Первые теоретические представления древних о природе химических превращений. Лекция 3

и развития своих
теоретических общих положений,
вынуждено обращаться к грекам».
Фридрих Энгельс
Люди использовали химические превращения еще в те времена, о которых не сохранилось письменных памятников. Без преувеличения можно сказать, что расцвет разнообразных химических ремесел во многом способствовал появлению высокоразвитых цивилизаций древних государств — Китая, Индии, Вавилона, Египта, Греции и Рима — с их товарообменом, письменностью и замечательной культурой.

как источник дешевой рабочей силы. На довольно высоком уровне развития в этих странах находились отрасли хозяйства, в которых был массовым труд невольников: горное дело, металлургия, кораблестроение, красильное и гончарное ремесла, строительство крепостей, пирамид и храмов. Многие достижения древних цивилизаций являлись результатом труда громадного количества рабов.
3.1. Натурфилософия против мифологии
Со временем признаки упадка рабовладельческого общества отчетливо проявились во всех крупных государствах Древнего Мира: в Вавилоне, Египте, Иудейском царстве, Ассирии, Греции, Риме. Каждое государство древности имело свои отличительные особенности политической системы. Поэтому взаимоотношения между государственно-бюрократическими учреждениями и наукой строились по-разному.
В Вавилоне и Египте опорой государства была лишь основанная на мифологии религия, которая служила важнейшим средством

законов окружающего мира, и в первую очередь, установление причин разнообразных природных явлений. Развитие ремесел в этих государствах находилось под неусыпным контролем касты жрецов, а все, кто занимался изучением природных явлений, обязаны были хранить в строжайшей тайне результаты своих наблюдений.
Очевидно, что уровень развития химических ремесел в Древнем Египте был удивительно высоким. Однако, археологами обнаружены лишь медные и железные инструменты, керамические и стеклянные изделия и папирусы. Поэтому нет никаких свидетельств о существовании в Древнем Египте научных представлений о процессах превращения веществ.
Первыми мыслителями древности, которые впервые попытались найти объяснения разнообразным явлениям природы, в том числе, и химическим процессам, безусловно, были античные натурфилософы.
Примерно к началу VI века до н. э. древние греки, научная мысль которых предвосхитила многие позднейшие научные открытия,

составляющих ее веществ. Философская система, созданная древнегреческими мыслителями, впоследствии получила название натурфилософии.
Натурфилософию понимают как философию природы в целом, умозрительное истолкование природы, рассматриваемой в ее неразрывной целостности.
Ранняя древнегреческая натурфилософия досократовского периода явилась, по существу, первой исторической формой философии вообще. Ее расцвету способствовали не только очевидные успехи античных математиков, но и достижения прикладной химии. Развитие оригинальных натурфилософских концепций античных ученых в значительной мере стимулировало гораздо более демократическое государственное устройство в Древней Греции по сравнению с Вавилоном или Египтом. Тем не менее, явное противопоставление идейного мира древних египтян и вавилонян, с одной стороны, и древних греков — с другой, не вполне оправдано.

изучать способы получения веществ и методы их практического применения. Их интересовала суть веществ и процессов. Другими словами, древнегреческие философы первыми занялись тем, что сегодня называется химической теорией. Древнегреческие философы нередко и природные явления рассматривали лишь умозрительно. Они пытались получить естественнонаучные знания на основе наиболее общей системы взглядов.
Главным устремлением античных натурфилософов, оказавших большое влияние на развитие естественнонаучных знаний, было постижение общих закономерностей устройства мира. Анализ частностей интересовал их в гораздо меньшей степени.
При изучении достижений античной натурфилософии не следует недооценивать историческую ситуацию. Ведь в те времена, когда науке противопоставлялся миф, познанию — вера, философии — религия, было особенно важно найти всеобщее объяснение законов материального мира. Для того, чтобы потеснить древнегреческих

было создать представления, которые помогли бы объяснить природу многочисленных явлений без привлечения сверхъестественных сил и которые бы заменили религиозные учения.
3.2. Формирование абстрактных понятий
С позиций наших дней особенно интересно рассмотреть развитие этого вида умственной деятельности людей по следующим направлениям.
Во-первых, узнать, на какой основе возникли абстрактные понятия. При этом целесообразно учесть, какую роль при формировании абстрактных понятий играли наблюдения древних.
Во-вторых, определить, какое влияние использование этих понятий оказало на дальнейшее развитие химических знаний.
Развитие мышления было сложным процессом. Оно шло собственным и часто непредвиденным путем через сотворение мифов, верований, создание религий и разнообразных культов. При этом формировались новые категории и понятия.

