Возникновение и развитие науки химии (стр. 1 из 4). Наука древнего мира химия
Развитие практических химических знаний в древнем мире.
Когда зародилась наука.
Введение
Заключение.
Целью курса истории химии является, таким образом, прежде всего, создание представления о науке как о логически единой, непрерывно и закономерно развивающейся системе знаний о материальном мире. "Знание готовых выводов, без сведений о способах их достижения, может легко привести к заблуждению…, потому что тогда неизбежно надо придавать абсолютное значение тому, что относительно и временно" – эти слова Д. И. Менделеева как нельзя лучше раскрывают смысл изучения истории химии.
…
Тема: Предалхимический период развития химии. Практические знания.
Цель: Систематизировать знания об основных путях развития практических знаний в древнем мире.
План
Для того, чтобы понять, когда зародилась наука, надо понять что такое наука. Наука –это знание и производство знаний, кроме того, это часть духовной культуры общества. Cамо слово «Science» от латинского «scientia» –знание появилось недавно. Слово «ученый» как человек, занимающийся наукой вообще появилось только в 19 веке, а значимым стало только по сути в 20 веке. Носителями знаний в древнейших государствах были маги и жрецы, они одновременно были и чиновниками, и служителями культа и писцами. Поэтому знания в то время воспринимались идущими от бога, носили рецептурный характер и не обсуждались. Системность знаний предполагает неразрывность всех элементов знаний. И хотя знания, которые были приобретены в древности используются и поныне, они не были связаны общими законами и носили частный характер. Наука как самостоятельная часть культуры возникла только в античности в древней Греции. В древнейших цивилизациях знания порождались прежде всего практическими задачами, носили чисто прикладной характер, и не были ни системными, ни теоретическими. Они не были и рациональными, поскольку связывались с некими таинствами. Тем не менее, народы древнейших государств накопили практический опыт, создали эмпирическую основу и зачатки прикладных наук, благодаря колоссальному развитию ремесел.
Зарождение ремесленной химии следует в первую очередь связывать, 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. В IV тысячелетии до н.э. уже имеет 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.
3. Первые изделия из железа неметеоритного происхождения изготовлены примерно за 2000 лет до н.э. Появление металлургии железа представляло собой существенный шаг вперёд, поскольку технологически получение железа значительно сложнее выплавки меди или бронзы. Примерно в IV в. до н.э. в Персии открывается способ изготовления булатной стали – высокоуглеродистого железа, которому посредством длительной обработки придавались совершенно уникальные пластичность и твердость.
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.
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) широко распространяются 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. 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.
refac.ru
Возникновение и развитие науки химии
Начало
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, обожжёная 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. -Vв. н. э. ) cуществовали металлургия, крашение, изготовлялась керамика и т. д. С развитием этих производств значительно обоготились 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 гречекий алхимик Зосима(III-IVвв. н. э. ) объяснил происхождения этого слова иначе:он считал химией искусство делть серебро и золото (химиа-искусство плаки металлов). Изестны 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, населывшие 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 стехейя-основа), илиэлементах(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 илиразряжения единой первоматерии, единого первоночала - воды. Анаксимен Милетский признавал первичной материей воздух, при охолждении и сгущении которого образуется вода, а из неё затем при последующем уплотнении и охолождении 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 зменчивое 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 неизмены.
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 другии представления о строении материи-атомистические. Ярчайшей фигурой древней Греции и всего античного мира был Аристотель (384-322 гг. до н. э. ). Он как и Эпмпедокл, признавал, что в мире существуют четыреосновных «начала» - «стихии» (они же «элементы», иногда «принципы» или «первичная материя»). Под стихиями Аристотель понимал «пределные 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», «элексиром жизни», «великим магистерием», «красной тинктурой», «универсалом», «медикаментом». Таинственному пятому элументу приписывали свверхъестественные 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 Макендонского. 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 завоевние 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, сопровждая их пышными местическими церемониями. После покарения 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 названоалхимией.
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. древнеримскийврач иестествоиспытатель Диоскорид написал первую химическую энциклопедию, в которой были изложены способы приготовления известковой воды, медного купороса, белил и некоторых других веществ. В Китае алхими Вей Поян (IIв. ) описывает рецепт получения “пилюль бессмертия”. Ко Хун (281- 361) также даёт рецепты изготовления “пилюль долголетя” 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 (ок. 660-704), проведший большую часть жизни в Египте. Он приказал перевести на арабский язык все известные алхимические сочинения.
