Вильгельм Штрубе - Пути развития химии. Том 2. От начала промышленной революции до первой четверти XX века

Как до 1900 г. считалось, что атом в соответствии с его определением является неделимым, так и до 1919 г. атомное ядро тоже считалось неделимым. Открытие ядерного распада при исследовании радиоактивности поставило перед учеными новую задачу: нельзя ли искусственным путем разделить протоны в ядрах. Сомнения, существовавшие по этому поводу, были обусловлены тем, что силы, связывающие протоны, были чрезвычайно велики. Но в 1919 г. Э. Резерфорду удалось осуществить первую ядерную реакцию. Резерфорд бомбардировал газообразный азот быстрыми а-частицами (ядрами гелия), в результате чего ему удалось превратить атомы азота в атомы кислорода.

После открытия ядерных реакций физику и химию стали рассматривать как две взаимно дополняющие друг друга науки, занимающиеся исследованием явлений природы. Позже к ним присоединилась биохимия. Проникая таким образом в сокровенные тайны природы, люди получили сегодня мощное средство влияния на саму природу. Это средство в руках человека обладает не только созидательной, но и огромной разрушительной силой! И хотя уже 500 лет назад человечество осознало, что Земля не является центром Вселенной, следует помнить, что наша планета — пока единственное наше жизненное пространство и ее страдания — это наше горе, а ее радости — это наше счастье.

С самого начала становления химии как науки о строении, свойствах и превращениях веществ ее успехи тесным образом были связаны с развитием экспериментальной химии. При этом имеется в виду совершенствование лабораторных приборов, методов, химических реактивов и исследовательских лабораторий.

Как правило, в это время исследовательские лаборатории были одновременно и учебными центрами. Экспериментируя, химики приобретали знания. Лишь в конце XIX в. в отдельных случаях стали создаваться специальные химические исследовательские лаборатории, в которых не проводилось обучения студентов.

В период эмпирического развития химии исследователи занимались в основном только экспериментированием, хотя и тогда они руководствовались при проведении опытов определенными теоретическими представлениями. Последние начали довольно интенсивно развиваться и расширяться с XV в. В середине XVIII в. выявилось довольно заметное различие между слепой, неосмысленной "стряпней наугад" и трудом исследователей, работающих на научной основе [8, с. 29 и сл.].

В результате широкого введения в химию количественных методов анализа (Лавуазье, Рихтер, Пруст и Дальтон), а также благодаря разработанным ими теоретическим представлениям химический эксперимент стал приобретать более осознанный и плановый характер. Теория стала определять характер проведения эксперимента, а методы исследования природы стали точнее.

В 1844 г. Либих писал: "Успех любого опыта, любой операции меньше всего зависит от механической сноровки и в большей степени — от сознательного подхода; причиной неудачи может быть недостаточность знаний. Открытие определяется уровнем экспериментальной техники и способностью человека создавать новые идеи" [33, с. 9].

В 1955 г. Л. Полинг охарактеризовал научную методологию следующим образом: "Первый этап применения научного метода заключается в заинтересованности некоторыми фактами, установленными путем наблюдения и опытов. В нашей науке таковыми являются факты описательной химии. Следующий шаг — это систематизация и сопоставление многих фактов, выработка определенного утверждения. Такое общее утверждение называют законом, а иногда законом природы" [1]. Закон, установленный индуктивным методом, конечно, может быть изменен вследствие обнаружения противоречащих ему данных, как это произошло с законом постоянства состава после открытия изотопов кислорода [1]. Полинг упоминает также метод последовательных приближений, важный для выявления химических закономерностей: вначале обнаруживают какую-нибудь "грубую закономерность", которая затем в результате различных исследований все более уточняется и может привести к установлению закона природы [1].

Лабораторные приборы. Рисунок из 'Начального курса химии' Лавуазье (1789 г.)

Этапы развития экспериментальной химии до сих пор мало исследованы, и этой проблеме посвящено немного публикаций, хотя именно в этой области были получены данные, которые привели к формированию и критике химических теорий [119]. По истории аналитической химии впервые только в 1960 г. появилась обширная работа, написанная венгерским исследователем Ференцем Сабадвари и в 1966 г. переведенная на немецкий язык [50] [120]. Автор благодарен Сабадвари за ценные советы и информацию по развитию экспериментальных методов.

В этой главе речь пойдет только о тех методах и приборах, которые были особенно важны для установления состава веществ. Будет дан обзор открытия элементов, а также рассмотрена история развития научно-исследовательских лабораторий и учебных центров.

На первых исторических этапах химики главным образом пытались обнаружить отдельные составные части веществ. Методы их обнаружения составляют область качественного анализа. В конце XVIII в. все в большем масштабе начинается, изучение количественного состава веществ и развиваются методы количественного анализа.

Качественный анализ начинается с предварительных проб. Сначала проверяют свойства вещества, например, в пламени, при нагревании (в отсутствие или при доступе воздуха) или при сплавлении с восстановителями. Таким способом получают сведения о природе составных частей веществ. После этого уже можно проводить соответствующий анализ: обычно переводят исследуемое вещество в растворимое состояние, затем в соответствии с определенными правилами осаждают отдельные элементы различными реагентами в виде труднорастворимых осадков.

До конца XVIII в. искусству анализа обучались в аптеках, в лабораториях при монетных дворах, рудниках и металлургических заводах. Только в отдельных случаях анализы проводились в немногочисленных лабораториях при университетах и академиях или в частных лабораториях. В многочисленных учебниках химии объяснялся ход анализа, обстоятельно описывались вещества, приборы и методы исследования. Кроме того, публиковались труды аптекарей, химиков и естествоиспытателей, в которых сообщалось об исследованиях и о новых созданных авторами приборах, установках, а также разработанных методах исследования.