Физико-химия

Физико-химия

Проблемы физико-химии рассматриваются Бероном в различных разделах «Панэпистемии». Более подробно он изложил их в специальном отдельном произведении «Физико-химия». Этот труд был задуман как многотомное сочинение, однако планы ученого не осуществились из-за его неожиданной смерти. Берон успел издать в 1870 г. в Париже только первый том, содержащий предисловие и восемь разделов объемом 783 страницы.

Как и во всех своих произведениях, Берон придерживается здесь основных принципов своей оригинальной теории законов движения в живой и неживой природе. Мыслитель считает, что для решения любых естественнонаучных проблем должны быть выведены законы, обобщающие экспериментальные исследования и теоретические рассуждения. «Участившиеся открытия новых тел показывают, что путем экспериментов невозможно познать общность тел и менее всего совокупность их химических и терапевтических свойств, а также происхождение их органолептических свойств. Истинное превосходство химиков проявляется в открытии нескольких общностей фактов, называемых законом. Хотя число законов и невелико, с их помощью мы за короткое время можем изучить способ производства всех тел, знакомых и незнакомых» (24, 1, V).

Стремление Берона найти общий закон, раскрывающий сущность всех химических и физических процессов, приводит его к ожесточенному спору с известными учеными и к амбициозному заявлению: «Я изложу способ возникновения неорганических тел, разложимых и неразложимых, и способ возникновения органических тел, растений и животных» (там же).

Первичными химическими элементами Берон считает водород и кислород, в результате соединения которых образуется вода. «Водород есть первичный материальный элемент. То же относится и к кислороду» (18, 2, 53). Он обращает внимание на эти два элемента, которые являются основой всех материальных тел, и дает подробную характеристику их строения и свойств. Он утверждает, что атомы этих элементов имеют форму тетраэдров, подразделяемых на гидротетраэдры и окситетраэдры. Так, при соединении водорода и кислорода происходит взаимопроникновение тетраэдров и образуются гидротетраэдры — частицы воды. По его мнению, только такая теория может объяснить способ взаимодействия между первичными элементами.

К сожалению, Берон до конца остается в плену ошибочных представлений о способе соединения химических элементов. Однако следует иметь в виду, что свои сочинения он опубликовал до открытия периодической системы Менделеева (свои основные взгляды Берон изложил еще в I и II томах «Панэпистемии», изданных в 1861—1862 гг.).

Понятие «атом», считает мыслитель, применимо только по отношению к двум первичным элементам — водороду и кислороду. У атомов этих элементов очень маленький постоянный объем. Оба вида атомов имеют форму тетраэдров. Понятие «атом» Берон использует и при рассмотрении вопросов, связанных с природой света. «Чтобы представить молекулы, которые составляют свет, я использовал термин „атомы с растущим объемом“... Слово „атом“ более всего соответствует здесь монадам Лейбница; но многие физики и химики употребляют слово „атом“ для обозначения эквивалентов соединений; они говорят „один атом воды HO, один атом поваренной соли Na Cl“ и т. д.» (там же, 214). Ясно, что болгарский мыслитель вкладывает в это понятие совершенно иной смысл, чем его современники, и не использует его при объяснении химических процессов.

Из кислорода и водорода и их простейшего соединения — воды последовательно образуются все остальные химические соединения, в первую очередь азот и углеводород. Этот процесс совершается путем отделения различного числа атомов кислорода от тетраэдра воды:

4 HO — O = азот;

4 HO — O³ = углеводород.

В свою очередь азот и углеводород при соединении с гидротетраэдром водорода образуют аммиак Az²H⁶ и болотный газ С²Н⁴. При отделении же шести атомов водорода от аммиака образуется фосфор:

A_Z⁴H² — 6Н = фосфор.

Так же образуются и все остальные элементы, основным звеном которых являются первичные элементы — водород и кислород. Эти же элементы входят в состав растений, состоящих из водорода, кислорода, азота и углеводорода. Во взаимодействии тетраэдров большую роль играет солнечная энергия, которая участвует в различных процессах, происходящих как в живой, так и в неживой природе.

Как видим, Берон пользуется неправильной формулой воды — НО. В его время считалось, что атомы химических элементов соединяются друг с другом в самых простых соотношениях. Такое заблуждение, естественно, отразилось в трудах болгарского мыслителя, но в большинстве случаев он все же дает точную качественную характеристику химических соединений, хотя и ошибается в количественных отношениях.

