Негосударственное образовательное частное учреждение
высшего профессионального образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ И ПРАВА
Факультет экономики
Реферат
по дисциплине «Концепция современного естествознания»
по теме«Возникновение науки химии»
Выполнил: студент I курса
Очно-заочного отделения
Федорчук М. И.
Проверил:
Огай В.Н.
Санкт – Петербург
2008-2009 уч.год
Содержание
1. Введение………………………………………………………………………..3
2. Химические элементы древности…………………………………………….4
3. Тайны «трансмутации».……………………………………………………….6
4. От алхимии к научной химии………………………………………………..12
5. Революция в химии…………………………………………………………...14
6. Победа атомно-молекулярного учения……………………………………...16
7. Заключение………………………………………………………………….…21
8. Список литературы…………………………………………………………....21
Введение
С незапамятных времён человек, сталкиваясь с различными явлениями природы, накапливая сведения о них и об окружающих его предметах, всё чаще использовал их себе на благо. Человек заметил, что под действием огня одни вещества (и сам жизнь) исчезают, а другие изменяют свои свойства. Например, обожженная сырая глина приобретает прочность. Человек применил это в своей практике, и родилось гончарное дело. Из руд научились выплавлять металлы, а сплавляя металлы — получать различные сплавы; так появилась металлургия.
Используя свои наблюдения и знания, человек научился создавать, и, создавая, познавал. Науки рождались и развивались параллельно с ремёслами и производствами.
Превращения веществ под действием огня были первыми химическими реакциями, осуществлёнными человеком. По образному выражению советского историка Н. А. Фигуровского, костёр был своеобразной химической лабораторией.
Химические элементы древности
Некоторые металлы — золото, свинец, медь, железо — были известны людям ещё при первобытно-общинном строе. Вначале эти металлы шли на изготовление украшений, и только позднее, примерно в конце каменного века (4-5 тыс. лет до н. э. ), из металлов стали делать орудия труда и оружие. Постепенно из различных ремёсел стали возникать производства. Так уже во времена рабовладельческого строя (4 тыс. лет до н. э. -5в. н. э. ) существовали металлургия, крашение, изготовлялась керамика и т. д. С развитием этих производств значительно обогатились знания о веществах, их свойствах и превращениях.
Уже за несколько тысяч лет до нашей эры в Древнем Египте умели выплавлять и использовать золото, медь, серебро, олово, свинец и ртуть. В стране священного Нила развивалось производство керамики и глазурей, стекла и фаянса. Использовали древние египтяне и различные краски: минеральные (охра, сурик, белила) и органические (индиго, пурпур, ализарин). Недаром знаменитый французский химик Мю Бертло считал, что само название науки химия произошло от древнеегипетского слова хемы: так называли людей, населяющих “чёрные земли” (Египет), где были развиты ремёсла. Однако греческий алхимик Зосима(III-IVвв. н. э. ) объяснил происхождения этого слова иначе: он считал химией искусство делать серебро и золото (химия — искусство плавки металлов). Известны и другие толкования. До сих пор у учёных нет единого мнения на этот счёт.
Химические ремёсла были развиты в 4-2 тысячелетии до н. э. И в странах Междуречья на Ближнем Востоке (долины рек Тигра и Евфрата). В те времена народы, населявшие Междуречье, знали металлы (из свинца, например, отливали статуэтки, культовые фигурки), широко использовали минеральные и органические красители, умели изготовлять глазури, фаянс и т. д.
Учёные-философы Древней Греции (VII-Vвв. до н. э. ) пытались объяснить, каким образом осуществляются различные превращения, из чего и как произошли все вещества. Так возникло учение о началах, стихиях(от стихия — основа), или элементах(от латинского elementum-первооснова, первоначало), как их стали называть позже.
