Закон сохранения вещества с точки зрения Энгельса

Энгельс отмечал в письме К. Шмидту от 1 ноября 1891 г., что «каждая категория у Гегеля представляет собой ступень в истории философии (он по большей части и указывает такого рода ступени)...» *.

В связи с этим Энгельс советует брать для сравнения с гегелевской «Логикой» его лекции по истории философии, называя их одним из гениальнейших произведений. В целях подобного сравнения можно обратиться и к истории науки, в частности химии с ее законом сохранения вещества, ее понятием химического элемента и ее учением о химическом сродстве и химической связи.

 

Положение о неуничтожаемое™ материи всегда являлось основным законом материализма и естествознания. В зависимости от уровня развития науки оно принимало различные формы; его конкретное выражение зависело, во-первых, от общетеоретических взглядов естествоиспытателей и, во-вторых, от экспериментального метода исследования вещества.

 

В древности имелись только зачатки химической науки, выраженные в самой общей, часто весьма наивной форме. В соответствии с общим натурфилософским подходом греков к изучению вещества формулировка закона сохранения материи носила наивно-материалистический, натурфилософский характер. В I в. до н. э. Лукреций говорил, «...что вещам невозможно из ничего возникать и, родившись, в ничто обращаться...» 2.

 

Это положение означает признание вечности и несози-даемости материи. В таком виде закон сохранения материи явился позднее отправной точкой в развитии закона сохранения вещества как первого закона химии.

 

Более конкретно, в форме идеи сохранения атомов, мысль о вечности материи была высказана теми же древними атомистами. Левкипп и Демокрит назвали атомами «неразрушимые мельчайшие тела, бесконечно многие по числу», которые носятся в пустоте; «соединяясь [между собой], они производят возникновение, расторгаясь же — гибель» 3.

 

Такие же мысли высказывались неоднократно в философии Нового времени. В XVI в. Джордано Бруно говорил: «Всякое произведение, каково бы оно ни было, есть изменение; субстанция же всегда остается одной и той же. Ибо она только и едина, единосуща, божественна и бессмертна... Ничто не порождается в отношении субстанции и не уничтожается, если не подразумевать под этим изменения» 4.

 

Положение, гласящее, что «ничто не возникает из ничего и ничто не превращается в ничто», было правильным, но не конкретным. Будучи сформулировано лишь в самой общей форме, оно не давало указаний на то, в каких именно физических проявлениях материи следует искать опытного подтверждения ее неразрушимости и несотворимости.

 

В конце древности появилась алхимия. Алхимики начали изучать отдельные физические и химические свойства вещества. В то время универсальным фактором воздействия на тела считался огонь; вполне естественно поэтому, что выбранные алхимиками свойства выражали отношения тел к огню. Такими свойствами были: горючесть у которая олицетворяла собой главным образом химические изменения в телах, вызываемые огнем, и летучесть, с которой связывалось представление преимущественно об их физических изменениях под влиянием того же огня. Оба эти свойства были превращены алхимиками в некоторые самостоятельные субстанции, под которыми понимались не реальные вещества, а некоторые отвлеченные «философские принципы». «Само собой разумеется,— писал по этому поводу в XIX в. Ю. Либих,— что химические элементы не могли быть получены в отдельном виде, потому что обозначали только свойства. Никто и не думал получить их» 5.

 

По мнению алхимиков, эти «субстанции», будучи началами всех тел, вечны и неизменны. В соответствии с подобными взглядами на вещество как на сумму овеществленных свойств, идея сохранения материи приняла у алхимиков форму идеи сохранения свойств как вечных и неизменных начал всех тел. Например, считалось, что свойство горючести — «сера», или «сульфур»,— неразрушимо и несотворимо; где бы оно ни присутствовало, оно всегда сообщает телу способность гореть.

 

Уже в таком виде учение о сохранении материи начало обнаруживать в себе идею сохранения качества вещества, хотя здесь это качество выступает еще весьма поверхностно как отдельное свойство тела.