по сравнению с привычным ранее, обыденным ходом мышления.
Абстрактные понятия, которыми пользовались древнегреческие натурфилософы, в значительной мере были результатом осмысления ими явлений природы и процессов, лежащих в основе химических ремесел. Попытки выяснения первопричины процессов, а также состава веществ «минерального, растительного и животного царств» ставили перед древними учеными множество вопросов. При этом должны были выявиться две важнейшие особенности превращений веществ:
а) постоянство воспроизведения определенных свойств тел;
б) постоянство происходящих изменений веществ.
Выводы, полученные людьми из наблюдений, способствовали развитию ремесленной практики. Совершенствование процессов превращения веществ, ранее наблюдавшихся лишь в природных условиях, достигалось «хитроумием» ремесленников. Человек научился в какой-то мере управлять ранее противостоявшими ему силами природы, которым вначале он приписывал божественное происхождение.

и они вынуждены раскрывать человеку свои тайны.
Все первые теоретические взгляды в эпоху античности базировались практически на следующих положениях:
а) любые действия или поступки вызывают проявление соответствующих ответных реакций;
б) определенные природные процессы можно повторить в искусственных условиях, если разработать представления о специфике их протекания.
Определяющей стадией интеллектуального развития античного общества стало выдвижение первыми натурфилософами представлений о том, что «в основе вещей лежат лишь материальные первопричины». Это положение о единстве происхождения мира, о первоматерии, первичном веществе - элементе, или субстанции, присутствует практически во всех натурфилософских концепциях. Разница лишь в том, как философы эту субстанцию называли, и считали ли ее единой или существующей в нескольких формах.

о том, что не божественное или духовное, а материальное начало является первичной субстанцией всех вещей.
Столь же важным оказалось другое положение натурфилософии - о вечном существовании одной или нескольких первичных субстанций. Особое внимание натурфилософов привлекли следующие общие проблемы:
а) материальность мира;
б) невозможность появления «из ничего» новой материи и ее полного
исчезновения (превращения в «ничто»);
в) способность материи принимать различные формы, способные к взаимному превращению, при сохранении ее основной субстанции.
Наименование основных субстанций явилось второй проблемой античной натурфилософии. Как правило, первичной материей различные философы древности считали наиболее важные для жизни человека вещества или явления окружающего мира.

философской школы, которые самыми первыми среди мыслителей раннего досократовского периода античной натурфилософии стали задумываться над этой проблемой, и, прежде всего - с именем Фалéса (Таблица 3.1). Еще в VI веке до н. э. в поисках первоосновы всего сущего Фалес остановил свой выбор на воде.

Фалес (640 — 548/545 до н. э.)

Он полагал, что все рождается из воды и в нее превращается. Начало элементов, сущих вещей — вода; начало и конец Вселенной — вода.
Его учение о существовании некоего первоначала было воспринято и последую-щими учеными. Спорным оставался лишь вопрос, является ли таковым вода. Поэтому на этот вопрос многие ученые отвечали по-разному.

- воздух; а Гераклит Эфесский и Гиппий из Элиды ставили на первое место огонь. Автором наиболее общих натурфилософских представлений был ученик Фалеса – Анаксимáндр (610—547 до н. э.). Он считал, что первичная субстанция не какое-либо конкретное вещество, а полностью неопределенный абстрактный принцип («апейрон»), Все вещества материального мира возникают в результате проявления апейрона в различных формах.

Гераклит Эфесский

Анаксимен из Милета

Анаксимандр

его единстве и многообразии. На основе этой гипотезы были предприняты первые попытки осмысления окружающего мира с помощью разума, свободного от религиозных учений. Центральной проблемой античной натурфилософии был вопрос о том, как многообразие веществ могло возникнуть из одной или нескольких первичных субстанций. Их возникновение и взаимопревращения Анаксимандр пытался объяснить с помощью понятия «движение», которое он считал свойством «апейрона». Одновременно философ использовал понятие «противоположность». Он предполагал, что противоположность является силой, побуждающей развитие, т. е. причиной возникновения субстанций из их «первоосновы» и приобретения ими важнейших качеств. В своем представлении о вечной повторяемости мировых процессов Анаксимандр приближался к формулированию категории «необходимость».
Сформулированные Анаксимандром категории — движение, противо-положность, необходимость — столь содержательны, что до сих пор они являются важным инструментом научного познания.