Фалес Милетский считал, что мир — это единое целое, а всё, что происходит в природе, есть результат уплотнения или разряжения единой первоматерии, единого первоначала — воды. Анаксимен Милетский признавал первичной материей воздух, при охлаждении и сгущении которого образуется вода, а из неё затем при последующем уплотнении и охлаждении возникает земля. Философ Ксенофан учил, что первичными началами являются вода и земля; материя не уничтожается и не возникает, мир существует вечно.
В 544-483 гг. до н. э. В городе Эфесе жил знаменитый философ Гераклит, который считал, что все «телам» природы присуще вечное движение. Естественно, что первоматерией при этом он признавал самое подвижное и изменчивое начало — огонь. Мир, по мнению Гераклита, не создан ни богами, ни людьми, «был, есть и будет вечно живым огнём», который закономерно воспламеняется и так же закономерно угасает.
Другой древнегреческий философ, Эмпедокл, наблюдая горение дерева, отмечал, что сначала образуется дым (воздух затем пламя (огонь) и в конце концов остаётся зола (земля). Если около пламени будет находится холодная поверхность, то на ней осаждаются пары воды. Таким образом, горение есть разложение горящего вещества на четыре элемента: воздух, огонь, воду и землю. На основании такого вывода Эмпедокл первый создал учение о четырёх началах («корнях») природы: «Сначала выслушай, что четыре корн всего), существующего – Огонь, и Вода, и Земля, и безграничная высь Эфира... Из них всё, что было, и всё то, что будет». Эти «начала» вечны и неизменны.
Анаксагор из города Клазомена в Малой Азии первым высказал предположение, что все вещества состоят из бесчисленного количества первичных начал материи — «семян вещей». Материи свойственны противоположные качества: свет и тьма, теплота и холод, сухость и влажность. Только совокупность этих качеств, взятая в различных соотношениях, обуславливает образования таких начал, как земля и эфир.
Здесь необходимо отметить, что тогда же, наряду с учением о «стихиях», развивались и другие представления о строении материи — атомистические. Ярчайшей фигурой древней Греции и всего античного мира был Аристотель (384-322 гг. до н. э.). Он как и Эмпедокл, признавал, что в мире существуют четыре основных «начала» — «стихии» (они же «элементы», иногда «принципы» или «первичная материя»). Под стихиями Аристотель понимал «предельные части», на которые разлагаются все тела. Эти части не делятся дальше и отличаются друг от друга «по виду». К стихиям он относил воду, землю, огонь и воздух; каждая из стихий бала носителем двух свойств из четырёх – влажности и сухости, тепла и холода: воздух тёплый и влажный, огонь сухой и тёплый, земля сухая и холодная, вода холодная и влажная.
Помимо этих четырёх элементов Аристотель ввёл пятый, который назвал «сущность». В средние века алхимики стали именовать этот элемент «квинтэссенцией»(от латинского quintaessentia- пятая сущность), «философским камнем», «эликсиром жизни», «великим магистерием», «красной тинктурой», «универсалом», «медикаментом». Таинственному пятому элементу приписывали сверхъестественные свойства.
Учения Аристотеля о взаимном превращении элементов и о пятой сущности легло впоследствии в основу представлений о трансмутации, в том числе и о получении золота из неблагородных металлов. И первыми стали применять учение Аристотеля алхимики.
Тайны «трансмутации»
В 321 г. До н. э. в дельте Нила был заложен новый город — Александрия, названный так в честь завоевателя Александра Македонского. Имея выгодное географическое положение, город стал одним из крупнейших торговых и ремесленных центров. Там была основана первая в истории академия- специальное учреждение, где занимались различными исследованиями и обучали известным в то время наукам.
До завоевание Египта жрецы, знавшие химические операции (получение сплавов, амальгамирование, имитация драгоценных металлов, выделение красок и т. д. ), держали их в глубочайшей тайне и передавали только избранным ученикам, а сами операции проводили в храмах, сопровождая их пышными мистическими церемониями. После покорения этой страны многие тайны жрецов стали известны древнегреческим учёным, которые считали, что имитация драгоценных металлов есть настоящее «превращение» одних веществ в другие, соответствующее законам природы. Словом, в эллинистическом Египте произошло соединение представлений античных философов и традиционной обрядности жрецов — то, что впоследствии было названо — алхимией.
