Химическая революция эпохи Просвещения

Урок-лекция

Я поставил перед собой задачу …

объединить все то,

что мы знаем о том воздухе, который

связывается или

выделяется из тел …и создать теорию,

которая должна вызвать революцию

в физике и химии.

?
В чем суть химической революции XVIII-го в.? Как повлияла химическая революция на понимание генезиса свойств веществ?

Ф
!
логистон. Горение. Прокаливание. Кислород. Агрегатное состояние вещества. Агрегатные переходы. Теплород.

С
*

Луи Давид. Портрет А. Л. Лавуазье

Антуан Лоран Лавуазье (1743 – 1794) – французский химик и физик. Создал кислородную теорию горения и прокаливания
Теория Лавуазье. «Великая французская революция в химии» – так часто называют научный переворот, совершенный французским ученым А. Лавуазье в 70-х годах XVIII столетия. В чем же суть этой революции?

Прежде всего следует сказать о том, что эта революция имела не только химическую, но и физическую грань. Собственно, с физики-то все и началось.

В мае 1766 г. Лавуазье познакомился со статьей одного немецкого химика, в которой говорилось, что «упругость» воздуха, т. е. его способность сопротивляться сжатию, обусловлена тем, что воздушные частицы окружены особой огненной материей. В результате эти частицы отталкиваются друг от друга. Чтение этой статьи навело Лавуазье на мысль о том, что возможно при переходе жидкости в пар (например, при испарении воды) жидкость поглощает огненную материю (флогистон, как ее еще тогда называли) и переходит в «расширенное» (т. е. газообразное состояние). В апреле 1773 г. Лавуазье обобщил эту идею: переход вещества из твердого состояния в жидкое обусловлен присоединением флогистона, так же как и переход жидкости в пар. Если же от тела отнимать флогистон, скажем, путем охлаждения, то процессы идут в обратном порядке: газ сжижается, а жидкость, теряя флогистон, превращается в твердое тело:

+ф +ф

-ф -ф

При этом допускалось, что воздух (газ) состоит из весомого «основания» и легкого, почти невесомого флогистона.

Это была очень важная гипотеза, хотя доказать ее было практически невозможно. Если ранее считалось, что, к примеру, лед, вода и водяной пар – это разные по своей природе тела, то согласно Лавуазье, это разные агрегатные состояния одного и того же вещества, отличающиеся количеством поглощенного флогистона.

Но теория флогистона, детально разработанная на рубеже XVII-XVIII веков немецким химиком и врачом Георгом Шталем, имела также свою химическую грань. Считалось, что при горении веществ и прокаливании металлов выделяется флогистон и образуется негорючий остаток. То есть флогистон, по теории Шталя, – это тонкая материя, присутствие которой в теле придает этому телу свойство горючести. Кроме того, считалось, что наличие флогистона приводит к появлению и других свойств, например, окраски. Шталь создал стройную флогистонную теорию, которая, по словам Д. И. Менделеева, «обобщила множество реакций, и это было уже очень важным шагом в науке». Действительно, по этой теории, металлы – это горючие вещества и превращение их в оксиды при прокаливании есть ни что иное, как горение,

Однако ко второй половине XVIII в. стали появляться факты и гипотезы, ставившие теорию флогистона под вопрос. Было выяснено, что при прокаливании металлов на воздухе, последний отнюдь не является пассивной средой. Наоборот, прокаливаемый металл поглощает воздух в результате чего вес окалины оказывается больше веса взятого металла. А что происходит при горении неметаллических веществ, например, серы и фосфора?

В 1772 г. Лавуазье решил проверить, поглощает ли фосфор при горении воздух. Опыты продолжались около двух месяцев и убедили его в том, что при сгорании фосфора и серы происходит поглощение воздуха и образование кислотных продуктов. Более того, к этому времени уже было известно, что скисание вин связано с поглощением воздуха, который превращает спирт в уксусную кислоту. Следовательно, рассуждал Лавуазье, во всех кислотах присутствует воздух.

Соединив этот вывод со своими представлениями о переходе тел из одного агрегатного состояния в другое, Лавуазье пришел к теории (модели) горения и прокаливания, которую схематично можно представить так:

горючее тело (или металл)

свободный воздух

Как видим, хотя Лавуазье понимал процессы горения и прокаливания иначе, чем Шталь, он не спешил отказываться от самого понятия о флогистоне. Изменился лишь носитель флогистона. Теперь это не металл и не горючее тело, как у Шталя, но сам воздух.

В ходе дальнейших исследований Лавуазье пришел к другому важному выводу: в процессах горения и прокаливания поглощается не просто атмосферный воздух, но какая-то его часть, которую он называл по-разному – «живительный воздухом» (ибо он поддерживает дыхание), «воздухом, наиболее пригодным для дыхания и горения», и, наконец, с
1777 г. – кислородом, т. е. рождающим кислоты.

