Философские проблемы химии

Основные тенденции развития химии.

Развитие химии является ярким примером в пользу материалистического понимания истории. Сущность материалистического понимания истории состоит в признании определяющей роли материального производства в развитии общества. Химия как никакая другая наука обнаруживает тесную связь с развитием промышленных технологий.

Философия рассматривает теорию и практику как две стороны единого процесса познания. Практика выполняет четыре функции по отношению к познавательной деятельности: 1) как основа познания практика даёт исходную информацию; 2) как движущая сила практика порождает потребность в знаниях; 3)как критерий истины практика позволяет отличить истинное знание от заблуждения; 4) как цель практика является окончательной сферой применения знаний.

Все эти функции ярко проявляются во взаимодействии химии с практикой материального производства. В середине XIX века в производство стали всё больше вовлекаться органические соединения, накапливались знания о них. Одновременно выявилась ограниченность прежних химических теорий, неспособных объяснить свойства органических соединений. Возникла потребность в новых теориях и появилась структурная химия, объяснившая свойства веществ исходя из их химического строения. Правильность этой теории подтвердилась на практике, что привело к прорыву в развитии технологий органического синтеза. В первой половине ХХ века интенсивное развитие промышленности выдвинуло новые требования к производству материалов. Требовалось наладить массовые, поточные, высокопроизводительные процессы, а для этого было мало знаний только о составе и строении веществ. Возникают кинетические теории, устанавливающие влияние различных факторов на характер и скорость протекания химических процессов. Внедрение этих знаний привело к созданию нефте-химических производств.

В тоже время, логику развития химии, как и науки вообще, нельзя свести только к логике развития производства. Общественное сознание и наука как одна из его форм обладают относительной самостоятельностью в своём развитии. В частности, существуют специфические, внутренние факторы, определяющие развитие химии – преемственность и противоречия между конкретными научными теориями, противоречия между теорией и экспериментом.

Помимо нарастающей связи с производством, существуют и другие тенденции в развитии химии. Как и другие науки химия переживает процессы дифференциации и интеграции научных теорий. В ответе следует привести примеры этих процессов.

Философский анализ проблемы физикализации химии.

Взаимодействие физики и химии постоянно углубляется. Этот частнонаучный процесс ставит перед философией и естествознанием ряд важнейших вопросов, имеющих общенаучный, философский характер. 1) Вопрос о возможности сведения высших форм движения к низшим и, в частности, о сведении химических процессов к физическим. 2) Вопрос о статусе химии как самостоятельной науки и о её месте в системе естествознания.

В истории взаимодействия физики и химии исследователи выделяют три этапа: 1) проникновение отдельных понятий физики в химию; 2) проникновение в химию физических законов; 3) создание на стыке наук интегративных физико-химических теорий. Далее в ответе необходимо более подробно охарактеризовать эти этапы. Явления, которые изучались исключительно химией, были объяснены физикой. Это объяснение оказалось достаточно полным, точным и означало более глубокий уровень проникновения в сущность химических явлений. В настоящее время большинство химических понятий, законов и теорий получили физическую интерпретацию.

На первый взгляд, химия всё больше сводится в физике. Это заставляет многих учёных, плохо владеющих философской методологией, усомниться в правильности существующей классификации форм движения. В философии существует следующая самая общая классификация форм движения по уровню сложности: механическое движение, физическое, химическое, биологическое и социальное. Между формами движения материи существуют строгие взаимосвязи. 1) Каждая более сложная форма движения материи исторически развилась из менее сложных (кроме механической и физической). 2) Более сложные формы движения включают в себя все предшествующие, менее сложные. 3) Более сложные формы движения материи качественно не сводятся ни к одной из менее сложных форм, ни к совокупности их. Нарушение третьего правила ведёт к редукционизму. Редукционизм – это методологический подход, который заключается в сведении сложного к простому, в сведении свойств целого к сумме свойств частей. В некоторых случаях редукция не только оправданна, но и выступает вполне плодотворным методом познания. Комбинируя анализ и синтез, редукция позволяет познать целое через познание частей, сложное – через простые составляющие. Но при этом нельзя отождествлять сложное и простое, или воспринимать сложное как механическое соединение простых компонентов. В такой форме редукционизм является упрощенчеством и ведёт к ошибочным выводам. Так, ошибочным является отрицание качественного своеобразия химических явлений.