Около 640 г. н. э. Египет захватили арабы, а уже в начале VIIIв. их власть установилась на огромной территории – от Гибралтара до Индии. Научно-практические знания и культура, усвоенные арабами в покорённых странах (и особенно в Египте), к XIIв. достигли Европы. В этом большую роль сыграла торговля между государствами арабского Востока и европейскими странами. Химические знания, пришедшие в Европу от арабов, стали называть арабским словом «алхимия».
Что же это были за знания? Зачатки алхимических взглядов встречались у многих народов. В Iв. н. э. древнеримский врач и естествоиспытатель Диокорид написал первую химическую энциклопедию, в которой были изложены способы приготовления известковой воды, медного купороса, белил и некоторых других веществ. В Китае алхимией Вей Поян (IIв. ) описывает рецепт получения “пилюль бессмертия”. Ко Хун (281- 361) также даёт рецепты изготовления “пилюль долголетия” и искусственного золота. Поиски таких рецептов были распространены в эллинистическом Египте. От тех времён сохранилось два папируса, относящихся к IIIвеку, — «Лейденский папирус X» и «Стокгольмский папирус». В первом содержится около ста рецептов имитации золота, а во втором, кроме того, описывается подделка жемчуга и крашение пурпуром.
Греческий алхимик Зосима – автор многих научных сочинений, в том числе и алхимических («Имут», где говорится о происхождении алхимии;» О хорошем качестве и составе вод», где описывается получение живительной воды). Его считают одним из основателей алхимии.
Среди арабских алхимиков одним из виднейших был принц Калида ибн Казид (около 660-704), проведший большую часть жизни в Египте. Он приказал перевести на арабский язык все известные алхимические сочинения.
Но истинным «царём науки» арабы называли великого учёного Джабира ибн Гайяна (около 721-815), известного в Европе под именем Гебер. Знакомый с учениями древних, он стал последователем Аристотеля, взгляды которого на элементы-качества были переосмыслены арабами.
Гайян считал, что металлы состоят из двух основных частей (элементов): серы, являющейся носителем горючести и изменчивости, и ртути – «души» металлов, носителя металличности (блеска, твёрдости, плавкости), а основными химическими процессами являются горение и плавление. Самыми благородными металлами являются золото и серебро, в состав которых входят сера и ртуть в наичистейшим виде и в самой оптимальной пропорции. Разнообразие последних зависит от количественного соотношения серы и ртути и от примесей. Но в природе этот процесс соединения идёт очень медленно, и, чтобы ускорить его, надо добавить «медикамент» (особый препарат), тогда превращение займёт около 40 дней; если же использовать «эликсир», то весь процесс получения золота займёт всего 1 час!
Изучал Гайян и свойства, а также способы приготовления многих солей: купоросов, квасцов, селитры и других. Знал получение кислот: азотной, серной, уксусной. При проведении опытов прибегал к перегонке, обжигу, возгонке, кристаллизации. Он считал, что практика и опыты для алхимиков имеют первостепенную важность, без них успех невозможен. Труды Гайяна («Книга семидесяти», «Книга ядов», «Сумма совершенств», «Книга о печах») изучалось много веков.
Учеником прославленного Гебера считал себя крупнейший арабский алхимик Абу Бакр Мухаммед ибн Закарийа ар-Рази (865-925), автор «Книги тайн» и «Книги тайны тайн». Он первый провёл классификацию известных в то время веществ, разделив их на три класса: землистые (минеральные), растительные и животные.
