Основные понятия химической науки

    Таким образом, в пределах каждого периода  химический характер элементов из резко выраженного металлического постепенно превращается в такой же резко выраженный неметаллический, а затем скачком, через недеятельный газ, снова возвращается к резко выраженному металлу, которым начинается новый период. Соответственно этому, по мере роста атомных весов, наивысшая валентность по кислороду последовательно увеличивается в пределах каждого периода: она равна 1 у щелочного металла, 2 - у щелочно-земельного  металла и т.д. до галоида, у которого она равна 7. После этого она внезапно падает до нуля у недеятельного газа, который вообще неспособен к химическому соединению, а затем снова начинает расти от 1 до 2, до 3 и т.д. до 7, после чего снова падает до 0. Таким образом, в то время как атомные веса растут непрерывно, валентность сначала увеличивается от 0 до 7, а затем падает до своего исходного значения; такое изменение совершается периодически, несколько раз на протяжении всей менделеевской системы; подобно этому и соответственно этому периодически несколько раз совершается переход от металлических свойств элементов к противоположным им неметаллическим свойствам; после недеятельного газа металлические свойства  появляются снова, а затем вновь также постепенно происходит переход к неметаллическим свойствам.

    Вот как определяет смысл периодического закона сам Менделеев в своей  замечательной книге «Основы  химии»: «...Если все элементы расположить  в порядке по величине их атомного веса, то получится периодическое повторение свойств. Это выражается законом периодичности: свойства простых тел, также формы и свойства соединений элементов, находятся в периодической зависимости (или, выражаясь алгебраически, образуют периодическую функцию) от величины атомных весов элементов».

    Исходя  из того, что свойства элементов  меняются так же закономерно, как  и атомные веса, Менделеев наперед  вычислил предполагаемые свойства не открытых еще элементов; он предсказал, таким образом, не только то, что должны быть открыты новые элементы, но и то, какими свойствами они будут обладать. Более того, он предсказал даже и то, каким способом, вероятнее всего, будут открыты эти никем еще доселе не виданные и даже не ожидаемые элементы. Эти предсказания были сделаны в 1871 г. В то время, пожалуй, никто из химиков не отнесся серьезно к открытию Менделеева. «Поживем, увидим», - говорили скептики.

    Вскоре  последовали новые замечательные  подтверждения предсказаний Менделеева. Были открыты элементы скандий и  германий, наперед описанные Менделеевым. Оправдывались все предложенные Менделеевым изменения атомных весов. Теперь периодический закон полностью был доказан; более того, он совершил триумфальное шествие в мировой науке. Имя великого ученого, открывшего этот закон, было заслуженно вписано в один ряд с именами величайших ученых мира всех веков.

    Далее, Менделеев показал, что качественная химическая характеристика каждого  элемента зависит от количественной характеристики его важнейшего свойства - атомного веса; постепенное нарастание атомного веса в ряду элементов каждый раз приводит к качественному изменению, обусловливая переход от одного элемента к другому, причем этот переход происходит не плавно, не постепенно, а резким скачком, путем перерыва постепенности. На этот по существу диалектический характер изменений свойств элементов, расположенных согласно периодическому закону, много раз обращал внимание сам Менделеев.

    Все богатство диалектических связей и  переходов, скачков и противоречий, заключенных в периодической системе, было открыто Менделеевым, хотя сам Менделеев не был сознательным диалектиком-материалистом, а применял диалектику бессознательно, стихийно. Тем не менее, именно фактическое применение диалектического метода позволило Менделееву открыть периодический закон, построить систему элементов и сделать свои замечательные предсказания, обессмертившие его имя. Менделеев исходил из убеждения, что количественные изменения свойств растут строго закономерно, каждый раз обусловливая собой качественные изменения элементов (т.е. «переходя» в качество).

    Периодический закон вместе с построенной на его базе системой Менделеева является фундаментальным законом природы, которому подчиняются строение, свойства и поведение атомов и элементов, их рождение, их жизнь, их гибель. Поэтому-то смысл отдельных физических открытий, касающихся атомов, становится понятным только после того, как эти открытия приводятся в связь с законом Менделеева, освещаются им, как прожектором.[11]   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Химическая  связь и строение молекул вещества.

    Атомистические  воззрения возникли первоначально  на Древнем Востоке, в античных Греции и Риме. Первоначально атомное  учение предполагало существование только одного вида частиц - атомов, из которых образуются все тела окружающего мира. Учение об атомах является учением о прерывистом дискретном строении материи. Это учение выступало как материалистическое учение. Поэтому борьба вокруг него отражала прежде всего борьбу между материализмом и идеализмом в науке. При этом материалистическое течение здесь исходит из тезиса, согласно которому атомы материальны, существуют объективно и познаваемы. Идеалистическая позиция выражается в отрицании реальности атомов, в объявлении их средством систематизации опытных данных, отрицании их познаваемости.[7]

    Английский  ученый Дальтон, введя в химию  в начале ХIХ века понятие об атомах, в сущности применил к учению о веществе старые атомистические воззрения, возникшие еще в древней - индийской и греческой - философии за много лет до нашей эры. Согласно атомному учению, вещество дискретно, т. е. состоит из мельчайших невидимых и неделимых частиц - атомов. Все свойства вещества зависят от расположения, взаимодействия, перемещения атомов.[8]

    Атомистика  Дальтона основывалась на обширном эмпирическом и теоретическом материале, накопленном в науке к началу XIX века. Назначение ее состояло в том, что при помощи представлений об атомах разных элементов и о простейших способах их объединения в молекулы объяснить дискретность химических отношений, скачкообразность перехода от одного соединения  с неизменным составом к другому соединению с иным также постоянным составом. Сущность атомистики Дальтона можно выразить в следующих положениях:

• все вещества состоят из громадного числа чрезвычайно малых частиц или атомов;
• одним из свойств атомов является их полное тождество в одном и том же простом веществе, т.е. все атомы одного и того же химического элемента тождественны друг другу;
• важнейшим свойством атомов, наличие которого объясняет все стехиометрические отношения, является атомная масса;
• атомы разных элементов способны соединяться друг с другом по закону наибольшей простоты (один атом А с одним, двумя, тремя или четырьмя атомами В) и образовывать «сложные атомы» (так Дальтон называл молекулы);
• атомная прерывность строения вещества служит основой дискретности всех химических отношений.[6]

    Центральным узловым пунктом в системе  атомно-молекулярной химической теории стало также понятие о молекуле. Более чем двухвековой период формирования представлений о молекулах как индивидуальных формах дискретности вещества, их составе и строении, сопровождался непрерывной борьбой между метафизическим и диалектическими методами мышления. На основе его или в тесной связи с ним сформировались и другие важнейшие химические принципы и понятия (например, химическое соединение, химическое строение, валентность, химическая связь и т. д.). Наименьшая частица вещества (химического соединения ), сохраняющая его основные свойства, - вот чем считалась молекула. Такое определение основывается на представлении о том, что молекула - универсальная микроформа существования химического соединения атома и что все сложные вещества (химические соединения) как макротела состоят из молекул. Этот принцип универсальности молекулярной формы вещества - один из важнейших в атомно молекулярной химической теории, где исследование химических превращений вещества выступало как исследование изменений молекул.[2]

    Вместе  с понятием о молекуле как сложном, целостном образовании, качественно отличным от атомов, в химию и в теоретическое мышление химиков вошел и новый принцип подхода к изучению вещества Это структурный принцип - положение о том, что свойства вещества зависят не только от элементарного состава, но и от строения, т. е. от того, какова организация, упорядоченность взаимодействия элементарных частей в системе целого. В старой атомистике свойства вещества ставились в зависимость  лишь от его состава - природы и количественного соотношения образующих его элементов (атомов). Чем отчетливее осознавалась в химии необходимость качественного различения атомов и молекул, тем яснее становилось и значение существования устойчивой упорядоченности отношений атомов в системе молекулы как единого целого, упорядоченности, особой для каждого вида молекул.[2]

    Структурный принцип получил самое яркое  выражение в разработанной А. М. Бутлеровым теории химического строения, Основанной на представлении о связи свойств каждого вида вещества с существованием устойчивого порядка химических взаимодействий атомов в молекулах данного вида. Принцип структурного подхода занял с тех пор прочное место в арсенале познавательных средств химика и методов химического научного мышления.

    Поскольку организация вещества в атомно-молекулярной теории представлялась трехступенчатой: атом-молекула-макротело, то логически последовательное поведение структурного подхода предполагало бы, с одной стороны, исследование того, как свойства вещества зависят от внутреннего строения его молекул, а с другой - раскрытие зависимости свойств вещества от структуры самих макротел, от взаимодействий молекул в массе вещества.[2]

    Пока  в химии еще не сложилось четкое различие атомов и молекул и понятие о химическом строении, химические превращения рассматривались преимущественно как изменения состава, изменение количественного и качественного соотношения атомов в составе вещества.

    Другой  известный русский ученый В. В. Марковников  отмечал, что закономерность о взаимном влиянии атомов в молекуле нельзя вывести на основе положений механики, а процесс надо рассматривать глубже. «Во взаимном влиянии атомов в молекуле мы видим проявление одного из законов диалектики, закона всеобщей взаимосвязи предметов и явлений природы. В сфере химических отношений этот закон выступает в своеобразных, специфических формах; с одной стороны, он охватывает межмолекулярные взаимодействия, с другой - отношения атомов внутри молекулы.»[10]

    Такое диалектическое понимание молекулы позволило Бутлерову объяснить явление изомерии и предсказать существование неизвестных органических соединений, которые в дальнейшем были получены на практике..  

    Теория  химического строения открыла путь к познанию химических функций (или  реакционной способности) отдельных  структурных фрагментов молекул. Она  могла предсказать и объяснить существенно различную реакционную способность отдельных атомов Н, Сl, О и отдельных связей С-Н, С-Cl, О-Н и т. д.

    Это означает, что теория химического  строения выяснила генезис химического свойства вещества как макротела посредством изучения взаимного влияния атомов в молекуле и выяснения реакционной способности отдельных ее структурных фрагментов. Понятие свойств расчленялось, таким образом, на два понятия: химических свойств макротела и реакционной способности и отдельных структурных элементов, и всей молекулы в целом, и вещества как совокупности молекул. Отсюда следует, что теория химического строения позволила перейти к новому способу научного познания химических объектов: к выяснению причинной обусловленности формирования веществ через функции его структурных элементов. Схематически это может быть изображено следующим образом [6]:

     структура                                функция

                                                      (реакционная способность)

             состав                               свойства

    Исследования  показали, что образование химической связи может происходить путем непрерывного перераспределения валентных электронов, а не только путем полного разрыва исходных связей между атомами. Короче говоря, диалектическое единство дискретности и непрерывности все громче заявляет о своем существовании, и теперь встает вопрос об отказе от односторонности традиционного чисто дискретного подхода, об учете момента непрерывности в химических явлениях.[12]

    Современные представления о строении атома позволили по новому объяснить структуру вещества и многие природные явления, способствовали дальнейшей разработке научной картины и поэтому имеют большое философское значение.[13] 
 
 
 
 

5. Химическое  превращение есть главная задача химии.