Противоположный методологический подход – антиредукционизм – также существует в разных формах. Подчёркивая специфику разных форм движения, многие сторонники антиредукционизма понимают её ошибочно. Ошибкой является мнение, что в химических процессах наряду с физическими появляются ещё какие-то особые, нефизические явления, не объяснимые с позиции физики. Точно также в живом организме нет особых биологических процессов, не имеющих физико-химической основы. Непонимание этого ведёт к витализму, к признанию существования особых «жизненных сил», отличающих живое от неживого.

Диалектико-материалистическая философия отрицает крайности примитивного редукционизма и антиредукционизма. Высшие формы движения возникают на основе низших и включают их в себя. Поэтому в природе нет барьеров, разделяющих физические, химические и биологические процессы. Поэтому физика успешно объясняет химические явления, а физико-химические методы плодотворно применяются для познания специфики живого. Если понимать редукционизм только как доказательство генетической взаимосвязи форм движения, то он не противоречит диалектике и приобретает положительное научное значение. Такой редукционизм доказывает единство материальных процессов и способствует интеграции наук.

В тоже время диалектика подчёркивает качественную специфику форм движения и несводимость высших форм к низшим. Качество – это определённость предмета, которая характеризует его важнейшие признаки, существенные свойства. Высшие формы движения качественно не сводятся к низшим, это значит, что у них появляются новые существенные признаки, которых нет у низших форм. Так существенным признаком, отличающим качественную определённость химического движения, является процесс превращения веществ, изменение их состава и химического строения. Именно этот признак составляет специфику химических процессов, а, следовательно, и предмета химии как науки о веществах и их превращениях.

 Химическое движение не просто качественно отличается от физического движения, оно является более сложной формой движения: 1) Простое может существовать без сложного, а сложное без простого не может. Существует множество физических процессов, при которых не происходит химических превращений. Но не существует ни одного химического явления, которое не сопровождалось бы физическими процессами. 2) В истории развития Вселенной было время, когда происходили только физические процессы, а химические были не возможны. Высокая температура делала невозможным образование атомов. Последующее возникновение атомов, молекул и химических процессов означало усложнение материи. 3) Дальнейшее усложнение материи уже связано с химическим движением, на основе которого возникает бесконечное многообразие веществ, свойств, процессов. Возникают всё более сложные структуры, в том числе, органические макромолекулы и начинаются биологические процессы.

Т.о. отрицание качественной специфики химического движения является ошибкой. По этой причине, не смотря на возрастающее проникновение физики в химию, последняя никогда не сведётся к первой. История химии доказывает, что наряду с процессом физикализации происходит и процесс углубления традиционных химических представлений, теорий, методов. Также как и в науке вообще наряду с интеграцией происходит дифференциация, выделение новых наук со своими специфическими предметами исследований.  

Учение о химическом составе вещества как первая концептуальная система химии

История любой науки представляет собой диалектический процесс, в котором разрешаются противоречия, в котором количественные изменения переходят в качественные. В истории химии последовательно возникают и развиваются четыре концептуальные системы: 1) учение о составе вещества; 2) учение о химическом строении вещества (структурная химия); 3) кинетические теории; 4) теории химической эволюции. Каждая концептуальная система включает в себя несколько теорий, объединённых общими фундаментальными принципами, законами, методами и направленностью на решение определённых проблем.

Исторически первой концептуальной системой химии стало учение о составе вещества. В рамках этого учения решались две основные проблемы: 1) проблема химического элемента; 2) проблема зависимости свойств вещества от его химического состава. Уже в античной философии возникло представление о том, что всё многообразие веществ складывается из небольшого числа исходных элементов. Под элементами тогда понимались четыре стихии – вода, воздух, огонь и земля. Подобные представления оставались и в средневековой алхимии, где элементами называли такие свойства как горючесть, текучесть и т.п. В древнегреческой философии возникло и другое представление об элементах - как об атомах, мельчайших неделимых частицах вещества (Левкипп, Демокрит, Эпикур). Но это учение было надолго забыто в химии, и на научной основе возродилось только в начале XIX века. Далее в ответе необходимо описать становление учения о химических элементах, раскрыть вклад Р. Бойля, Д. Дальтона, Д.И. Менделеева, раскрыть роль ошибочных теорий, таких как теория флогистона.