Разумеется, бероновская теория происхождения тел воспринимается сегодня как весьма странный и наивный способ объяснения процесса миросозидания. Но не следует забывать, что он творил в эпоху, изобиловавшую различными теориями и учениями. В то время была еще сильна вера в теплород, флогистон и эфир, а открытые законы не могли сразу заставить ученых преодолеть консерватизм и окончательно расстаться с алхимическими увлечениями. И тем не менее его стремление объяснить строение химических соединений с помощью тетраэдров свидетельствует о научной интуиции и немалой одаренности. В современной науке одним из видов пространственной структуры простейших молекул является правильный тетраэдр.

Опираясь на результаты, полученные другими учеными-химиками, и исходя из общих принципов своей натурфилософской системы, Берон выдвигает оригинальную гипотезу о химических процессах, в основе которой лежит своеобразное понимание строения тел. Он признает существование электрических зарядов, связанных с нейтральной материальной субстанцией, придающей тяжесть телам. Болгарский мыслитель опередил своих современников в решении вопроса о строении основных созидательных единиц химических элементов. Ведь идея о том, что атом имеет сложную структуру, созрела значительно позднее. Эту мысль высказал Д. И. Менделеев в 1894 г., а в 1903 г. Дж. Томсоном был сделан первый шаг к созданию модели атома, отражающей его сложное строение. Современная наука, как известно, считает двумя основными характеристиками атома заряд и массу. Мы, конечно, далеки от мысли, что Берон первым догадался о строении атома и атомного ядра, но надо отдать должное его прозорливости.

Определенный интерес вызывают рассуждения мыслителя о течении химических процессов и их разновидностях. Здесь он снова использует изобретенные им термины, которые, по его мнению, точно отражают сущность вещей: «флюиды», «нарушенное равновесие», «материальные элементы» и т. д. Прежде чем охарактеризовать химические процессы, он в самом общем виде формулирует различие между химическими и механическими процессами: «Все перемены или перемещения тел или их элементов , E_? являются результатом течения электрических эквивалентов; эти течения вызываются постоянной причиной — нарушенным равновесием и приводят к следующим результатам: 1) перемещениям тел, называемым механическими, и 2) разделениям элементов тела, называемым химическими» (18, 1, 330). «Химические явления,— пишет Берон, — это те же перемещения элементов; причина этих процессов — нарушения равновесия между весомыми и невесомыми элементами тела. Причиной же таких нарушений являются электричество, теплота и свет» (18, 2, 759). На основе своей терминологии, призванной заменить отжившие «древние термины, не имеющие никакого значения» (18, 1, 10), Берон проводит классификацию различных видов химических процессов: «Среди химических процессов следует различать анализ, синтез и замену» (18, 2, 744).

Следует обратить внимание на то, что главным в химических процессах Берон считал взаимодействие материальных элементов тела. Это напоминает электрохимическую теорию шведского ученого Берцелиуса, согласно которой в каждом элементе преобладает или положительное, или отрицательное электричество, вследствие чего он и заряжен положительно или отрицательно. Поэтому кислород, имеющий свободное отрицательное электричество, легко соединяется с водородом, обладающим свободным положительным электричеством. Оба вида электричества «стремятся» друг к другу.

Несмотря на известное сходство концепции Берона с теорией Берцелиуса, болгарский ученый по-своему объясняет тенденцию атомов к взаимосвязи. «Химики знают, что атом кислорода электроотрицателен — , а атом водорода электроположителен... Но они не знают, что у кислорода атом Н водорода заменен положительным электрическим эквивалентом , а у водорода атом заменен одним отрицательным эквивалентом :

» (там же, 744—745). При этом Берон утверждает, что при соединении электрических эквивалентов «оба вида электричества исчезают и вместо них появляется определенное количество теплоты или определенное количество света или то и другое одновременно» (18, 1, 134). Эта мысль напоминает закон сохранения энергии, мыслитель, очевидно, не был знаком с ним.

Мы уже отмечали, что Берон вывел общую закономерность течения всех химических процессов, представляющих собой, по его мнению, перемещения материальных элементов тел, равновесие которых нарушается из-за присутствия невесомых элементов. Поскольку невесомые флюиды существуют только в трех видах — электричество, теплота и свет, то и химические процессы подразделяются на три вида в зависимости от того, какой из флюидов вызвал нарушение равновесия: «Два вида электричества, свет и теплота производят три вида нарушения равновесия у материальных элементов. Эти нарушения вызывают электрохимические, фотохимические и термохимические процессы» (18, 2, 695).

