Пути развития химии. Том 1. От первобытных времен до промышленной революции

С начала XX в. химия приобрела столь большое значение в жизни общества, что могло показаться невероятное: химикам удалось наконец-то получить таинственный "философский камень", поисками которого на протяжении столетий тщетно занимались алхимики. Создание фундаментальных химических теорий, а также широкое использование химических методов для изучения строения и свойств разнообразных веществ определили в значительной мере поразительный прогресс сельского хозяйства, промышленности, медицины. Это время ознаменовалось резким увеличением объема производства и значительным повышением качества красителей, удобрений, лекарственных препаратов, взрывчатых веществ, газов, бумаги, масел, жиров, моющих средств, косметики, пленок, строительных материалов, металлов, стекла и керамических изделий. На основе химических процессов возникли абсолютно новые отрасли промышленности, продукция которых убедительно говорит о широких возможностях химии.

Действительно, немного найдется наук, которые бы оказали такое же сильное влияние на развитие цивилизации, как химия. И вряд ли в наши дни можно назвать хоть одну область деятельности человека, где бы не применялись ее достижения.

Значение химии

Нередко временем формирования химии как науки считают XIX в. Однако вряд ли справедливо полагать, что до этого химия играла менее важную роль в жизни человеческого общества. И нет большего заблуждения, чем считать более чем тысячелетний период развития химических знаний — эпоху алхимии — временем бессмысленного растрачивания энергии людей в тщетных попытках получения золота.

Лайнус Полинг, один из выдающихся химиков XX в., определил химию как "науку о веществах — об их строении, свойствах, о реакциях, в результате которых одни вещества превращаются в другие" [2, с. 1]. Таким образом, можно сказать, что химия охватывает все области человеческой деятельности, в которых используются превращения веществ. А превращения происходят повсюду (правда, с различной скоростью), если имеется хотя бы небольшое количество веществ, которые могут взаимодействовать при определенных условиях. Поэтому область применения химических знаний необычайно широка.

В 1877 г. "Союз охраны интересов химической промышленности Германии" принял решение субсидировать развитие отраслей производства, которые могли иметь прямое отношение к химической индустрии. В этом решении перечислялись следующие области химической промышленности: производство неорганических веществ (соды и серной кислоты); сухая перегонка древесины; получение азотсодержащих веществ и карбидов; производство красителей из каменноугольной смолы; получение взрывчатых веществ, фотохимических реактивов, минеральных красителей, препаратов для дубления кож, а также изготовление косметики, чернил, штукатурки, составов для полировки и очистки поверхностей. Вниманием "Союза" было отмечено: производство асфальта, толя, эфирных масел, душистых веществ, фосфорных удобрений, клеев, желатины, олифы и лаков, а также смолокурение. Кроме того, указывались: получение первой пластмассы — целлулоида; изготовление красок для покрытия стеклянных и керамических изделий, а также препаратов, предохраняющих от гниения кожу; получение искусственного шелка и, наконец, средств для дезинфекции. Правда, в этом решении к химической промышленности не были отнесены отдельные производства, в которых на важнейших технологических стадиях использовались химические реакции и которые своим возникновением и развитием были обязаны химии. Это — металлургия, коксование каменного и бурого угля, получение светильного газа и минеральных масел, производство цемента и стекла, выделка кожи, получение целлюлозы и бумаги, сахароварение, пивоварение, виноделие и винокурение.

Разграничение различных областей промышленности все более усложнялось, что было вызвано требованиями экономики. В конце XIX в. возникали новые методы синтеза и на их основе зарождались новые отрасли химической промышленности. В 1877 г. ни один даже самый образованный и широко мыслящий химик не мог предположить, что лишь спустя несколько десятилетий можно будет получать путем синтеза такие вещества, как аммиак из азота воздуха, бензин из каменного угля и многие другие важные продукты (резину, пластмассы, синтетические волокна). При этом, как сказано выше, многие отрасли, использующие химические методы обработки веществ, не считались отраслями химической промышленности, поскольку сложилось убеждение, что к чисто химическим относятся лишь производства, в которых химические процессы лежат в основе получения большей части продукции.

По сути же дела любое производство, в котором используется химическое превращение веществ, является химическим. Другая группа производств основана на физических процессах, приводящих главным образом к изменению формы вещества или к преобразованию энергии. Третью группу составляют производства, основанные на биологических процессах.