Но истиным «царём науки» арабы называли великого учёного Джабира ибн Гайяна (ок. 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 которы входят сера и ртуть в наичистейшим виде и в самой оптимальной пропорции. Разнообразие последних зависит от количесвенного 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 «элексир», то весь процесс получения золота займёт всего 1 час!
mirznanii.com
Химия как наука
Одной из целей нашего экскурса в историю химии было показать ее специфику как науки. Еще Д.И. Менделеев обратил внимание на то, что химия, в отличие от многих других наук (например, биологии), сама создает свой предмет исследования. Как никакая другая наука, она является одновременно и наукой, и производством. Химия всегда была нужна человечеству в основном для того, чтобы получать из веществ природы по возможности все необходимые металлы и керамику, известь и цемент, стекло и бетон, красители и фармацевтические препараты, взрывчатые вещества и горюче-смазочные материалы, каучук и пластмассы, химические волокна и материалы с заданными электрофизическими свойствами. Поэтому все химические знания, приобретенные за многие столетия и представленные в виде теорий, законов, методов, технологий, объединяет одна-единственная непреходящая, главная задача химии. Это задача получения веществ с необходимыми свойствами. Но это - производственная задача и, чтобы ее реализовать, надо уметь из одних веществ производить другие, то есть осуществлять качественные превращения вещества. А поскольку качество - это совокупность свойств вещества, надо знать, от чего зависят свойства. Иначе говоря, чтобы решить названную производственную задачу, химия должна решить теоретическую задачу генезиса (происхождения) свойств вещества.
Таким образом, основанием химии выступает двуединая проблема - получения веществ с заданными свойствами (на достижение чего направлена производственная деятельность человека) и выявления способов управления свойствами вещества (на реализацию чего направлена научно-исследовательская деятельность).
Это и есть основная проблема химии. Она же является системообразующим началом данной науки. Эта проблема возникла в древности и не теряет своего значения в наши дни. Естественно, что в разные исторические эпохи она решалась по-разному, так как способы ее решения зависят от уровня материальной и духовной культуры общества, а также от внутренних закономерностей, присущих ходу научного познания. Достаточно сказать, что изготовление таких материалов, как, например, стекло и керамика, краски и душистые вещества, в древности осуществлялось совершенно иначе, чем в XVIII веке и позже.
Вся история химии, все ее развитие является закономерным процессом смены способов решения ее основной проблемы.
Важнейшей особенностью основной проблемы химии является то, что она имеет всего четыре способа решения. Речь идет при этом не о частных методах изучения и превращения вещества - их множество, а о самых общих способах решения вопроса: от чего, от каких факторов зависят свойства вещества. А они зависят от четырех факторов:
1. От его элементного и молекулярного состава.
2. От структуры его молекул.
3. От термодинамических и кинетических (наличие катализаторов, воздействие материала стенок сосудов и т.д.) условий, в которых вещество находится в процессе химической реакции.
4. От высоты химической организации вещества. Первый по-настоящему действенный способ решения проблемы происхождения свойств вещества появился во второй половине XVII века в работах английского ученого Роберта Бойля. Его исследования показали, что качества и свойства тела не имеют абсолютного характера и зависят от того, из каких химических элементов эти тела составлены. С этого момента стали считать, что наименьшей частицей простого тела является молекула. В период с середины XVII века до первой половины XIX века учение о составе вещества представляло собой всю тогдашнюю химию. Оно существует и сегодня, представляя собой часть химии.
Монопольное положение учения о составе вещества сохранялось до 1830-х годов. К этому времени мануфактурное производство сменилось фабричным, опирающимся на машинную технику и широкую сырьевую базу. В химическом производстве стала преобладать переработка огромных масс вещества растительного и животного происхождения, их качественное разнообразие потрясающе велико - сотни тысяч химических соединений, а состав их крайне однообразен - лишь несколько элементов-органогенов (углерод, водород, кислород, сера, азот, фосфор), из которых эти соединения состоят. Объяснение необычайно широкому разнообразию органических соединений при столь бедном их элементном составе было найдено в явлениях, получивших названия «изомерия» и «полимерия». Стало совершенно ясно, что свойства веществ, а следовательно, и их качественное разнообразие обусловливаются не только составом, но еще и структурой молекул. Появилось новое решение проблемы генезиса свойств, а также отграничились сами понятия «свойство» и «функция» или реакционная способность. В понятие «реакционная способность» включались представления о химической активности отдельных фрагментов молекулы - атомов, атомных групп и даже отдельных химических связей.
Так было положено начало второму уровню развития химических знаний, который получил название структурной химии. Она стала более высоким уровнем по отношению к учению о составе, включая его в себя.
На втором уровне своего развития химия превратилась из науки преимущественно аналитической в науку главным образом синтетическую. Этот период связан с развитием химии органического синтеза. В это время появились всевозможные азокрасители для текстильной промышленности, различные препараты для фармации, искусственный шелк и т.д. Для этого все материалы добывались в ограниченных масштабах и с огромными затратами низкопроизводительного, преимущественно сельскохозяйственного труда.
