История химии

      ПРЕДАЛХИМИЧЕСКИЙ  ПЕРИОД 

      Ремесленная химия - Античная греческая натурфилософия - Учение Аристотеля - Античный атомизм  

      Ремесленная химия в доантичный и античный периоды 

      Проблема  получения материалов (веществ) с  заданными свойствами в практическом плане возникла, видимо, одновременно с человеком, который на протяжении достаточно длительного с точки зрения эволюции времени не столько приспосабливается к окружающей среде, сколько приспосабливает окружающую среду к себе. Важнейшую роль в преобразовании человеком природы играют разного рода химические операции с веществом. Однако начало зарождения ремесленной химии следует в первую очередь связывать, видимо, с появлением и развитием металлургии. В истории Древнего мира традиционно выделяются Медный, Бронзовый и Железный века, в которых основным материалом для изготовления орудий труда и оружия являлись соответственно медь, бронза и железо. Соответственно и в развитии древней металлургии можно выделить следующие основные этапы: 

      1. Медь впервые получена выплавкой из руд, видимо, примерно за 9000 лет до н.э. Достоверно известно, что в конце VII тысячелетия до н.э. существовала металлургия меди и свинца. В IV тысячелетии до н.э. уже имело место широкое распространение изделий из меди. 

      2. Приблизительно 3000 годом до н.э. датируются первые изделия из оловянной бронзы, сплава меди и олова, значительно более твёрдого, чем медь. Несколько раньше (примерно с V тысячелетия до н.э.) широко распространились изделия из мышьяковистой бронзы – сплава меди с мышьяком. Бронзовый век в истории длился около двух тысяч лет; именно в бронзовом веке зародились крупнейшие цивилизации древности. 

      3. Первые изделия из железа неметеоритного  происхождения были изготовлены  примерно за 2000 лет до н.э. Примерно  с середины II тысячелетия до н.э. изделия из железа получили широкое распространение в Малой Азии, несколько позднее – в Греции и Египте. Появление металлургии железа представляло собой существенный шаг вперёд, поскольку технологически получение железа значительно сложнее выплавки меди или бронзы. Для получения железа необходимо применение дутья – продувания воздуха через горящий древесный уголь, а также использование добавок – флюсов, облегчающих отделение примесей в виде шлаков. Переход к металлургии железа предполагает также существенное усложнение технологии обработки металла после плавки – ковка, науглероживание поверхностного слоя, закалка и т.п. Примерно в IV в. до н.э. в Персии был открыт способ изготовления булатной стали – высокоуглеродистого железа, которому посредством длительной обработки придавались совершенно уникальные пластичность и твердость. В раннем средневековье стала известна т.н. дамасская сталь, представляющая собой сравнительно дешёвую подделку под настоящий булат. 

      В III тысячелетии до н.э. были известны также и способы получения из руд золота и серебра. В середине II тысячелетия до н.э. впервые получена ртуть. Таким образом, в Древнем мире были известны в чистом виде семь металлов: медь, свинец, олово, железо, золото, серебро и ртуть, а в виде сплавов – ещё и мышьяк, цинк и висмут. Достижения металлургов древности стали основой металлургической техники всего средневековья. Сколько-нибудь существенные усовершенствования в старинные методы выплавки металлов, особенно в технику получения железа, были внесены лишь в Новое время.

      Помимо  металлургии, накопление практических знаний происходило и в других областях химической технологии. Уже  в III-м тысячелетии до н.э. помимо известной с древнейших времён терракоты (обожжённой глины) получили широкое  распространение изделия из майолики, покрытой слоем обливной глазури, окрашенной оксидами свинца, железа, меди, кобальта. Примерно к тому же времени относятся и первые изделия из стекла, обнаруженные в Месопотамии, Египте и Палестине. Настоящее производство стекла, которое окрашивалось в разные цвета, появилось в Древнем Египте в середине II тысячелетия до н.э. Египетские рецепты, датируемые II-м тысячелетием до н.э., свидетельствуют также и о весьма высоком уровне развития парфюмерного искусства, косметики, технологий крашения тканей и дубления кож, фармации и т.п. 

