ИСТОРИЯ И ФИЛОСОФИЯ ХИМИИ

Полученные кинетикой в первой трети XX века результаты сыграли огромную роль в создании производства основных продуктов химии и нефтехимии. Внедрение гетерогенного катализа (работы П. Сабатье, В. Н. Ипатьева, Н. Д. Зелинского, Ф. Габера) в органический синтез представляет собой ещё одну линию перехода органической химии с уровня второй концептуальной химической системы на уровень третьей, что и обусловило значительные теоретические и практические результаты.

И всё же основной теоретической задачей химической кинетики стало исследование механизма химических реакций. Развитие химической технологии многих органических веществ сдерживалось именно отсутствием точных знаний о механизме. Химическая кинетика включилась в решение этой задачи, когда стало зарождаться принципиально новое направление в учении о химическом процессе, которое связано с открытиями в 1920-х годах Н. Н. Семёновым, С. Н. Хиншельвудом и их сотрудниками цепных разветвлённых реакций. Выяснение детального механизма цепных реакций, состоящего из стадий инициирования свободных радикалов, развития цепей, рекомбинации и захвата радикалов, обрыва цепей и т.д., позволило этой теории стать внутринаучной предпосылкой огромного числа технологических процессов, таких как процессы пирогенетического разложения веществ, теплового взрыва, «самораспространяющегося высокотемпературного синтеза» (СВС), радиационной химии, термического крекинга нефти, производства синтетических полимеров и многих других. Перечислить их здесь невозможно. Можно лишь сказать, что ни одна химическая теория не предоставляла химической технологии таких возможностей, как теория цепных реакций, но и здесь существует обилие нерешённых проблем.

Еще одно направление в исследовании механизмов реакций связано в изучением самого «элементарного» акта химического превращения. Решающий шаг в этом направлении был сделан Г. Эйрингом, М. Эвансом и М. Поляни в 1935 г. в теории абсолютных скоростей реакций, которая ввела принципиально новые положения о промежуточном образовании активированного комплекса с непрерывным перераспределением электронов связей. Эта теория пока не дала сколько-нибудь существенных технологических результатов. Проблема заключается в том, что теория переходного состояния связана с непреодолимой пока трудностью математического расчёта активированного комплекса как непрерывно изменяющейся многоэлектронной квантово-механической системы. Объективная многофакторность реальных химических процессов ставит перед химической кинетикой задачу превращения её из учения о скоростях реакций в учение о целостном

121

макрокинетическом процессе. Тем не менее, химическая кинетика как теоретическая основа химической технологии является наиболее интенсивно развивающейся областью химии, и её перспективы связаны прежде всего с достижениями в области каталитической химии, макрокинетики, химии цепных разветвлённых процессов, химии экстремальных состояний, которые объединены одной общей проблемой – многофакторности кинетических систем.

Начало формирования четвертой концептуальной химической системы – эволюционной химии – было положено исследованиями процессов самоорганизации ЭОКС, проведёнными А. П. Руденко. На наш взгляд, в общем историческом русле химического знания, представляющем собой возникновение и развитие концептуальных систем, лежат следующие теоретические концепции:

-теория саморазвития открытых каталитических систем А. П. Руденко;

-термодинамика необратимых процессов И. Пригожина.

Таким образом, эволюционная химия составляет основу новой химии. Несмотря на то что эволюционная химия находится лишь в самом начале

своего пути, уже сейчас можно указать те прикладные задачи и технологические процессы, где могут быть использованы её теоретические положения и выводы. Это задачи интенсификации процессов с использованием катализаторов (ибо иных путей к существенному улучшению работающих в реакторе катализаторов, кроме естественного отбора наиболее активных центров катализа, нет), поиска новых оптимальных режимов; это – «нестационарная технология», моделирование и перенесение в промышленные реакторы моделей ферментативных систем, развитие химии высоких энергий, в частности, плазмохимической технологии и др.

Совсем недавно появились исследования процессов самоорганизации в химии и технологии материалов. Это исследования не только экспериментального, но и теоретического характера, поскольку связаны с изменением фундаментальных представлений о пространственно-временной эволюции материалов. Исследование явлений самоорганизации позволяет понять условия формирования разнообразных структур, начиная от нанокристаллов и заканчивая нанокомпозитами, получить ценную информацию о динамике физико-химических процессов. Исключительно важное значение имеют процессы самоорганизации с образованием супрамолекулярных соединений и супрамолекулярных материалов с межмолекулярной нековалентной связью. Использование эволюционных моделей открывает заманчивые перспективы создания интеллигентных (или умных) материалов (smart materials), не уступающих природным материалам, а в ряде случаев превосходящих их.

122

Методология концептуальных химических систем позволяет преодолеть разноголосицу мнений и оценок, касающихся современного состояния развития химии и её перспектив. В современной химии действительно можно выделить перспективные исследования, которые обусловлены не только развитием экспериментальной базы, эффективностью их промышленного использования или другими факторами, но, в первую очередь, их местом в той или иной концептуальной химической системе. Появление новых открытий и теоретических обобщений не случайно; будущее химии обусловлено логикой развития химических идей и химических теорий, которое соответствует иерархии систем, изучаемых химией: химические элементы (атомы) – химические соединения (молекулы и другие частицы) – кинетические системы – предбиологические системы.