как результат единства противоположностей. Античный мыслитель считал, что взаимодействие противоположностей может определять не только гармонию, но и противоречия в мире. Противо-положности представлялись ему движущей силой, которая вызывает превра-щения веществ и изменение их качеств. Взгляды Гераклита способствовали развитию диалектических представлений о природе и закономерностях природных явлений. Для химии особенно важно представление о соединении друг с другом различных веществ. «Вещи соединяются,— считал Гераклит,— за счет существующих между ними отношений противоположностей».
Философская система Гераклита, во многом, заложила основы теории научного познания. Например, она впервые четко разграничила чувственное восприятие мира от его познания с помощью разума. Согласно взглядам этого мыслителя, разум (иными словами, теория или научное познание) должен использовать практику как критерий правильности выдвигаемых гипотез.

стали потом основополагающими в науке (величина, объем, масса, пространство), стремились осмыслить многообразие и делимость «тел».

Впервые на основе обобщенной теоретической системы попытался объяснить окружающий мир Эмпедокл из Агригента на Сицилии — знаменитый натурфилософ, знаток ремесел и врач. Существуют гипотезы, что Эмпедокл сам изготовлял лекарства. Эмпедоклу были известны не только многочисленные вещества, но и способы их приготовления. Приво-димые в его работах факты говорят о том, что он превосходно владел секретами «экспериментального искус-ства».

Эмпедокл из Агригента

четырех вечно существующих первичных субстанциях (первостихиях или первоэлементах): огне, воде, воздухе, земле. Выделение четырех элементов как основы материального мира стало первой в науке попыткой классификации веществ, исходя из общего принципа (выражаясь современным языком) агрегатных состояний. Важную роль играло описание специфики первоэлемента с помощью сочетаний неизменных качеств — сухости, влажности, тепла и холода. Именно Эмпедокл первым попытался определить неизменные качества первичных элементов. Например, согласно его характеристике, огонь — теплый и сухой, вода — влажная и холодная, воздух — влажный и теплый, земля — сухая и холодная.
Чтобы объяснить многообразие веществ, Эмпедокл впервые применил понятия «объединение» и «разъединение». Эмпедокл считал, что многообразные вещества образуются в результате качественно различных объединений частиц первоэлементов. Таким образом, становилось понятным существование

расширил взгляды на природу взаимодействия веществ. Характер представлений ученого о превращениях веществ наводит на мысль, что он неоднократно сам проводил разнообразные реакции. Идеи Эмпедокла о «порах», «симметрии», «избирательном сродстве» — теоретические модели предполагаемого элементарного строения различных веществ, отражающие их способность к соединению.
Представления Эмпедокла, переосмысленные и развитые в работах более поздних античных философов, оказали значительное влияние на развитие естествознания вплоть до XVIII в. В дискуссиях ученых XVIII в. эти понятия играли важную роль. Они подготовили почву 0для формирования представлений о сродстве как причине химического взаимодействия.
3.3. Платон и Аристотель: высшая стадия учения
об элементах – качествах
Наивысшего расцвета в теоретическом обосновании природы

Платон. В отличие от своего учителя Сократа, в качестве основного предмета философского исследования Платон рассматривал явления природы, изучению которых он придавал очень большое значение. В диалоге «Тимей» Платон описал множество глубоких наблюдений явлений природы, обнаружил

Скульптурный бюст Платона

недюжинные познания в различных ремеслах. Платону удалось сформулировать с высокой степенью абстракции наиболее общие и существенные философские понятия, выявить законы их развития. История науки свидетельствует, что учение Платона имеет непреходящее значение для движения познания от частного к общему, к открытию главных закономерностей и созданию теорий.

В своем труде “Тимей” он уравнивал в правах все четыре первоосновы, показывая, что они тесно связаны между собой и могут вызывать рождение одна другой.
Платон утверждал, что частицы четырех основных стихий имеют форму правильных многогранников (т. н. платоновых тел): частицы земли – форму куба, огня – тетраэдра, воды – октаэдра, воздуха – икосаэдра. Хотя представления Платона об образовании веществ из треугольников и других многогранников «элементарных» частиц едва ли были прямо использованы химиками, они, несомненно, оказали

Платоновы тела: тетраэдр, куб (гексаэдр), октаэдр и икосаэдр

химических зна-ний большое значение имела разра-ботанная Платоном теория соединения первоэлементов. При этом Платон исходил из предполо-жения, что первичные элементы в чистом виде могут существовать лишь как исключения. Обычно они входят в состав различных соединений.