 

С развитием химического производства и лабораторных приемов, особенно начиная с эпохи Возрождения, взгляды алхимиков стали все чаще опровергаться практикой. Последняя показывала, что свойства тел не абсолютны, а относительны, что их проявления зависят от условий опыта, что говорить об их безусловной сохраняемости нельзя.

 

К этому времени химия достигла уже ступени качественных исследований. Химики перестали удовлетворяться описанием отдельных свойств. Они начали раскрывать более глубокую, качественную определенность веществ как общую основу их свойств.

 

У Бойля можно найти взгляд на качество как на специфическую для данного тела и неотъемлемую от него определенность. Существует лишь одна материя; ее части могут отличаться друг от друга только определенными качествами; от них тело получает свое название. Бойль указывает, что, потеряв эти качества, тело хоть и не перестает быть телом вообще, но уже не является данным определенным телом.

 

Основной задачей химиков на данном этапе стало изучение химического состава вещества с качественной стороны. Следовало выяснить, из каких конкретных веществ (ингредиентов) состоят тела, например различные соли, какие общие составные части они содержат и т. д. Это достигалось посредством качественного химического анализа.

 

В соответствии с более высокой ступенью изучения вещества закон сохранения материи стал рассматриваться как закон сохранения качественно определенного химического вида вещества. Средневековые перипатетики, последователи Аристотеля, утверждали, что в смеси элементы разрушаются, так что в сложном теле нет ни одной частицы, которую можно было бы назвать огнем, воздухом, водой или землей. Малое тело может приобрести одинаковые свойства с большим, будучи добавлено к нему. Бойль критикует мнение Аристотеля, согласно которому «движение сложного тела определяется природой преобладающего в нем элемента». На основании такого мнения делался вывод, что, например, вино, добавленное в бочку с водой, превращается в воду.

 

Против такого взгляда, в корне противоречащего всей практике быстро развивающихся химических производств (красильного дела, металлургии, производства алкоголя), выступали химики-практики эпохи Возрождения. Они доказывали, что в химических соединениях, которые назывались тогда «смесями», имеется только расположение по смежности телец, отделимых друг от друга, так что вещества, вошедшие в соединение, продолжают существовать во вновь образованном теле в первоначальном виде, целиком сохраняя свою природу.

 

В сочинениях, относящихся к XIII—XIV вв., говорится, что «природа элементов подчинена известным законам, согласно которым ни один вид не может перейти в другой». Практически это доказывалось тем, что из любого соединения данного металла можно выделить обратно тот исходный металл, который имелся первоначально до его химического превращения. Так, было хорошо известно, что свинец как химический вид сохраняется в его «известях», откуда он может быть снова получен в свободном состоянии. Ртуть сохраняет свою природу, будучи превращена путем нагревания на воздухе в красную окалину; из этой последней можно снова выделить первоначальную «живую ртуть».

 

В XV в. Томас Нортэн утверждал, что состав металлов даже если они растворены в едких жидкостях (т. е. в кислотах), остается неизменным. Позднее, в XVII в., Ван-Гельмонт доказывал это положение тем, что железо, опущенное в раствор медного купороса, покрывается слоем металлической меди, которая в замаскированном виде, сохраняя свою природу, существовала в купоросе.

 

Бойль указывал, что ртуть как определенный химический вид вещества сохраняется и во всех своих соединениях, таких, как различные амальгамы, соединения с крепкой водкой (азотной кислотой) и купоросным маслом (серной кислотой), и др. «Из всех этих особых соединений мы можем возродить точно ту же самую жидкую ртуть, которая входила в них главным ингредиентом и была в них замаскирована»6.

 

Если бы вещества не сохраняли своих форм в смесях, их нельзя было бы выделить, писал Бойль, выступая против перипатетиков. Утверждать, что элементы сохраняют в сложном теле свою материю, но не форму,— значит утверждать, что они не сохраняются вовсе.