Одной из важных естественнонаучных проблем, поставленных в натурфилософии Берона, является проблема классификации. Он делает многочисленные попытки классифицировать известные химические элементы и их соединения. При этом он не заимствует чьих-либо идей, а только использует точно установленные факты, чтобы обосновать и систематизировать их по-своему, оригинальным способом. Вызывает интерес, например, такая наиболее общая классификация: «Тела разделяются на три класса: 1) сложные разложимые тела; 2) сложные неразложимые тела; 3) простые неразложимые тела, например водород. Различие между разложимыми и неразложимыми телами состоит в том, что все неразложимые тела способны вступать в определенное количество соединений, тогда как значительное число разложимых тел, которые представляют собой соединения, не соединяются с другими телами; таковы соли» (18, 1, 422).

В своей физико-химии Берон приводит довольно подробную таблицу «неразложимых» тел и их «эквивалентов». Он подразделяет все известные ему элементы на следующие группы: 1. Первичные атомы — водород и кислород. 2. Неразложимые эквиваленты: а) из первой группы — углерод и азот, b) из второй группы — 43 элемента, с) из третьей группы — 12 элементов. 3. Благородные металлы и самые редкие элементы: висмут, ртуть, вольфрам, иридий, осмий, антимонит и др. В таблице имеются графы: название элемента, символ, вес эквивалента, плотность и специфическая теплота.

Обосновывая необходимость классификационной таблицы, которая охватывала бы все известные химические элементы, Берон пишет: «Я изложил: 1) различия в весе, открытые химиками у эквивалентов одних и тех же тел; 2) существование групп, в которых вес эквивалентов находится в геометрической прогрессии; 3) существование видимого соотношения между плотностями; 4) существование переменного соотношения между весом эквивалента и специфической теплотой» (24, 14).

Немало страниц в естественнонаучных трудах болгарского мыслителя посвящено органическим телам. Он также пытается классифицировать их на основе самых общих признаков. Один из таких признаков — состав. По этому основанию все органические соединения подразделяются на пять групп:

I — состоящие из углерода и водорода;

II—состоящие из углерода, водорода и кислорода;

III — состоящие из углерода, водорода и азота;

IV — состоящие из углерода, водорода, кислорода и азота;

V — тел, состоящих из углерода, азота и кислорода, не существует.

Берон убежден, что «углерод и азот вместе с кислородом и водородом образуют все органические тела и большое число неорганических тел» (там же, 323). Совершенно очевидно, что он не проводит резкой границы между органическими и неорганическими телами и не признает существования «жизненной силы», для него это лишь абстрактный термин.

Несомненно, заслуживает серьезного внимания мысль Берона о том, что «материальные элементы органических тел содержатся в неорганических телах» (там же, 471). И здесь, пожалуй, снова следует отметить удивительную научную проницательность болгарского мыслителя, опередившего даже такого авторитетного ученого, как Берцелиус, который первым ввел современные химические знаки элементов. Берон, однако, считал, что целостное изучение органических соединений — задача неразрешимая.

Хотя в эпоху Берона господствовали виталистические воззрения, он отвергал идеалистическое объяснение происхождения и развития природы. Стремясь дать собственное решение этой проблемы, Берон снова прибегает к понятию электро и электрических сил. Критикуя химиков, по его мнению не понимающих сущности химических процессов, он пишет: «В мире есть только электрическая экспансия; она является единственной силой, которая: 1) производит все, что мы наблюдаем; 2) произвела все существующее; 3) произведет все, что появится в будущем» (там же, 657).

Берон не пытается объяснить строение органических соединений. Он правильно определяет качественный состав большинства из них, но дает неточные количественные соотношения. Так, например, формулу этилового спирта Берон пишет следующим образом: С⁴Н⁴, Н²O², ацетона — С⁴Н⁴, С²Н²O², уксусной кислоты — (С²Н²)²O⁴ И т. д. И тем не менее у него были довольно обширные знания о способах получения, свойствах и употреблении многих органических веществ.