Академия Платона. Античная мозаика

Многие умозаключения Платона долгие столетия оказывали влияние на развитие химических знаний. Вплоть до 1770 г. считалось, что вода может превращаться в землю. Лишь К.В. Шееле и А.Л. Лавуазье опровергли это мнение при помощи экспериментов.

последователя - Аристотеля. Его философская система заслуживает особого анализа, поскольку вплоть до XVIII в. она играла чрезвычайно важную роль в развитии химических знаний. В созданной им философской системе Аристотель плодотворно пере-работал положения существовавших ранее натурфилософских теорий и поднял естественнонаучное знание на качественно более высокую ступень.

Скульптурный бюст Аристотеля

Теория Платона о возможности взаимного превращения трех из четырех основных «элементов» углубила представления мыслителей античности о структуре вещества.

сколько носителями определенных качеств, обнаруживаемых осязанием - теплоты, холода, сухости и влажности.
Эти четыре свойства материи представля-лись ему четырьмя основными «принципами», которые могут включать в себя и различные иные противоположности. По Аристотелю, четыре основных принципа образуют четыре комбинации качеств:

теплое - сухое, теплое - влажное, холодное - сухое и холодное - влажное. Комбинации теплое - холодное и сухое - влажное он исключал, так как они представляют собой противоположные свойства. Материальным воплоще-нием этих комбинаций качеств Аристотель считал элементы Эмпедокла. Поскольку каждый из первоэлементов характеризовался сочетанием двух из этих свойств, философ уже отчетливо представлял себе их «смешение»

Платон и Аристотель. Фрагмент
Фрески Рафаэля Санти «Афинская школа»

огня и воды может образоваться даже земля, «если огонь потеряет свое тепло, а вода — влажность», а из соединения огня и воды возникает воздух, когда вода лишается холода, а огонь — сухости.

Представления Аристотеля и Платона о строении веществ. Все вещества построены из взятых в различных пропор-циях четырех основных эле-ментов-качеств: земли (камня), воздуха, огня и воды. Земля считалась холодной и сухой, вода – холодной и влажной, воздух - теплым и влажным, огонь – горячим и сухим.

между противоположными принципами (сухой — влажный, теплый — холодный). Сверх этих четырех стихий он ввел пятый элемент, эфирной, или духовной природы. Он полагал, что небеса состоят из этого элемента. Поскольку небеса казались ему неизменными, он считал эфир совершенным, вечным, нетленным и абсолютно отличным от четырех элементов земли. Что же касается эфира, пятого элемента (quinta essentia), то до сих пор, имея в виду чистейшую и наиболее концентрированную форму чего-либо, мы говорим “квинтэссенция”, вспоминая название Аристотеля.
Для развития естественнонаучных знаний плодотворным было дуалистическое представление Аристотеля о «сущем», которое является единством формы и содержания (материи). Аристотель считал, что форма олицетворяет активные, а материя — пассивные начала «вещей». Форма является к тому же сущностью, причиной движения и целью явлений. Лишь благодаря воплощению в различные формы материя приобретает реальные свойства, подобно тому, как камень трудом ваятеля превращается в скульптуру. По взглядам

возможность, и сущность любого явления содержится в материи в виде возможности.
Аристотелю удалось с единой точки зрения рассмотреть проблемы соединения веществ и приобретения ими новых качеств. Хотя Аристотель не был материалистом, ему удалось приблизиться к решению проблемы, на которую не обратили внимания или не смогли решить его предшественники. Философ выдвинул принципиально новое диалектическое положение: возникновение новых веществ сопровождается изменением их качеств.
Его воззрения о том, что смесь элементов образует качественно иную субстанцию — «миксис», создали базу для новых представлений о процессе взаимодействия веществ. С современной точки зрения «миксис» у Аристотеля — это и процесс образования нового гомогенного соединения, которое при разложении возвращается к исходным компонентам, и само соединение.

практически игнорировал количественное рассмотрение превращений.
В эпоху Аристотеля античная натурфилософия достигла высшей стадии развития. Его взгляды оказывали большое влияние на развитие естествознания и философии в течение более чем двух тысячелетий. Однако сильное влияние учения Аристотеля имело и свои отрицательные стороны.
Поскольку практически никто не решался выступить против положений античного философа, а авторитет его для ученых древности (особенно в Средние века) был непререкаем. Это оказывало тормозящее влияние на развитие оригинальных научных идей. Оно усиливалось по мере того, как все большее число толкователей взглядов Аристотеля прославляли древнегреческого ученого, считая его величайшим философом всех времен. В XIII в. система Аристотеля была интегрирована католической церковью. Это привело к безудержному восхвалению его взглядов и некритическому отношению к ним.