 

Это положение явилось теоретическим обоснованием качественного химического анализа. Наиболее полно развили идею сохранения химического вида вещества химики-флогистикн. «Каждое из начал или каждая из составных частей сохраняет свою истинную природу и свои свойства,— писал Бехер.— Поэтому смешанные (сложные) частицы могут быть снова разложены на свои составные части» 7. Такого же взгляда придерживался и основатель флогистонной теории Сталь.

 

Однако один качественный подход сам по себе не давал возможности правильно определить реальные составные части сложных веществ, ибо одних только качественных признаков было недостаточно, чтобы судить о том, является ли данное вещество химически простым или сложным.

 

В поисках более точного критерия химики стали прибегать к методу количественных исследований. Такой метод позволял изучать наиболее общие свойства тел; эти свойства можно было измерять и сравнивать между собой независимо от того, каковы качественные особенности сравниваемых тел. Таким свойством служил объем тел и, в еще большей степени, их вес. Самые различные вещи можно было сравнивать по признаку того, сколько они весят или какой объем они занимают.

 

Основной задачей химиков на новом этапе развития науки было исследование химического состава вещества с количественной стороны. Следовало выяснить не только, из каких составных частей состоит сложное тело, но и сколько каждой из этих частей в нем содержится. Эту задачу выполнил количественный метод химического анализа.

 

Развитие количественных исследований стимулировалось самой практикой; ею же проверялись достигнутые результаты. Например, зародившееся еще в древности пробирное искусство являлось количественным анализом руд и сплавов на содержание определенных металлов — золота, серебра, свинца и др. Сугубо практические вопросы — чеканка монет и борьба с их подделкой — требовали уменья производить достаточно точный количественный анализ сплавов.

 

То же требовалось в горном деле и металлургии, где надо было точно знать, насколько богаты руды тем или иным металлом. В своем сочинении по металлургии (XVI в.) Агрикола писал, что путем пробирного исследования металлурги устанавливают, имеются ли в данной руде металлы или нет (т. е. проводят сначала качественный анализ руды); затем, если окажется, что руда содержит один или несколько металлов, устанавливают, много или мало их в ней (количественный анализ). Агрикола подчеркивает, что пробирование вызвано непосредственно практическими интересами. «Если только пробирование не выполнено как можно более тщательно еще до того, как руда будет плавиться на металлы, то ее разработка может принести убыток владельцу» 8,— предостерегает он.

 

Однако до середины XVIII в. количественные исследования в химии не занимали еще ведущего места; как правило, они применялись только от случая к случаю. В середине XVIII в. взгляды химиков круто изменились. Предшествующая разработка качественной стороны химических явлений позволила приступить к систематическому раскрытию количественной определенности вещества. В соответствии с этим формулировка закона сохранения вещества только как сохранения химического вида стала недостаточной. На первое место был выдвинут вопрос о сохранении количества вещества.

 

Разделяя общие взгляды Ньютона на материю как на инертную массу, химики второй половины XVIII в. стали рассматривать массу, а следовательно, и вес вещества как его количественное определение. В связи с этим закон сохранения материи принимает в химии форму закона сохранения массы или веса реагирующих веществ.

 

Взгляд этот также не был абсолютно новым; в скрытом виде, неосознанно, он и прежде проводился химиками, применявшими весы при исследовании состава веществ, ибо закон сохранения веса являлся необходимой предпосылкой количественного весового анализа. Современник Агриколы Бирингуччо высказывал мысль о сохранении не только качества, но и количества вещества. В 4-й книге своего труда «Pyrotechnia» он писал о царской водке, которая употреблялась для отделения золота от серебра: «Кислота эта так любезна, что в любое время возвращает нам серебро в прежнем же виде без всяких потерь, даже когда она поглотила и разрушила его прежнюю сущность» 9.