Ар-Рази признавал трансмутацию неблагородных металлов в благородные, признавал элементы металлов – серу и ртуть, но, не ограничиваясь этим, ввёл дополнительный третий – элемент «соляной природы», являющийся носителем твёрдости и растворимости. Это учение о трёх элементах (сера, ртуть, соль) широко распространилось среди европейских алхимиков.
Восприняв представление античных атомистов ар-Рази применил их к учению Аристотеля, считая, что вещества состоят из неделимых элементов-частиц (атомов, по-современному) и пустоту; сами элементы вечны, неделимы и имеют определённые размер. Свойства же веществ зависят от размеров атомов и расстояний между ними (пустот). Так, земля и вода состоят из атомов больших размеров, а пустоты в них меньше, и поэтому они движутся вниз; огонь и воздух, наоборот, движутся вверх, так как их атомы меньше, а пустоты в них больше.
Как и Гайян, ар-Рази считал, что целью алхимии должно быть познание свойств веществ, освоение всевозможных операций над ними, изготовление различных аппаратов для осуществления этих операций. В этой практической, а не отвлеченно-мистической направленности как раз и выразилась специфика учения арабских алхимиков.
Идея превращения неблагородных металлов в благородные нашла много приверженцев в Западной Европе. И вот за толстыми стенами, в сырых подвалах, в уединённых кельях пытаются ускорить процесс «совершенствования» металлов. Неблагородные металлы расплавляют, смешивают друг с другом, окрашивают, закапывают в землю, но тщетно! Почему же не получается золото?
Возможно, этот процесс сверхъестественный? Над металлами произносятся заклинания; на полу, на стенах изображаются магические формулы... и опять неудача.
А может быть, вся суть заключается в пятом элементе –«квинта эссенции», получившем множество различных возвышенных и таинственных имён? Только он один мог превратить любой металл в золото, дать человеку вечную жизнь и молодость. Теперь усилия алхимиков сосредотачиваются на получении философского камня. Были созданы сотни зашифрованных рецептов, большинство из которых до сих пор не удалось разгадать, не говоря уже об экспериментальной проверке.
Шли годы… Алхимики продолжали свои поиски. Крупнейшим алхимиком средневековья можно назвать Альберта фон Больштедта (1193-1280). Обладая поразительной работоспособностью, жаждой знаний и будучи прекрасным оратором, он стал знаменитым среди своих современников, которые называли его «универсальным доктором», Альбертом Великим. Отказавшись в 1265 г. от епископства, фон Больштедт удалился в монастырь и посвятил оставшиеся годы жизни науке. Им было написано огромное число трактатов по различным отраслям знаний, в том числе и по алхимии-«Пять книг о металлах и минералах», «Книга об алхимии».
Альберт Великий полагал, что трансмутация металлов заключается в происходит вида и плотности. Изменение же свойств металлов происходит под действием мышьяка (окрашивает металлы в жёлтый цвет) и воды (сжимаясь и уплотняясь, она увеличивает плотность металлов). Описывая проведение алхимических операций, он приводит ряд правил, которым надо следовать в работе: хранить молчание, скрываться от глаз людских, соблюдать время и т. д.
В XVIв. особой популярностью пользовались сочинения Василия Валентина («могущественный царь»): «О тайной философии», «О великом камне древних мудрецов», «Триумфальная колесница антимония». Правда, все попытки установить подлинное имя автора не удались; видимо, под этим псевдонимом писал неизвестный алхимик, возможно, не один.
Признавая трансмутацию металлов и начала алхимиков, Василий Валентин особо подчеркивал, что алхимические элементы металлов не имеют ничего общего с реальными элементами того же названия:
«Все, писавшие о семенах металлов, согласны в том, что сера представляет мужское семя металлов, а ртуть- женское семя; но это нужно понимать разумом и не принимать за семена металлов обыкновенную серу и обыкновенную ртуть, потому что обыкновенная ртуть, будучи сама металлом, не может быть семенем металлов». Также не могут быть «семенем» металлов обыкновенная сера и соль. Последняя, по его мнению, характеризует способность металлов растворяться в кислотах.