Учение об элементах позволило развить представления о составе веществ. До сер. XIX века химия делала заметные успехи в объяснении свойств вещества, исходя только из его количественного и качественного состава. Но в середине XIX века такое объяснение обнаруживает свою ограниченность. Свойства органических соединений (явление изомерии) невозможно было объяснить только на основе их состава. Возникло противоречие между теорией и экспериментально установленными явлениями. Разрешая данное противоречие, в недрах учения о составе возникает следующая концептуальная система – учение о химическом строении веществ.

Структурные, кинетические и эволюционные теории как ступени развития химии.

В 40-х – 60-х гг. XIX века сложилось представление о том, что свойства веществ зависят не только от состава молекул, но и от их структуры. Основы структурной химии были заложены в работах Ш. Жерара, А. Кекуле, А. Купера. В наиболее полном виде теория химического строения вещества была сформулирована А.М. Бутлеровым (1861). В основе структурных теорий лежат философские и общенаучные понятия «система», «элемент», «структура». Система – это совокупность взаимодействующих элементов. Элемент – далее не разложимый компонент системы. Структура – устойчивые связи между элементами, упорядоченность элементов. В философии существует несколько подходов к определению роли элементов и структуры. Первый подход – элементаристский – абсолютизирует роль элементов в образовании системы, сводит свойства системы к сумме свойств элементов. Второй подход – структурный – абсолютизирует роль структуры, вплоть до полного безразличия к материалу системы. Материалистическая диалектика избегает противопоставления элементов и структуры. Решающую роль в образовании системы играют элементы. Но свойства системы определяются и теми связями, которые превращают набор элементов в целостность.

Если учение о химическом составе строилось на элементаристском подходе, то структурные теории воплотили диалектический подход к пониманию системы. Молекулу вещества стали рассматривать как целостную систему, свойства которой определяются не только составом элементов, но и их взаимосвязями. Т.о. появление структурных теорий стало переходом к более глубокому уровню познания химических явлений. Но дальнейшее развитие науки и практики выявило ограниченность и этих теорий. Выяснилось, что знание только состава и строения веществ не позволяет полностью объяснить их реакционную способность и эффективно управлять химическими реакциями. Решение этих задач привело к возникновению кинетических теорий.

Кинетические теории начали формироваться с 80-х гг. XIX века и составили третий этап эволюции концептуальных систем химии. В отличие от учений о составе и строении веществ кинетические теории изначально создавались как теории химического процесса. Они были призваны объяснить поведение сложноорганизованных химических систем. Кинетическая система кроме реагирующих веществ включает в себя и множество других факторов, влияющих на характер химического процесса: катализаторы, примеси, растворители, стенки сосуда. Кинетические теории учитывают также влияние различных физических факторов (температура, давление, и др.), осуществляя взаимопроникновение физики и химии.

Углубление знаний о закономерностях химического процесса подготовило основу для возникновения четвёртого типа концептуальных систем химии. В 60-х гг. ХХ века появляются первые теории эволюционной химии. От познания химического процесса был сделан шаг к познанию химической эволюции. Используя опыт биологии, а также методы физики и кибернетики, химия переходит к объяснению процессов самоорганизации химических систем. В ответе следует привести пример таких теорий. В настоящее время перед эволюционной химией встают грандиозные задачи. Объясняя предбиологическую эволюцию веществ, химия выстраивает мост между физикой и космологией с одной стороны и эволюционной биологией с другой.

Таким образом, проникновение в химию эволюционных идей стало высшим этапом развития концептуальных систем химии. Возникновение каждой концептуальной системы являет собой закономерную ступень развития химии, отражает углубление химических знаний, познание всё более сложных систем и процессов. Развитие этих теорий соответствует общей логике развития естествознания, переходящего от описания разрозненных явлений к объяснению глубоких взаимосвязей и развития в природе. Этот переход сопровождался преодолением метафизичности, свойственной естествознанию XVII – XVIII вв., и победой диалектики в естествознании XIX – XX вв. Каждая из концептуальных систем химии со временем обнаруживала свою ограниченность, т.е. сталкивалась с нарастающим числом необъяснимых явлений. Попытки разрешить эти противоречия приводили к созданию новых теорий. Так история химии предстаёт диалектическим процессом, в котором познание идёт через разрешение противоречий, в котором количественное накопление знаний переходит в качественное преобразование теорий.