и Демокрита. В системе Демокрита атом (ατομοζ) являлся мельчайшей однородной и неделимой частицей мироздания.
Демокрит. Каноническое скульптурное изображение

Учение о том, что материя состоит из мельчайших частиц, и деление материи возможно лишь до определенного предела, получило название атомистики или атомистической теории.
Античное атомистическое учение основывалось на 4 фундаментальных постулатах:
а) существование пустоты;
б) множественность всего сущего;
в) возможность изменения;
г) существование движения.

и конца. Ему казалось, что атомы различного сорта могут отличаться по массе в соответствии со своей формой и величиной. Античная атомистическая теория не уходила от ответа на вопрос: каким образом из однородных первичных элементов могло возникнуть столько качественно неоднородных веществ? Левкипп и Демокрит отвечали следующим образом. Во-первых, атомы могут быть различной формы и величины. Это определяет возможности их разнообразных соединений. Во-вторых, порядок и расположение атомов в веществах, т. е. структуры веществ, могут существенно различаться. Благодаря различным комбинациям разнообразных атомов образуется бесконечное множество веществ.
Объяснение многообразия веществ их различной формой и величиной сыграло важную роль в формировании «корпускулярной теории» Р. Бойля. Это объяснение легло в основу механистических теорий химических реакций. Гипотезу об образовании различных комбинаций атомов использовал Д. Дальтон в своей атомистике.

существования пустоты. Как следствие отсюда вытекает понятие о непрерывности материи. Существование пустоты было основополагающим условием для взаимодействия атомов с образованием различных веществ. Только в пустоте атомы могли встречаться и взаимодействовать, изменяя при этом порядок своего взаимного расположения в различных соединениях.
Однако только после определения массы воздуха, его давления и введения понятия вакуума в XVI—XVII в. использование атомистических представлений привело ученых к важным для практики выводам.
Античным атомистам удалось внести немалый вклад в учение об образовании сложных веществ. Представления Демокрита об отталкивании или, наоборот, взаимном притяжении атомов, т. е. о противоположных свойствах материи, внешними проявлениями которых были вид и форма веществ, при дальнейшем развитии превратились в учение о фундаментальных свойствах материи.

для практики результаты, предстояло появиться еще многим теориям. Нужно было осуществить разнообразные эксперименты, в частности те, что привели к развитию учения об электричестве.
Материалистическая система античных атомистов послужила также и развитию философских знаний. Она оказала влияние на развитие диалектического направления в философии. В первую очередь это относится к формулировке закона о переходе количества в качество. Весьма важной стороной учения Демокрита является утверждение о принципе причинности. С точки зрения сегодняшних знаний, многие высказывания античных атомистов звучат удивительно современно.
Основной причиной скорого забвения атомистической теории многие ученые считают сугубо теоретический подход к науке. Демокрит не ставил экспериментов, он искал истину в споре, исходя из созерцания «первопричин».

понятие о материальной частице, которую нельзя расщепить на более мелкие частицы, казалось чрезвычайно парадоксальным. Осознать и принять эти концепции современники Демокрита не смогли. Однако нельзя категорично утверждать, что атомисти-ческая теория была полностью отвергнута. Живший позднее древне-греческий философ Эпикур использовал элементы атомизма в своем учении. Эпикур определенным образом расширил атомистическую теорию Левкиппа и Деморита. Существенным вкладом Эпикура в учение атомизма следует назвать его представления о консилиуме. Концепцию сложного тела

Эпикур

(αθροισμα, consilium) необходимо рассматривать как попытку объединить в одном учении воззрения атомизма с элементаристскими

г.

представлениями Аристотеля о миксисе. У Эпикура консилиум – это образованная из атомов новая целостность, наделенная ранее отсутствовавшими у его компонен-тов свойствами. Эти свойства возникали вследствие гармонии (согласованности, связанности) движения атомов в консилиуме.
Эпикурейцы имели немало привер-женцев и в последующие века. Одним из них был древнеримский поэт Тит Лукреций Кар. Он изложил взгляды Демокрита и Эпикура в своей поэме “О природе вещей”, по мнению многих, лучшей из когда либо написанных дидактических поэм. Несмотря на то, что оригиналы трудов Демокрита и Эпикура были утрачены (остались лишь обрывки цитат), поэма Лукреция сохранилась полностью и донесла атомистическое