В алхимических изысканиях Василия Валентина уже чувствует большая практическая направленность. Так, он первым упоминает о соляной кислоте («соляном спирте»), предлагает способ получения её из поваренной соли и железного купороса, описывает её действие на металлы и некоторые оксиды. Сурьме и её соединениям посвящено сочинение «Триумфальная колесница антимония».
Но не все средневековые учёные принимали основные теоретические положения алхимиков. И одним из таких учёных был Авиценна. Этим латинским именем называли знаменитого арабского философа и врача абу Али ал-Хусейна ибн Сину (980-1037), таджика по национальности, родившегося недалеко от Бухары. Он создал около 300 трудов, и некоторые из них («Медицинский канон», «Книга исцеления», «Книга знаний») пользуются известностью и в настоящие время. Им описана почти тысяча различных веществ, среди которых были металлы, Авиценна считал серу и ртуть, но отрицал возможность превращения одного металла в другой, поскольку полагал, что для этого нет путей.
Не верил в трансмутацию и алхимические начала величайший итальянский учёный и художник Леонардо да Винчи (1452-1519), поставивший своей целью «постичь происхождение многочисленных созданий природы». Он опирался на эксперимент, который он считал посредником «между искусной природой и родом человеческим» и который «должно производить многократно, чтобы какое-нибудь случайное обстоятельство не повлияло бы на его результаты».
Леонардо да Винчи признавал практическую алхимию, которая могла приносить пользу, но резко выступал против тех алхимиков, которые ставили своей целью получение золота. Он считал, что человек не может создавать простые вещества, а тем более превращать их одно в другое, да и ртуть не может быть общим «семенем» металлов, поскольку «природа разнообразит семена соответственно различию вещей».
В поисках условий для осуществления таинственной трансмутации алхимики разработали такие важные методы очистки веществ, как фильтрация, возгонка, дистилляция, кристаллизация. Для проведения экспериментов они создали специальные аппараты — водяную баню, перегонный куб, риторы, печи для нагревания колб; ими были открыты серная, соляная и азотная кислоты, многие соли, этиловый спирт, изучены многие реакции (взаимодействие металлов с серой, обжиг, окисление и т. д. ).
Но чтобы превратить алхимические учение в положения научной химии, необходимо было «очистить» его от мистических наслоений, поставить на подлинную экспериментальную основу, детально исследовать состав веществ. Начало этому сложному и длительному процессу положили иатро-химики (от иатрос– врач) и представители технической химии.
Развитие иатро-химии, металлургии, красильного дела, изготовление глазурей и т. д., усовершенствование химической аппаратуры – всё это способствовало тому, что эксперимент постепенно становится основным критерием истинности теоретических положений. Практика же, в свою очередь, не могла развиваться без теоретических представлений, которые должны были не только объяснить, но и предсказывать свойства веществ и условия проведения химических процессов. Учёные отказались от традиционных «начал» алхимиков и обратились к материалистическим представлениям древних о строении материи.
От алхимии к научной химии.
Новому пониманию предмета химического познания способствовало возрождение античного атомизма. Здесь важную роль сыграли труды французского мыслителя П. Гассенди. Он не только воскресил атомистическую теорию, но, по словам Дж. Бернала, превратил её «в учение, куда вошло всё то новое в физике, что было найдено в эпоху Возрождения». Для обнаружения частиц, не видимых простым глазом, Гассенди использовал микроскоп; из этого он делал вывод, что если можно обнаружить столь мелкие частицы, то могут существовать и совсем мельчайшие, которые удастся увидеть впоследствии.
Он считал, что Бог создал определённое число атомов, отличающихся друг от друга формой, величиной и весом. всё в мире состоит из них. Как из кирпича, брёвен и досок можно построить огромное число разнообразных зданий, так и из нескольких десятков видов атомов природа создаёт великое множество тел. Соединяясь, атомы дают более крупные образования – «молекулы». Последние в свою очередь, объединяясь друг с другом, становятся более крупными и «доступными для ощущения». Тем самым Гассенди первым ввёл в химию понятие молекула(от латинского moles– с уменьшительным суффиксом cula).
