Понятие химического элемента и его история

Соответственно тому, какой ступени достигали в своем развитии представления о сохранении материи (вещества), формировалось и понятие элемента. В древности оно, естественно, носило натурфилософский, совершенно отвлеченный, не конкретный характер. В средние века у алхимиков оно отождествлялось с представлением об отдельных свойствах тел — физических («ртуть») и химических («сера»). Позднее сюда были добавлены такие физико-химические свойства, как растворимость («соль»).

 

Бойль (1661) вводит представление о химическом элементе как пределе химического разложения вещества. В связи с этим под элементом понимается качественно определенный вид материи.

 

Однако, будучи сторонником механистического мировоззрения, Бойль отрицал вообще объективность качественных различий, в том числе и между элементами, и нацело сводил их только к величине, форме и группировке бескачественных, первичных корпускул.

 

Опираясь на обоснованный Бойлем качественный метод химического исследования, но отвергая механицизм Бойля, позднейшие химики-флогистики уточнили понятие химического начала, или элемента. В противоположность Бойлю, его современник Бехер признавал, что мельчайшие частицы химических элементов, т. е. атомы, различаются соответственно по качественному различию между самими элементами. У одного и того же элемента они совершенно одинаковы. «Если бы в природе не существовало этого истинного, основного различия видов, то элементы одного вида превращались бы в элементы другого вида, например, горючие основные частицы в стекловидные и обратно, что противоречит всему нашему опыту>>18.

 

В этих словах Бехера высказана идея качественной атомистики в отличие от бескачественной, абстрактной атомистики, которая у древних выступала в ее натурфилософской форме, а у Бойля — в механической форме.

 

Однако, пользуясь одним лишь качественным химическим анализом, химики не могли решить вопроса о том, какие вещества являются химически элементарными, а какие — представляют собой химические соединения. Тысячелетняя традиция — считать, что огонь разлагает тела, не •была отвергнута, несмотря на критику со стороны Бойля. Поэтому в течение первых трех четвертей XVIII в. хими-ки-флогистики принимали все тела, способные гореть или ржаветь, за химически сложные, содержащие в своем составе мифический флогистон. Напротив, продукты горения и ржавления считались химическими элементами, так как предполагалось, что они образуются в результате разложения химически сложных веществ, из которых уходит флогистон.

 

Вот почему все металлы, а также углерод и сера, считались химическими соединениями, а ржавчины и окалины металлов (их «земли»), равно как сернистый газ и углекислый газ,— химическими элементами.

 

Применение количественных методов химического анализа, особенно весового метода, дало возможность привести понятие химического элемента в соответствие с реальными химическими элементами. Теперь можно было безошибочно определять, какие вещества являются химически более сложными (соединениями), а какие — более простыми, в частности химическими элементами. В качестве последних выступили такие вещества, вес которых не может быть уменьшен никакими средствами воздействия на них.

 

Такие представления о химических элементах развил Лавуазье.

 

Как уже говорилось, в понятиях атома и атомного веса раскрылась мера химического элемента, т. е. единство его качественной и количественной определенности. Если раньше, до начала XIX в., элементы определялись очень узко и только с отрицательной стороны, как вещество химически неразлагаемое и непревращаемое, то в атомистике Дальтона они стали определяться более широко, а главное, с положительной стороны, как определенный вид атомов. Соответственно этому наряду с прежним эмпирико-аналитическим определением химического элемента, идущим от Бойля и Лавуазье, возникло новое, более глубокое теоретико-синтетическое его определение, базирующееся на атомистике Дальтона.

 

Эту атомистику усиленно разрабатывали химики XIX в. Однако разрабатывали они ее попервоначалу сугубо односторонне: свое главное внимание они направили на преимущественное изучение количественной стороны отношений и свойств химических элементов, и в первую очередь их атомных весов. Другая же их сторона, причем не менее важная, качественная, оказалась в тени. Поэтому химикам долгое время не удавалось правильно раскрыть единство и связь обеих сторон у химических элементов, а без этого невозможно было отыскать внутреннюю связь между самими элементами и построить их естественную классификацию. Вот почему все попытки установить единую систему элементов в течение двух первых третей XIX в. оставались безуспешными. Только Менделееву впервые удалось решить эту важнейшую для химии и всего естествознания задачу; логической предпосылкой решения послужил правильный взгляд Менделеева на соотношение качественной и количественной сторон у химических элементов.

 

В 3-м издании «Основ химии» (1877) Менделеев писал: «Знания, относящиеся к количественной стороне химических превращений, далеко опередили изучение качественных отношений. Связь этих двух сторон, по моему мнению, составит нить, долженствующую вывести химиков из лабиринта современного, уже значительного, но отчасти одностороннего запаса данных. Такая связь лежит в основе той системы элементов, которой подчинено все мое изложение» 19. А в такой естественной системе «нельзя отдавать предпочтения количественному сходству перед качественным» 20.