Болгарский мыслитель сказал веское слово в открытии изомерии. «Изомерными телами,— пишет он,— называются соединения, у которых одни и те же элементы находятся в одинаковых пропорциях» (там же, 215). Здесь еще не говорится о химическом строении органических тел, поскольку структурная теория в то время еще только набирала силу. Органические соединения Берон не наделяет структурой тетраэдров. Вероятно, он интуитивно чувствует различия в способе взаимосвязи элементов в органических и неорганических соединениях и поэтому удовлетворяется таким заявлением: «Структура неорганических тел, составленная из тетраэдров, кристальна; структура органических тел, составленная из пузырьков, целлюлозна или глобулярна» (там же, 712).

Тщательно изучая свойства органических соединений, Берон затронул вопрос о ферментации как о весьма интересном и трудно поддающемся объяснению процессе: «Одно и то же тело, вступившее в простой контакт с другими телами, получает различные свойства, и это происходит часто без какого-либо изменения его материальных элементов» (18, 2, 704). Ученый вновь прибегает к понятию невесомых флюидов и рассматривает процесс ферментации как «результат течения электричества или теплоты» (там же, 706). В этом вопросе Берон нередко ссылается на Пастера: «Без большого количества фактов, открытых Пастером, я не смог бы показать существование двух состояний электро... Открытия этого натуралиста сделали очевидным деление органических тел на ферментирующиеся и неферментирующиеся» (24, 760). Столь высокая оценка Пастера (а критически настроенный болгарский мыслитель редко позволял себе подобные оценки) свидетельствует о том, что Пастер был для него ученым, достойным уважения. Однако он не смог правильно понять установленный Пастером факт, что ферментация является результатом жизнедеятельности определенных микроорганизмов. Объяснение сущности ферментационных процессов вмешательством в них микроорганизмов, данное основоположником микробиологии, Берон, будучи противником виталистических взглядов на процессы, происходящие в органических телах, ошибочно считал идеалистическим.

В своем стремлении решить все естественнонаучные проблемы Берон пытается классифицировать многие процессы и явления и дать им характеристику. Одной из таких попыток было описание трех агрегатных состояний тел: твердого, жидкого, паро- и газообразного. Твердое состояние тел характеризуется постоянством материальных элементов при их взаимном упорядочении. Особенностью текучих тел является «упорядочение их элементов, в результате чего они располагаются на одном уровне; упорядочение происходит спонтанно всякий раз вследствие давления Р, когда уровень нарушен. Газы, как и пары, зависят от течения теплоты и растут в объеме, увеличивающемся по мере увеличения плотности теплоты» (18, 1, 324). Увеличение объема атомов газа приписывается эластичности. Это свойство, согласно Берону, делает их схожими со светом и теплотой.

В своих произведениях Берон неоднократно подчеркивает, что он не считает все достигнутое до него наукой пределом человеческого познания. Напротив, он убежден в необходимости прогресса в научных исследованиях, накопления все новых и новых знаний. «Число тел, элементы которых не разлагаются, неограниченно, ибо с начала нашего века оно почти удвоилось; нет сомнения, что и в будущем будут открыты подобные тела» (там же, 421). Рассуждая об известных в его время атомных весах элементов, Берон замечает, что данные о них не являются окончательной истиной, а подлежат дальнейшему уточнению: «В будущем могут проводиться более совершенные эксперименты, которые позволят приблизиться к действительным весам эквивалентов» (24, 503).

По мнению Берона, многие из тех веществ, которые химики считают неразложимыми, могут претерпевать изменения и быть разложены на более простые компоненты, если подвергнуть их соответствующим воздействиям. Несовершенная аппаратура пока не позволяла химикам воспроизвести процессы, происходящие под землей при большом давлении и высокой температуре, т. е. при условиях, в которых были образованы эти вещества. Берон убежден, что прогресс науки сделает эти процессы вполне осуществимыми и сократится число тел, считающихся неразложимыми. «Известно, что во внутренностях земли существуют печи, где температура составляет многие тысячи градусов и давление — многие тысячи атмосфер. В этих подземных печах пары и газы образуют соединения, которые не могут претерпеть никаких изменений в самых совершенных лабораториях современных химиков, представляющих собой лишь детские игры по сравнению с лабораториями Гефеста... Так становится возможным доказать, что неразложимые тела были получены в катахтонных[30] печах, какими не обладают химики. Химики не могут ни отрицать существование этих лабораторий, ни создавать их. Напротив, они знают, что будут в состоянии получить такие же соединения, какие получил Гефест, если у них появится возможность использовать его лаборатории» (3, 95).

Излагая свои оригинальные идеи, Берон не ссылается на какие-либо таинственные силы, а объясняет все существующее при помощи электро, теплоты, света, реальных материальных тел.