И вместе с тем П. Гассенди, как и Р. Декарт, разделял заблуждения науки своего времени. Он признавал божественное происхождение атомов, признавал, что существуют особые атомы запаха, вкуса, тепла и холода.
Развитию корпускулярной теории способствовал великий английский учёный Исаак Ньютон (1643-1727), занимавшийся и вопросами химии. Он имел хорошо оборудованную химическую лабораторию, среди его трудов есть сочинение «О природе кислот» (1710). Ньютон считал, что корпускулы созданы Богом, что они неделимы, тверды и неуничтожимы. Соединение корпускул происходит за счёт притяжения, а не за счёт крючков, зазубрин и т. д. Такое притяжение и определяет «химическое действие»; распад существующих веществ на первичные частицы и образование из них других сочетаний обусловливают появления новых веществ.
Корпускулярное учение нашло свое завершение в трудах знаменитого английского учёного Роберта Бойля.
Ему от отца в наследство два имения, в одном из которых (Сталь Бридж) он поселился. Там Бойль собрал богатую библиотеку и оборудовал прекрасную лабораторию, где работал со своими помощниками. Молодой учёный разработал основы анализа( от анализис – разложение) «мокрым путём», т. е. анализ в растворах. Он ввёл индикаторы (настой лакмуса, цветов фиалок, а также лакмусовые бумажки) для распознания кислот и щелочей; соляную кислоту и её соли с помощью нитрата серебра, соли серной кислоты – с помощью извести и т. д. Эти приёмы используются и сейчас.
Под влиянием работ Торчелли по изучению атмосферного давления Бойль занялся исследованием свойств воздуха. Он брал трубки U-образной формы с разной длиной колен. Короткое было запаяно, а длинное открыто. Заливая в последнее ртуть, Бойль «запирал» в коротком колене. Если изменять количество ртути в длинном колене, то изменяется объём воздуха в коротком. Так была установлена закономерность: объём газа обратно пропорционален его давлению (1662). Позднее эту закономерность наблюдал французский учёный Э. Мариотт. Сейчас первый газовый закон именуется законом Бойля- Мариотта.
А за год до открытия газового закона Бойль опубликовал книгу «Химик-скептик», в которой изложил свои взгляды Бойль считает химию самостоятельной наукой, а не подспорьем алхимии и медицины. Все тела, пишет он, состоят из движущихся частиц, обладающих разной величиной и формой, а элементами, подчёркивает Бойль, не могут быть ни «начала» Аристотеля, ни «начала» алхимиков. Это «определённые, первоначальные и простые, вполне несмешанные тела, которые не составлены друг из друга, но представляют собой те составные части, из которых составлены все так называемые смешанные тела и которые они в конце концов могут быть разложены».
Таким образом, элементы, по Бойлю, это вещества, которые нельзя разложить (т. е. простые вещества), они состоят из однородных корпускул. Таковы золото, серебро, олово, свинец. Другие, например киноварь, разлагающуюся на ртуть и серу, он относил к сложным веществам. В свою очередь, серу, ртуть, которые не удалось разложить, следовал отнести к элементам. А сколько в природе элементов? На этот трудный вопрос ответ мог дать только опыт. Нельзя так же утверждать, считал Бойль, что известные в то время простые вещества обязательно должны быть элементами — возможно, со временем, и они будут разложены (что и произошло с водой и «землями»- оксидами щелочноземельных металлов).
Ему удалось в корпускулярной теории строения веществ объединить два подхода – учение об элементах и атомистические представления. «Бойль делает из химии науку», -писал Ф. Энгельс.
Революция в химии
Центральная проблема химии XVIIIв. – проблема горения. Вопрос состоял в следующим: что слу