Исходя из этого можно выделить два пути эволюции химических знаний. Первый путь связан с дальнейшим развитием каждой из концептуальных химических систем, обусловленным прежде всего взаимодействием их моделей, теоретических обобщений и объяснительных принципов. Например, развитие направления «химическая структура и функция» происходит путём введения кинетических закономерностей в структурные исследования.

Второй путь развития химии может быть назван магистральным (В. И. Кузнецов). Этот путь связан с исследованием высшего уровня химической организации вещества – эволюционирующих высокомолекулярных химических (предбиологических) систем. Переход к изучению таких систем многие исследователи расценивают как поворотный пункт в химической науке. Например, А. П. Руденко считает, что современная химия переживает переход от классической химии к эволюционной.

Ученица И. Р. Пригожина, бельгийский физикохимик А. Баблоянц обозначает этот поворот как рождение новой химии. По её мнению, мы должны отбросить прежние представления о материи как о чем-то статичном и неизменном, поскольку открыты неизвестные до того типы химических реакций, обнаруживающие неожиданные свойства и требующие введения совершенно новых понятий. А. Баблоянц описывает рождение новой химии в самых ярких красках: химические реакции «оживают», они «чувствуют время», распространяют информацию, различают прошлое и будущее. Отсюда следует, что в историческом развитии химии наступает период, когда проблема происхождения жизни объединит материал всех химических наук. Четвёртая концептуальная система способствует развитию предшествующих систем. Речь может идти о развитии представлений о равновесной и неравновесной структурной организации вещества в теории строения; о развитии

123

представлений о переходном состоянии в представления об элементарных химических и открытых каталитических системах в химической кинетике; о развитии теоретических взглядов на катализ от классических представлений к представлениям о закономерных изменениях природы катализатора; о развитии термодинамики необратимых процессов в элементарных неравновесных системах; о новых путях фундаментализации химического знания на основе квантования процессов. Новые методы и подходы, применяемые в эволюционной химии, требуют изменения стиля химического мышления и принятого в классической химии понятийного аппарата. Таким образом, выявление особых объектов химической эволюции, высших проявлений химизма и эволюционных законов химии одновременно должно способствовать развитию теоретических основ всей химии. Совершенно прав И. Пригожин, утверждая, что сегодня эволюционная парадигма охватывает всю химию.

Вопросы для самоконтроля

1.Каковы основные варианты прогнозов эволюции современной химии?

2.Какие преимущества имеет теория концептуальных систем В. И. Кузнецова в прогнозировании эволюции химии?

Семинарское занятие

1.Перспективы развития современной химии: фундаментальные проблемы и приоритетные направления.

2.Проблемы теории в современной химии: новый этап взаимодействия физики и химии.

3.Единая химия: проблемы, работы и перспективы.

4.Роль философии химии в конституировании и эволюции современной химии.

Дополнительные вопросы

1.Что американский химик Ст. Дж. Липпард назвал «тихой революцией» в химии?

2.Чем отличаются оптимистический и пессимистический варианты оценки будущего развития химии?

3.Каковы приоритетные направления в развитии современной химии?

4.В. И. Вернадский говорил о том, что естествознание XX века всё больше специализируется не по научным дисциплинам, а по проблемам. Проиллюстрируйте эту мысль состоянием современной химии.

5.Рост числа публикаций по химии носит экспоненциальный характер. Можно ли сказать, что такой же характер носит рост объёма химического знания?

124

6.Современная химия располагает 15 млн химических соединений, насчитывает уже около 70 самостоятельных химических дисциплин и примерно 2 тыс. научных направлений. Можно ли в этой связи говорить о современной химии как о единой науке?

7.Как обосновывается идея «конца» химии»? Как вы относитесь к этой идее?

8.Известный американский физикохимик И. Лэнгмюр так видел будущее теоретической химии: «Я думаю, что через несколько лет, вероятно, окажется возможным 90 % любого материала, помещённого в любом учебнике химии…вывести из простых обычных принципов и точных фактов, касающихся строения атома. Поскольку же известно, как устроены атомы, известно и то, как они будут вести себя, если их поместить вместе». Как вы оцениваете такой прогноз и что он вам напоминает из истории науки?

9.Академик В. А. Легасов в 1988 г. писал, что в основе производства абсолютно всех видов материалов лежат химические процессы. Причём, большинство новых материалов создаётся без опоры на фундаментальные теории, разработка которых продолжает отставать от эмпирических исследований. А практические навыки вполне обеспечиваются классическими процедурами. Как такая оценка современных химических исследований согласуется с идеей, что парадигмальные образцы в современной химии задаёт эволюционная химия?

Темы рефератов

1.Соотношение эксперимента и теории в современной химии.

2.Фундаментальные проблемы и приоритетные направления в современной химии.

3.Союз физики и химии: новый этап.

4.Эволюционная химия – парадигмальный образец современной науки.

5.Близок ли конец химии? Варианты прогнозов.