Для химического производства характерно то, что в нем осуществляется направленное превращение вещества вплоть до образования нужного продукта или до выделения его из смеси либо до его разложения. Причем, чтобы провести химическую реакцию с образованием вещества повышенной ценности, как правило, требуется затратить энергию (тепловую или электрическую) либо использовать катализаторы. Для механической обработки природных материалов необходимы такие инструменты, как топоры, пилы, молотки, веретена и т. п., чтобы при помощи их можно было изготовить из дерева, скажем, стол, из жести кастрюлю, из шерсти пряжу. Чтобы, например, приготовить вино из винограда, сварить пиво, перегнать этиловый спирт, получить серную кислоту или соду, и вообще получить продукты химической переработки, нужны исходные вещества, сосуды для проведения превращений и разнообразные приспособления (насосы для перекачки жидкостей, устройства для их перемешивания), а также энергия для проведения реакции и т. д.

Вначале химия существовала как ремесленное производство. Впоследствии в результате разделения труда и развития химического производства на его основе возникли новые направления человеческой деятельности. К ним относятся натурфилософские системы античности, древний пробирный анализ, алхимия. Затем возникли медицинская химия и "экспериментальная натурфилософия" эпохи Возрождения. Далее последовательно формировались теоретическая и прикладная химия (XVIII в.), промышленная, органическая и физическая химия (XIX в.), радиохимия, биохимия и квантовая химия (XX в.). Но при всем разнообразии отраслей химии всех их объединяет общая цель — путем химического превращения получить нужный продукт или новые знания о природе веществ.

Все эти вопросы и составляют предмет изучения истории химии.

Химия и ее история

Это издание не претендует на всеобъемлющий анализ общей картины развития естественных наук. Небольшой объем книги позволяет сконцентрировать внимание лишь на наиболее важных событиях истории химии. Мы стремились не к тому, чтобы познакомить читателя с многочисленными мелкими фактами из истории этой науки, а к тому, чтобы дать общую картину развития химии в исторической взаимосвязи различных событий. По трактовке и освещению многих событий эта книга отличается от трудов по истории химии, изданных за последние полтора века. В связи с этим мы должны сделать несколько замечаний.

Около двухсот лет назад были предприняты первые историко-научные исследования и написаны первые книги по истории химии. Это было время скачкообразного развития самой науки. Более чем тысячелетний период накопления естественнонаучных знаний закончился в XVIII в. формированием химии как самостоятельной научной дисциплины, были созданы новые система обучения и терминология. Химические исследования были направлены на решение актуальных задач познания природы и на использование достижений химии в промышленности.

Результаты наблюдений химиков-практиков средневековья в это время начали забываться, поскольку в XVIII в. было получено много новых, гораздо более точных, экспериментальных данных. Но ведущие химики XVIII в. понимали громадное значение работ своих предшественников. Поэтому они приложили немало усилий для публикации многочисленных сборников химических "операций", проведенных в средние века.

На первых историков химии — Торберна Бергмана, Иоганна Христиана Виглеба и Иоганна Фридриха Гмелина — обилие накопленных результатов исследований произвело очень большое впечатление. Поэтому они пытались собрать все эти наблюдения и описать их в хронологическом порядке.

Их последователи — Иоганн Бартоломей Троммсдорф, Жан Батист Дюма, Юстус Либих, Герман Копп, Фридрих Хёфер — уже делали попытки проанализировать исторические факты с определенной точки зрения. Более всех это удалось Герману Коппу. Он пришел к убеждению, что характер проводимых работ определялся главным образом задачами,

(поставленными химиками перед собой. Так, например, на протяжении довольно долгого исторического периода (от 300-х и до 1600-х гг.) они стремились получить золото из неблагородных металлов. Поэтому Копп назвал этот период алхимическим. Тогда, разумеется, еще не существовало подлинно научной химии, хотя и в древности люди использовали многие химические превращения. Но методы химиков тех времен Копп рассматривал как чисто эмпирические и найденные случайно. Исторический период, последовавший далее, Копп назвал периодом иатрохимии (медицинской химии), поскольку основным направлением химических знаний до 1700-х гг. было получение лекарств. Вслед за периодом иатрохимии Копп выделил еще два периода развития химических знаний: периоды флогистонной и количественной химии. Период флогистонной химии Копп назвал по господствовавшей в XVIII в. "флогистонной теории". Термин "флогистон" образован от древнегреческого слова "флогистос", что означает "воспламеняемый", "горючий"; "флогистон" — особая "субстанция", которая якобы определяет механизм процессов горения.