Но еще многое оставалось неясным? В частном – почему одни «виды воздуха» (т. е. одни газы) отличаются по своим свойствам от других? Очень важным для Лавуазье стали опыты по разложению ртутной окалины (т. е. оксида ртути, HgO), которые до него проводил английский ученый Джозеф Пристли.

Он обнаружил, что при разложении ртутной окалины образуется «воздух», не растворяющийся в воде, в котором «свеча горит удивительно сильным пламенем». В октябре 1774 г. Пристли посетил Париж, беседовал там с Лавуазье и рассказал тому о своих опытах с ртутной окалиной. Лавуазье весной 1775 г. также начал эксперименты с этим веществом. Он разлагал окалину ртути в присутствии угля (мощного источника флогистона) и без него, простым нагреванием или в фокусе большого зажигательного зеркала. Лавуазье был поражен, что, хотя и в том, и в другом случае происходит выделение газа, но это были разные газы, и различия их никак не удавалось свести к неодинаковому количеству флогистона в них.

Действительно, газ выделявшийся при прокаливании в присутствии уг-ля, – так называемый «связанный воздух» (современный CO₂) – должен был содержать больше флогистона, чем газ, порученный при прокаливании без угля, и следовательно хуже растворятся в воде (ведь, флогистон, напоминаем, вызывал отталкивание частиц, с которым он соединялся). На деле же получалось наоборот – «связанный воздух» лучше растворялся в воде, чем воздух полученный при прокаливании без угля.

После долгих размышлений и дополнительных экспериментов Лавуазье, наконец, удалось распутать клубок загадок и противоречий. Он пришел к следующим выводам:

– из ртутной окалины при ее нагревании без угля выделяется новый газ, тот самый, который поддерживает горение и дыхание и который был затем назван кислородом (в современной записи:

2HgO → 2Hg + O₂);

– «связанный воздух», получающийся при нагревании ртутной окалины, смешанной с углем, представляет собой соединение кислорода с материей угля (современная формула: CO₂ – углекислый газ; 2HgO + С → 2Hg + СO₂);

– в состав атмосферного воздуха, кроме кислорода, входят еще и «удушающая часть воздуха», т. е. азот.

В итоге, процессы горения и прокаливания стали пониматься Лавуазье так, как показано на следующей схеме:

S + [«основание кислорода» + ф] [S + «основание кислорода»] + ф

газообразный («свободный») продукт горения

кислород или прокаливания
Как видим и в своем окончательном виде теория Лавуазье использует понятие о флогистоне. Французский ученый не отказался от этого понятия, но существенно изменил его смысл. Понятие это имело две грани: химическую (флогистон – носитель широкого круга свойств: горючести, цвета, запаха, плавкости и т. д.) и физическую (с флогистоном связывали тепловые явления, агрегатные переходы и т. д.). Лавуазье понял, что свойства вещества зависят от очень многих факторов и, прежде всего, от того, из каких элементарных тел вещество состоит и в каких пропорциях соединены компоненты тела. Сказать, что сера горючая и желтая потому, что в ней содержится особое начало горючести и желтизны – значит, по Лавуазье, не сказать ничего. Надо сначала экспериментально разложить тело до возможного предела его делимости (пусть даже пока, в силу несовершенства методов, этот предел будет условным), а затем уже искать зависимость между его составом и свойствами. Поэтому как химический агент, т. е. как носитель определенной совокупности свойств, флогистон уже был не нужен. Но для объяснения тепловых явлений и переходов тел из одного агрегатного состояния в другое флогистон, понимаемый как тончайшая материя тепла, именовавшаяся чаще теплородом, продолжала существовать почти до середины XIX в.
○ 1. Пользуясь справочной литературой, выясните этимологию слов: флогистон, азот.

○ 2. Запишите, используя современную химическую символику, реакции, проводившиеся Пристли и Лавуазье.

● 3. Для объяснения каких фактов Шталь создал теорию флогистона? На какой вопрос (или вопросы) должна была ответить эта теория?

● 4. Можно ли считать теорию флогистона, ложность которой в итоге была показана с развитием физики и химии, ненаучной теорией?

* 5. Познакомьтесь с биографией Лавуазье. Как вы думаете, правы ли были судьи революционного трибунала, вынося Лавуазье смертный приговор?
§ 43. «Новая система химической философии»

Д. Дальтона

Урок-лекция

В основании каждой теории в естествознании всегда лежит нечто такое, что не может быть подтверждено экспериментально.

Чем отличается атомная теория Д. Дальтона от предшествующих ей вариантов атомистики? Какое влияние на последующее развитие естествознания оказали работы Дальтона?

Атом. Элемент. Относительная атомная масса. Атомный состав тел.