 

В XVII в. Ван-Гельмонт, а вслед за ним Бойль ставили опыт с выращиванием растения: они взвешивали землю до и после опыта с тем, чтобы выяснить, образуется ли растение из вещества земли или нет. Бойль нашел, что выращенная из семени тыква весила 3 фунта без четверти, тогда как земля «почти не убавилась в весе». Отсюда он сделал вывод, что количество земли сохранилось неизменным. Бойль ссылается также на опыт Гастона Клавеуса: золото в течение двух месяцев лежало в стеклоплавильной печи и, не уменьшив своего веса, сохранилось неизменным. Для Бойля само собой разумеется, что если сохранился вес вещества, то это означает, что в нем ничего не убавилось и но прибавилось. Если же вес уменьшался, то это показывало, что часть вещества куда-то утекала. Бойль выясняет тогда, нет ли в сосуде каких-либо пор, не происходит ли испарение и т. д. Но он не допускает даже мысли, что уменьшение или увеличение леса может происходить само собой, такое изменение веса было бы равносильно уничтожению вещества или же созданию его из ничего.

 

Позднее такого же взгляда придерживается флогистик Сталь. Он возражает химику Кункелю, когда тот утверждает, будто из одного фунта селитры удалось получить один фунт азотной кислоты. Сталь указывает, что после отгонки паров азотной кислоты остается еще стойкая щелочь, а потому вес полученной кислоты никак не может быть равным весу исходной селитры, а должен быть меньше его.

 

Однако поскольку количественный метод исследования нс стал еще главным в химии, приведенные взгляды оставались лишь зародышами закона сохранения массы вещества. В середине XVIII в. весы приобрели уже всеобщее значение как химический прибор и отодвинули чисто качественные приемы на второй план.

 

В классических «Опытах с белой магнезией, негашеной известью и другими щелочными веществами», относящихся к 1754—1755 гг., Блэк применил весовой анализ как систематический прием химического исследования. Он установил, что при прокаливании 120 гран мела (углекислого кальция) из них получается 68 гран едкой (негашеной) извести. По разности Блэк заключил, что количество выделившегося (углекислого) газа, или, как его тогда называли, «дикого воздуха», равно 52 гранам. Отсюда составлялось следующее соотношение:

 

120 гран мела = 68 гран извести + 52 грана газа.

 

Этот расчет был возможен лишь при условии, что Блэк сделал молчаливое допущение о сохранении суммарного веса реагирующих веществ во время реакции. Все позднейшие работы — Кавендиша, Пристли и других флогисти-ков — целиком опирались па то же молчаливое допущение. Однако ясного понимания того, что здесь имеется не простое эмпирическое допущение, а общий закон химии, у флогистиков еще не было. В отличие от них Ломоносов первый понял, что лежащее в основе количественных исследований вещества допущение является выражением закона сохранения материи как общего закона природы.

 

Положение о сохранении вещества и его веса Лавуазье вначале принял за самоочевидный факт и, так же как другие химики, начиная с 1770 г., молчаливо применял его в химических исследованиях. Только значительно позднее он поднял это положение до уровня общего закона, как это сделал на несколько десятилетий раньше Ломоносов.

 

Лавуазье обобщил опыты Блэка и других флогистиков; он ввел понятие об уравнении химической реакции, в котором конкретно выражен закон сохранения веса вещества. «Можно,— говорил Лавуазье,— вещества, взятые и полученные, включить в одно алгебраическое уравнение, которое даст возможность вычислить какой-либо из членов, остающийся неизвестным» 10.