В конце XIX в. немецкий ученый Альберт Ладенбург принял в качестве главного принципа науки истории химии представления своего соотечественника Вильгельма Оствальда: без анализа прогресса химического эксперимента и развития химической промышленности нельзя понять общие закономерности становления химии как науки.

Среди ученых часто вспыхивают споры вокруг проблемы: начиная с какого исторического момента можно говорить о возникновении химии как науки? Одни исследователи отстаивали точку зрения, что химическая наука возникла лишь после того, как ученые смогли объяснить причины и особенности протекания реакций. По мнению других, возникновение научной химии следует датировать временем постановки учеными перед собой научно-исследовательских задач. Копп, например, считал научными даже задачи алхимии, хотя, как стало ясно в XX в., задачи алхимиков были нереальны и в общем-то антинаучны.

Развитие химии всегда шло в нескольких направлениях, но в различные периоды на первый план выдвигались разные исследовательские задачи. Отличие заключено в характере основополагающей в то или иное время научной идеи или теории. Специфика использования химического превращения веществ определяется тем, какую цель она преследует — получение какого-либо продукта или накопление новых знаний. Действительно, обе эти задачи вечно стоят перед человечеством, так как неразрывно связаны с целенаправленным использованием химических превращений.

Однако если абсолютизировать значение лишь одного направления в развитии химии, то, несомненно, нельзя избежать трудностей, с которыми и столкнулся Копп. Он рассмотрел эти трудности, проанализировал их с разных сторон, но не сумел найти удовлетворительного пути их преодоления.

Возникает вопрос: правомерно ли выделять в истории химии различные этапы (или периоды) развития? Никто не отрицает, что между химической практикой и теорией в древности, с одной стороны, и в наши дни — с другой, существует громадное различие. Разница (хотя и несколько меньшая) отчетливо заметна и при сопоставлении химических знаний иных, более близких исторических периодов. Для того чтобы провести периодизацию развития химии, нужно найти правильные критерии выделения исторических этапов. Эти критерии можно получить как следствия из закона накопления знаний и их наивысшего развития [3, с. 125-135]. Согласно этому закону, постепенное накопление практических и теоретических знаний приводит их к новому качеству, которое в свою очередь может служить основой дальнейшего развития науки. Постепенное накопление знаний за продолжительный исторический период приводит в конце концов к возникновению "революционной фазы", во время которой достигается наивысший уровень развития в теории или практике либо и в теории, и в практике.

Интенсивное развитие теории и практики в истории химии не всегда проходило одновременно. Фаза наивысшего развития знаний выявляется при анализе не только общего развития химии, но также и при рассмотрении эволюции ее отдельных направлений. И разумеется, в отдельные периоды и для различных направлений развития химии эти фазы наивысшего развития знаний различаются. Если, например, подразделить реальный материал истории химии на две исторические эпохи, то при подобном анализе становится очевиден глубочайший процесс преобразования фазы наивысшего накопления знаний в химии с конца XVIII в. С этого времени теория в химии стала приобретать все большее значение как непременное условие целенаправленного проведения разнообразных превращений веществ. До конца XVIII в., напротив, особо важное значение для прогресса химии имели не столько теоретические основы, сколько практическое проведение разнообразных химических "операций".

Деление истории химии на эмпирические и теоретические эпохи нельзя понимать буквально: будто первые были посвящены главным образом практическим работам, а вторые — лишь теоретическим. В истории вообще (и в истории химии, в частности) не существует застывших границ между историческими периодами: и в "эпохи практики" проводились теоретические изыскания, и в "теоретические эпохи" практика всегда имела немалое значение для развития химии. Поэтому такое однозначное название эпохи не отражает ее содержания. Оно характеризует лишь направление работ, которое определяет специфику развития химических знаний в рамках значительного исторического периода.

Рассмотренные подходы к периодизации можно также положить в основу выделения исторических периодов становления химии в соответствии с законом накопления и наивысшего развития знаний.