 

Позднее Менделеев разъяснил тот логический путь, каким пришел он к своему открытию. «Когда думаешь о веществе,— писал он,— помимо всякого представления о материальных атомах, нельзя, для меня, избежать двух вопросов: сколько и какого дано вещества, чему и соответствуют понятия: массы и химизма» 21.

 

Следовательно, поиски связи между качественной стороной элементов (какого вещества?) и их количественной стороной (сколько вещества?) непосредственно вели к раскрытию связи между массой и химизмом элементов, которая составила основу периодического закона.

 

Возникает вопрос: какова была конкретная форма связи качественной и количественной сторон у элементов, отраженная в системе Менделеева? Дальтон раскрыл соотношение обеих сторон у отдельно взятых элементов в виде установления меры для каждого из них в отдельности; Менделеев же привел в закономерную связь все эти отдельные меры; периодическая система выступила как узловая линия отношений меры элементов, взятых уже не изолированно, а в их связи между собою.

 

Любая узловая линия отношений меры показывает, что чисто количественные изменения вызывают в определенных узловых точках качественный скачок. Следовательно, искомая форма связи между обеими сторонами элементов выступила как переход количественных изменений в качественные изменения у элементов, как переход от одного элемента к другому по мере возрастания атомного веса. В этом, по существу, диалектическом характере связи между качеством и количеством у элементов Менделеев видел смысл открытого им закона. В своем Фарадеевском чтении (1889) он говорил: «Периоды элементов носят, таким образом, иной характер, чем привычные периоды, геометрами столь просто выражаемые. Это точки, числа, это скачки массы, а не ее непрерывные эволюции... Периодический закон явно показал, что масса атомов растет не непрерывно, а скачками, явно или прямо связанными с теми скачками, которые Дальтон открыл законом кратных отношений, ибо периоды элементов выражены переходом от RX к RX2, RX3, RX4 и так далее до RXS, где истощается энергия связующих сил и откуда опять начинается вновь RX, RX2, и т. д.» 22

 

Своим открытием Менделеев фактически доказал, что закон перехода количественных изменений в качественные «имеет силу не только для сложных тел, но и для самих химических элементов» (Энгельс). Благодаря этому диалектика вступила в ту область познания природы, где дольше всего сохраняли свои позиции метафизические категории вечных, неизменных, неразложимых элементов.

 

В связи с открытием периодической системы, выразившей узловую линию отношений меры для элементов, самое понятие «химический элемент» получило новую интерпретацию. Когда установлен закономерный ряд предметов, то познание каждого отдельного предмета или члена ряда сводится прежде всего к указанию его места в общем ряду23.

 

Специально по отношению к химическому элементу применимо то, что отметил Энгельс в отношении органической химии, указав, что значение какого-либо вещества не зависит от его состава, а обусловлено его положением в ряду, к которому оно принадлежит24.

 

В полном соответствии с этим общим положением Менделеев писал: «Каждый элемент по периодической системе имеет место, определяемое группою (означаем римскою цифрою) и рядом (цифра арабская), в которых находится. Они указывают величину атомного веса, аналогию, свойства и форму высшего окисла, водородного и др. соединений, словом — главные количественные и качественные признаки элемента...»

 

Но если определены главные признаки элемента, то, значит, определен и сам элемент. Поэтому приведенное положение Менделеева с полным правом можно рассматривать как принципиально новое определение понятия «химический элемент», построенное на основе периодической системы. Развитие химии и физики в XX в. блестяще подтвердило справедливость этого менделеевского определения.

 

На примере истории понятия «химический элемент», как и закона сохранения вещества, конкретно подтверждается положение диалектической логики, касающееся ступеней, которые проходит человеческая мысль в общем ходе своего развития. Изучение химических элементов двигалось в полном соответствии с общим ходом человеческой мысли. Начиная с наивных представлений о превращении вещества (древняя натурфилософия), оно направлялось сначала к выделению отдельных свойств (алхимия), затем к развитию представлений о качественной и количественной определенности вещества (флогистонная и кислородная теории) и далее к раскрытию внутреннего строения вещества на основе установления связи между качественной и количественной сторонами у элементов (химическая атомистика, периодический закон).

 

Каждая из этих ступеней познания, будучи резюмирована в понятии элемента, соответствовала определенной исторической ступени, которую проходит человеческая мысль в процессе своего развития. На каждой ступени познания конкретная формулировка основного понятия химии многократно проверялась практикой лабораторного эксперимента и химического производства. Через эту проверку химики приближаются в изучении химических элементов к все более полному познанию истины.

 

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (24.01.2019)
Просмотров: 168 | Рейтинг: 0.0/0