 

В соответствии с достигнутой химией ступенью развития было уточнено и понятие «химический элемент». На место качественного критерия при разложении вещества на составные части Лавуазье поставил критерий уменьшения веса. Если в процессе реакции получаются вещества с меньшим весом, то это показывает, что происходит химическое разложение сложного вещества на составные части. Например, при разложении окиси ртути на ртуть и кислород каждое полученное вещество в отдельности весит меньше, чем исходная окись. С помощью этого критерия Лавуазье доказал, что те вещества, которые флогистики принимали за элементарные (окиси металлов, вода и др.), в действительности обладают сложным химическим составом, тогда как вещества, считавшиеся до того времени сложными (металлы, углерод, сера и т. д.), являются подлинными химическими элементами. Понятие химический элемент было приведено, таким образом, в соответствие с действительностью.

 

Работами Лавуазье не завершилось развитие представлений о законе сохранения вещества. Уже в конце XVIII в. обнаружилась недостаточность чисто количественного подхода к изучению химического состава вещества, при котором качественное исследование отодвигалось на задний план, а иногда игнорировалось вовсе. Все резче обнаруживалась глубокая связь между обеими сторонами изучаемого вещества, между его качественной стороной, представленной индивидуальными химическими свойствами веществ, и количественной стороной, заключенной в их весе. Уже в понятии эквивалентного, или паевого, веса выступила связь обеих сторон. Но их подлинное единство было раскрыто впервые Дж. Дальтоном, который в 1803 г. открыл основные законы химической атомистики. У Дальтона в понятии атома, выражаясь отвлеченно, соединились качественная и количественная определенность вещества. Во-первых, атом является носителем всех качественно специфических свойств данного элемента, будучи его частицей. «...Все атомы одного рода... должны обязательно рассматриваться как одинаковые между собой по форме, весу и всем другим особенностям»и,—говорит Дальтон. Во-вторых, атом представляет предел количественного уменьшения элемента, будучи его мельчайшей частицей. По Дальтону, нельзя представить себе воду, обладающую весом своей мельчайшей частицы («атома», по терминологии Дальтона) меньшим 8, а кислород — меньшим 7 атомных единиц, т. е. единиц атомного веса водорода (данные того времени).

 

В атоме у Дальтона количественная определенность вещества и его качественная определенность не находятся во внешнем соотношении друг с другом, как это по преимуществу наблюдалось в химии предшествующего периода. Напротив, в атоме химическая природа вещества (качество) и его масса (количество) неразрывно слиты воедино, образуя этим своим единством меру химического элемента. Благодаря этому химики получили возможность проникать в сущность химических превращений.

 

Вводя понятие атомного веса как специфического свойства каждого элемента, Дальтон практически опроверг положение о независимости качественной и количественной сторон вещества и доказал, что атомный вес есть такое количество, которое всегда и неразрывно связано с определенным качеством.

 

В соответствии с новой ступенью в развитии химии закон сохранения вещества Дальтон сформулировал как закон несозидаемости и неразрушимости химических атомов. Это явилось теоретическим обобщением обеих предшествующих формулировок: сохранение атомов одновременно означало и сохранение химического вида вещества и сохранение массы вещества, поскольку атомный вес считался неизменным. «Химический анализ и синтез,— говорит Дальтон,— идут не далее, чем до отделения частиц друг от друга и их воссоединения. Никакое новое создание или разрушение материи не может быть достигнуто химическим действием. Мы могли бы с тем же успехом попытаться ввести в солнечную систему новую планету или уничтожить одну из уже существующих, как и создать или уничтожить частицу водорода» 12.

 

До Дальтона химики сужали основной закон химии до простого утверждения неразрушимости и несозидаемости вещества, рассматривая этот закон как узко отрицательное определение. Теперь эти взгляды были расширены Дальтоном, который показал, как можно объяснять химические процессы с помощью представлений о диссоциации и соединении атомов. Тем самым основной закон химии был: поднят до уровня положительного учения о превращении вещества. Все бесконечное многообразие химических превращений выступило в атомистике Дальтона как единая цепь переходов от одного сочетания атомов к другому. В процессе этих переходов вещество меняет свою химическую форму, например, переходя от кислорода и водорода к воде, от воды и трехокиси серы к серной кислоте и т. д., претерпевая качественные превращения; в то же время оно сохраняется количественно, поскольку число и вес атомов остается постоянным.