Вопрос, на который постоянно должен отвечать историк науки,- как методологически подходить к анализу предмета — относится к области истории логики. Для его решения нужно выяснить, какое значение имели важнейшие события истории науки для развития общества. В этом случае наиболее полно будет проявляться фаза наивысшего развития знаний. Однако нельзя забывать, что развитие науки происходило не во всех странах и частях мира. Кроме того, понимание вклада ученых разных стран в развитие химических знаний зависит от уровня наших знаний об основополагающих химических исследованиях, проведенных в различные исторические эпохи. Довольно достоверны известные историкам науки сведения о развитии химических знаний и навыков в древних Индии, Китае, средневековой Аравии, а также в средневековой Европе.

Название "химия" происходит, как считают ученые, от древнегреческого слова "хемейа" (так называли Египет); другое предполагаемое, тоже древнегреческое слово, от которого образовался термин "химия",- "хюмейа" (от "хюма"), что означает "литье" металлов.

С самого начала использования человечеством химических превращений стали накапливаться определенные знания об особенностях их проведения. Позже на основе таких наблюдений возникли первые гипотезы о составе и свойствах веществ. Одновременно (в значительной мере под влиянием потребностей ремесленной практики) сформировалось мнение о том, что для развития человечества практические методы получения больших количеств различных веществ гораздо важнее, чем химические теории. Нельзя не отметить ограниченности любой одноплановой точки зрения. В действительности теоретический и практический аспекты изучения природы веществ развивались в тесной взаимосвязи; полученные при этом знания и навыки привели впоследствии к возникновению научного естествознания. Хотя существующие в наши дни отношения между естественными науками и производством сформировались лишь в XIX в., предпосылки научного естествознания были созданы еще во времена античности. Однако долгое время развитие естественнонаучных представлений определялось главным образом результатами наблюдений, полученными в ремесленной практике при проведении разнообразных процессов. Поэтому, чтобы правильно понять существование в древности и в средние века соотношения между ремесленной (а позже производственной) практикой и развитием представлений о природе веществ, не следует оценивать эти отношения лишь с точки зрения современных взаимосвязей естествознания и промышленности.

В значительной мере такие рассуждения относятся и к развитию химической науки и химической промышленности. Химия как самостоятельная наука в современном понимании этого слова возникла лишь в XVIII в. До этого химические знания накапливались главным образом в процессе развития химических ремесел. Среди них в XVI-XVII вв. очень большую роль играло приготовление лекарственных препаратов. Развитие фармации в первую очередь, а также совершенствование иных химических ремесел определяли в то время прогресс химических знаний. Термин "знания" употребляется здесь не в узком смысле, описывающем только развитие теоретических представлений, но в гораздо более широком плане — как историческая категория.

В работе "Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека" Фридрих Энгельс выделил различные этапы "развития общества"[3]. В основу такого подразделения он положил труд, который рассматривал не как механическое выполнение операций, а как деятельность, точно определенную Карлом Марксом в "Капитале". Маркс определял труд как физические, психические и интеллектуальные возможности, которые реализуются лишь в сложном "процессе целенаправленного, целесообразного общения людей друг с другом"[4]. В простейшем же случае под трудом понимают — сознательно или неосознанно — опыт, который является исходным пунктом любого дальнейшего развития: определенные способы воздействия на вещества, связанные с конкретными операциями, ведут к некоторым предполагаемым результатам. Повторение этого процесса приводит к накоплению практических навыков и знаний, совершенствующихся при переходе от поколения к поколению. Под практическими навыками понимают не только механическую последовательность операций, но и совершенствование прикладных знаний. Применяемое здесь понятие "знание" — не априорно данное понятие, а исторически понимаемая категория. Так, например, для людей каменного века понимание влияния различных условий на рост растений имело такое же большое значение для прогресса в развитии навыков и знаний, как открытие важности применения удобрений для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, сделанное в XIX в. Юстусом Либихом.

В книге " Химия и ее история" [3] читатель найдет детальное рассмотрение предмета и метода истории химии, анализ опубликованных книг в этой области, ознакомится с основными методами экспериментирования в химии, узнает законы развития истории химии (расширения потребностей, накопления и наивысшего развития знаний, расширения проблематики). Читатель сможет получить также представление о месте истории химии в системе научных знаний, о соотношении истории химии с общей историей, а также о закономерностях развития химии, ее историографии и, наконец, об основных требованиях, предъявляемых к научным биографиям, и способах их написания.

В книге И. Вейера " Историография химии от Виглеба до Партингтона " (см. список рекомендуемой литературы в конце книги) детально рассмотрены важнейшие проблемы этой науки и приведен список работ немецких исследователей, а также ученых других стран по истории химии.