      Следует отметить, что в доантичные и ранние античные времена именно Египет являлся  общепризнанным лидером в области  химической технологии (исключая, пожалуй, металлургию). Весьма важной особенностью ремесленной химии в Древнем Египте являлось то, что все ремёсла находились под эгидой храмов, в которых жрецы тщательно записывали и сохраняли используемые технологии и рецептуры. Наивысшего расцвета химические (как, впрочем, и все прочие) технологии Древнего мира достигли в эллинистическом Египте и императорском Риме. 

      Накопление  запаса практических сведений и навыков, получение большого числа новых  веществ с разнообразными свойствами уже в античные времена не только позволяло, но и требовало сделать  некоторые обобщения. Именно в античной философии впервые была поставлена проблема происхождения свойств вещества. 
 
 
 

      Античная  натурфилософия 

      Первые  философские представления о  природе вещества и происхождении  его свойств зародились практически  одновременно в разных цивилизациях около VII века до н.э. В Китае это были Конфуций и Лао Цзы, в Индии – Будда, в Персии – Зороастр (Заратустра), в Греции – философы т.н. Милетской школы. 

      Все эти натурфилософские учения имеют  общие черты: 

      1. Космологический подход. Учение  о природе вещества и его свойств является частью учения о мироздании в целом, причем свойства вещества с необходимостью следуют из свойств Вселенной. 

      2. Дуализм. Важнейшим элементом  любого натурфилософского учения  является существование пар противоположных  мировых начал (Ян – Инь, светлое – тёмное, активное – пассивное, любовь – ненависть и т.п.). 

      Отличительная особенность греческой натурфилософии – её в значительной степени светский (нерелигиозный) характер. В греческой  натурфилософии можно выделить два  течения, выделившиеся по способу ответа на вопрос о делимости материи: континуализм и атомизм. 

      Континуализм  исходит из предположения, что материя  непрерывна и делима до бесконечности; любая сколь угодно малая часть  материи тождественна тому телу, делением которого она получена. 

      Атомизм утверждает, что материя дискретна  и состоит из множества неделимых  частичек – атомов, – движущихся в пустоте. 

      Милетская школа натурфилософии и её последователи 

      Фалес Милетский (ок. 625-547 до н.э.) явился основателем  греческой натурфилософии. По мнению Фалеса, поскольку все вещества способны к взаимопревращениям, все они являются проявлениями одного основного вещества – архесомы (элемента). У Фалеса основным веществом является вода. Причина выбора воды – в её всеобщести, поскольку Земля представлялась Фалесу в виде диска, плывущего по бесконечному Океану и накрытого полусферой Неба. При этом сама Земля образована "сгущением" воды. 

      Учение  Фалеса о существовании некоего  первоначала всех веществ было воспринято большинством более поздних философов; различие взглядов выражалось лишь в вопросе о том, что является первоначалом. 

      Анаксимен из Милета (ок. 585-525 до н.э.), опираясь на новые представления о том, что  Земля представляет собой шар, окружённый воздухом, утверждал, что первоосновой Вселенной и всех тел (веществ) является именно воздух. Сгущаясь к центру Вселенной, воздух образует воду и землю. 

      Ксенофан (ок 565-473 до н.э.) считал, что первоначалом всех вещей является, напротив, именно земля, находящаяся в центре Вселенной. Из земли и воды произошли все остальные вещи. 

      Гераклит  Эфесский (ок. 540-480 до н.э.) выделял первоначало  всех вещей по иному принципу. Поскольку  основным свойством Вселенной является постоянное изменение, первосубстанцией должно быть нечто, наделённое способностью к изменению в максимальной степени. Таковой субстанцией, по мнению Гераклита, является огонь – изменчивый и всё изменяющий. 

      Некоторые философы выражали сомнение в том, что  все вещества могут иметь одно-единственное первоначало; появились учения, в  которых предполагалось существование нескольких начал (элементов). 