 

Напомним, что Энгельс писал по поводу сохранения энергии: «Количественное постоянство движения было высказано уже Декартом... Зато превращение формы движения открыто только в 1842 г., и это, а не закон количественного постоянства, есть новое» 13. Аналогичное положение создалось в химии:         количественное постоянство-

 

материи было высказано задолго до Лавуазье и Дальтона; новым же было то, что атомистика Дальтона конкретно объяснила общий ход превращения химических форм вещества.

 

Параллель между открытием законов сохранения и превращения энергии, с одной стороны, и вещества, с другой,, действительно, имеет глубокую основу. Понятие «атом» в отношении вещества сыграло с познавательной и логической точки зрения роль, аналогичную той, какую сыграло понятие «энергия» в отношении движения. Если энергия явилась мерой превращения одной формы движения в другую, то дальтоновский атом в такой же мере явился мерой превращения вещества из одной его химической формы, т. е. формы химического соединения, в другую.

 

Чрезвычайно интересно проследить как позднее, в химии XIX в., шло развитие мысли о сохранении количества и качества (вида) вещества. «История же науки, касающейся вещества, то есть химии,— писал Менделеев,— приводит — волей или неволей — к требованию признания не только вечности массы вещества, но и к вечности химических элементов. Поэтому невольно зарождается мысль о том, что между массою и химическими особенностями элементов необходимо должна быть связь, а так как масса вещества... выражается окончательно в виде атомов, то надо искать функционального соответствия между индивидуальными свойствами элементов и их атомными весами» 14. Так у Менделеева развитие закона сохранения вещества в химии привело к поискам, а затем и к открытию периодического закона химических элементов.

 

В свою очередь, периодический закон оказал обратное влияние на дальнейшее развитие идеи сохранения вещества. Это особенно ясно видно в статье «Периодическая законность химических элементов», о которой сам Менделеев выразился так: «Это лучший свод моих взглядов и соображений о периодичности элементов и оригинал, по которому писалось потом так много про эту систему» 15.

 

В этой статье говорится: «Соглашаясь даже с тем, что материя элементов совершенно однородна, нет повода думать, что п весовых частей одного элемента или п его атомов, давши один атом другого тела, дадут п же весовых частей, то есть, что атом второго элемента будет весить ровно в п раз более, чем атом первого. Закон постоянства веса я считаю только частным случаем закона постоянства сил или движений. Вес зависит, конечно, от особого рода движения материй, и нет никакого повода отрицать возможность превращения этого движения в химическую энергию или какой-либо другой вид движения, когда образуются атомы элементов. Два явления, ныне наблюдаемые: постоянство веса и неразлагаемость элементов — стоят поныне в тесной, даже исторической связи...» 16.

 

На основании сказанного Менделеев, рассуждая строго логически, приходит к выводу, предвосхитившему иа треть века позднейшее развитие естествознания. Ход мысли у Менделеева такой: 1) до сих пор наблюдалось постоянство элементов в количественном и качественном отношении (сохранение их массы и сохранение их вида в смысле их неразложимости); 2) между обеими сторонами элементов имеется внутренняя связь, доказанная периодическим законом; 3) отсюда следует, что в случае, если будет доказана разложимость или превращаемость элементов (т. е. отсутствие постоянства их вида — их качества), то одновременно должна быть обнаружена изменчивость их атомных весов (т. е. отсутствие постоянства их массы — их количества). И далее свой замечательный вывод Менделеев сформулировал так: «...Если разложится известный или образуется новый элемент... нельзя отрицать, что не образуется или не уменьшится вес» 17.

 

Значение этого предвидения стало ясным лишь в XX в. Оно полностью подтвердилось современной ядерной физикой.

 

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (24.01.2019)
Просмотров: 91 | Рейтинг: 0.0/0