6.Возможность единой химии: проблемы и перспективы.

7.Место современной химии в науке и культуре.

8.Особенности философии современной химии.

9.Химия и химическое образование в XXI веке.

Литература

Биокатализ: история моделирования опыта живой природы. – М., 1984.

Бузник В. М., Кулик Н. А. Состояние и перспективы российской химической науки // Химия в России, 2001. – № 7.

125

Бучаченко А. Л. Химия на рубеже веков: Свершения и прогнозы // Успехи химии, 1999. – Т. 68, № 2.

Золотов Ю. А. Аналитическая химия на пороге XXI века // Российский химический журнал, 2000. – № 4.

Канке В. А. История и философия химии. – М., 2011.

Китайгородский А. И. Проблемы теории в химии // Вопросы философии, 1966. – № 1. Клишина С. А. Роль химии в формировании эволюционной парадигмы науки / Вестник РХТУ им. Д.И. Менделеева. Гуманитарные и социально-экономические исследования. – Т.1. Гуманитарные исследования. – Вып. 1. – М., 2011.

Крылов О. С. Будет ли конец науки? // Российский химический журнал, 1999. – Т. 43, № 6.

Крылов О. С. Катализ на пороге XXI века. Некоторые прогнозы // Российский химический журнал, 2000. – Т. 44, № 4.

Крылов О. С. Динамика развития химической науки // Российский химический журнал, 2002. – Т. 46, № 3.

Курашов В. И. История и философия химии. – М., 2009.

Легасов В. А., Бучаченко А. Л. Проблемы современной химии // Успехи химии, 1986. – Т. 55, № 12.

Легасов В. А и др. Анализ областей и направлений приоритетных направлений в химии и химической технологии // Журнал ВХО им. Д.И. Менделеева, 1988. – Т. 33, № № 4-5.

Лэнгмюр И. Перспективы развития теоретической химии // Философские проблемы современной химии. – М., 1971.

Мелихов И. В. Некоторые тенденции развития химической науки // Журнал ВХО им. Д.И. Менделеева, 1990. – Т. 35, № 2.

Овчинников Ю. А. Тенденция к единству науки. – М., 1984.

Пиментал Дж., Кунрод Дж. Возможности химии сегодня и завтра. – М., 1992. Поллер З. Химия на пути в третье тысячелетие. – М., 1989.

Саркисов О. М. Химия переходного состояния (фемтохимия) // Российский химический журнал, 1990. – № 6.

Сироткин О. С. Начала единой химии. – Казань, 2003.

Темкин О. Н. Современные проблемы кинетики сложных реакций // Российский химический журнал, 2000. – № 4.

Черемных Н. М. Химия на рубеже веков: варианты прогнозов // Исторический вестник РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2004. – Вып. 14.

126

Черемных Н. М. Философские проблемы современной химии / Философия естественных наук. Гл. 5. – М., 2006.

Черемных Н. М., Клишина С. А. История и философия химии: учебное пособие. – М., 2009.

Чувылкин Н. Д. Горизонты современной квантовой химии // Российский химический журнал, 1990. – № 6.

Вопросы к экзаменам для сдачи кандидатского минимума по разделу «История и философия химии»

1. Химия как наука. Объекты и предмет химии. 2. Химия и химическая технология.

3. Фундаментальные понятия химии: атом, молекула, вещество. Химическое соединение.

4. Фундаментальные понятия химии: химический элемент, химическая связь, химический процесс.

5. Предмет истории химии и проблема её периодизации. 6. Основная проблема химии как науки и производства.

7. Методология концептуальных химических систем как основа реконструкции истории химии.

8. Греческая натурфилософия и химия.

9. Алхимия и ятрохимия как феномены средневековой и ренессансной культуры. 10. Флогистонная теория Г. Шталя, её место и роль в истории химии.

11. Революция в химии, произведённая А. Лавуазье.

12. Первая концептуальная система в химии – учение о элементах и их соединениях. 13. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева и её эвристические функции. 14. Возникновение и развитие учения о валентности.

15. Вторая концептуальная система в химии – от теорий состава к структурным теориям.

16. Эволюция понятия «структура» в химии.

17. Квантовая химия и понятие структуры в химии.

18. Третья концептуальная система в химии. Идея движения в химии. Химическая статика и химическая динамика.

19. Учение о переходном состоянии и его методологическое значение. 20. Каталитическая химия и её методологические основания.

21. Четвёртая концептуальная система в химии – эволюционная химия. Проблема предбиологической эволюции.

22. Термодинамика необратимых процессов И. Пригожина и её основные понятия.

127

Учебное издание

ИСТОРИЯ И ФИЛОСОФИЯ ХИМИИ

Составители:

ЧЕРЕМНЫХ Наталья Матвеевна КЛИШИНА Светлана Алексеевна

Редактор Н. А. Заходякина

Подписано в печать 2014. Формат 60 х 84 1/ 16 Усл.-печ. л. 7,44 Уч.-изд. л. 8,52 Тираж 500 экз.

Заказ

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева.

Издательский центр Адрес университета и издательского центра:

125047 Москва, Миусская пл., 9.

128