Но изумление успехами структурной химии было недолгим. Интенсивное развитие автомобилестроения, авиации, энергетики, приборостроения в первой половине XX века выдвинуло новые требования к производству материалов. Необходимо было получать высокооктановое моторное топливо, специальные синтетические каучуки, пластмассы, высокостойкие изоляторы, жаропрочные органические и неорганические полимеры, полупроводники. Для получения этих материалов способ решения основной проблемы химии, основанный на учении о составе и структурных теориях, был явно недостаточен. Он не учитывал резкие изменения свойств вещества в результате влияния температуры, давления, растворителей и многих других факторов, воздействующих на направление и скорость химических процессов.
Под влиянием новых требований производства возник третий способ решения проблемы генезиса свойств, учитывающий всю сложность организации химических процессов в реакторах и обеспечивающий их экономически приемлемую производительность. После этого химия становится наукой уже не только и не столько о веществах как законченных предметах, но наукой о процессах и механизмах изменения вещества. Благодаря этому она обеспечила многотоннажное производство синтетических материалов, заменяющих дерево и металл в строительных работах, пищевое сырье в производстве олифы, лаков, моющих средств и смазочных материалов. Производство искусственных волокон, каучуков, этилового спирта и многих растворителей стало базироваться на нефтяном сырье, а производство азотных удобрений - на основе азота воздуха. Появилась технология нефтехимических производств с ее поточными системами, обеспечивающими непрерывные высокопроизводительные процессы.
Так, еще в 1935 году все 100 процентов таких материалов, как кожа, меха, резина, волокна, моющие средства, олифа, лаки, уксусная кислота, этиловый спирт, производились всецело из животного и растительного сырья, в том числе из пищевого. На это расходовались десятки миллионов тонн зерна, картофеля, жиров, сырой кожи и т.д. А уже в 1960-е годы 100% технического спирта, 80% моющих средств, 90% олифы и лаков, 40% волокон, 70% каучука и около 25% кожевенных материалов изготовлялись на основе газового и нефтяного сырья. Помимо этого, химия дает ежегодно сотни тысяч тонн мочевины и нефтяного белка в качестве корма скоту и около 200 миллионов тонн удобрений.
Но и эти возможности еще далеко не предел. В 60 - 70-е годы появился четвертый способ решения основной проблемы химии, открывающий пути использования в производстве материалов самые высокоорганизованные химические системы, какие только возможны в настоящее время. В основе этого способа лежит принцип использования в процессах получения целевых продуктов таких условий, которые приводят к самосовершенствованию катализаторов химических реакций, то есть к самоорганизации химических систем. В сущности, речь идет об использовании химического опыта живой природы. Это - своеобразная биологизация химии. Химический реактор предстает как некое подобие живой системы, для которой характерны саморазвитие и определенные черты поведения. Так, мы с вами видим четыре уровня развития химических знаний, или, как принято говорить, четыре концептуальные системы, находящиеся в отношениях иерархии.
На основе системы химических наук складывается химическая картина мира - взгляд на природу с точки зрения химии, определяющий при этом место и роль химических объектов и процессов во всем реальном природном многообразии. Ее содержанием является:
1. Обобщенное знание данной эпохи о том, что представляют собой объекты живой и неживой природы со стороны их химического содержания. Сюда входит учение о многообразии частиц вещества, о его химической организации.
2. Представление о происхождении всех основных типов природных объектов, их естественной эволюции.
3. Зависимость химических свойств природных объектов от их структуры.
4. Общие закономерности природных процессов как процессов химического движения (взаимодействие реагирующих веществ друг с другом и с окружающей средой).
5. Знание о специфических объектах, синтезируемых в практической деятельности химика.
План семинарского занятия (2 часа)
1. Основные этапы развития химии и их характеристика.
2. Роль алхимии в становлении химии.
3. Теория флогистона, закон сохранения массы Лавуазье, теория Дальтона. Работы Берцелиуса, Менделеева и их роль в развитии химии.
4. Химия как наука, ее специальная и основная задача. Способы решения основной задачи химии.
Темы докладов и рефератов
1. Ятрохимия как ступень в развитии химии.
2. Периодический закон Д.И.Менделеева и его значение в науке.
3. Химия и ее роль в обществе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Будрейко Н.А. Философские вопросы химии. М., 1970.
2. Возникновение и развитие химии с древних времен до XVII века. М., 1980.
3. Вязовкин B.C. Материалистическая философия и химия. М., 1980.
4. Гносеологические и социальные проблемы развития химии. Киев, 1974.
5. Кузнецов В.И. Эволюция представлений об основных законах химии. М., 1967.
6. Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. М., 1996.
7. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В. Химия. Ответы на вопросы. М., 1997.
8. Соловьев 10.И. Эволюция основных теоретических проблем химии. М., 1971
9. Соловьев Ю.И., Курашов В.И. Химия на перекрестке наук. М., 1989.