      Анаксимандр (ок. 610-546 до н.э.) высказал предположение  о том, что некая первосубстанция  – бесконечная, вечная, объемлющая все миры – предстаёт нам в  виде трёх известных основных субстанций – воды, земли и огня. Эти субстанции (стихии) находятся в вечной борьбе, однако некий естественный закон (необходимость) не позволяет одной стихии возобладать над другими. Все вещества (тела) окружающего мира образуются в результате сочетания воды, земли и огня. 

      Эмпедокл  из Агригента (ок. 490-430 до н.э.) довёл  число элементов-стихий до четырёх. По Эмпедоклу, вещество образовано смешением  земли, воды, воздуха и огня. Элементы Эмпедокла материальны и наделены свойствами филии (любви) и фобии (вражды). Эти две противоположности, присущие всем телам, и приводят материю в движение. 

      Идею  существования четырёх начал  всех вещей (элементов) – земли, воды, огня и воздуха – поддерживали и такие великие философы античности, как Пифагор (ок. 570-500 до н.э.) и Платон (428-348 до н.э.). 

      Физическое  учение Платона изложено в диалоге "Тимей". Заимствовав у своих  предшественников представление о  четырех видах материи (земле, воде, воздухе и огне), он считал их способными ко взаимопревращениям. Эти виды материи, по мнению Платона, являются проявлением единой первичной материи. Частицы разных видов материи представляют собой правильные геометрические тела. Платон объяснял свойство видов материи – твердость, плавкость, воздухообразность, огнеобразность – геометрией многогранников. Как было доказано греческими геометрами, существует лишь пять правильных многогранников: тетраэдр, октаэдр, куб, икосаэдр и додекаэдр. Поскольку из существующих видов материи самым устойчивым и наименее подвижным является Земля, то ей соответствует четырехугольная плоскость куба (в) как наиболее обеспечивающая эту устойчивость. Свойство других видов материи обеспечиваются соответствующими многогранниками: огню соответствует тетраэдр (а), воде – октаэдр (б), воздуху – икосаэдр (г). Поскольку не было элемента, соответствующего додекаэдру (д), Платон высказал идею, что существует еще пятый элемент, который бог использовал, чтобы создать небесные тела.  

      Платоновы тела в некотором отношении можно  сравнить с атомами, однако Платон категорически  отрицал их неделимость. Элементы, по мнению Платона, представлены числами, которые находятся в постоянной пропорции, т.е. огонь относится воздуху, как воздух к воде и как вода к земле. 

      Данная  картина перекликалась с идеями Пифагора, развившего идею объяснения явлений реальности на основе математической закономерности. Однако у Пифагора опытное познание в области физических явлений подменялось мистикой чисел. Идеалом познания пифагорейцев было пассивное созерцание, а не активный эксперимент. Вместе с тем для развития физических концепций была чрезвычайно важна установленная пифагорейцами возможность операций с физическими величинами путём сведения их к мере и числу. 

      Учение  Аристотеля 

      До  логич соверш-ва систему четырёх стихий довёл один из величайших мысл-лей античности – Аристотель из Стагиры (384-322 до н.э.). По мнению Аристотеля, четыре известные стихии не материальны, а являются лишь различными проявлениями (состояниями) первоматерии. Первоматерия предстаёт человеку, проявляя одновременно два из двух пар противоположных свойств – холода или тепла и влажности или сухости:

      Тепло + сухость = огонь  

      Тепло + влажность = воздух 

      Холод + сухость = земля  

      Холод + влажность = вода 
 

      Существование двух пар противоположных элементов, являющихся носителями двух противоположных  пар качеств, Аристотель представлял  графически в виде т.н. квадрата противоположностей. 

      В результате соединения элементов в  различных сочетаниях возможно образование  сложных тел с различными свойствами. Образование нового тела (с иным сочетанием элементов) возможно, по Аристотелю, в результате миксиса – истинного смешивания (в отличие от механического). Важным моментом в учении Аристотеля является способность элементов к взаимопревращению. Это возможно, поскольку каждый элемент представляет собой лишь одно из состояний единой первоматерии (определённое сочетание качеств). Положение о возможности превращения одного элемента в другой стало позднее основой алхимической идеи о возможности взаимных превращений металлов (трансмутации).