автореферат диссертации по философии, специальность ВАК РФ 09.00.08
диссертация на тему: Эволюция понятий "структура" в химии

Полный текст автореферата диссертации по теме "Эволюция понятий "структура" в химии"

,гз од

г О № '¿.¡И

На правах рукописи

(Я)

АХТЯМОВ АНДРЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

ЭВОЛЮЦИЯ ПОНЯТИЯ «СТРУКТУРА» в химии

Специальность 09.00.08 - философия науки и техники

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата философских наук

КАЗАНЬ-1999

Работа выполнена на кафедре философии Казанского государственного технологического университета

Научный руководитель:

доктор философских наук, профессор Балтанова Г. Р. Официальные оппоненты: доктор философских наук, профессор Рабинович В.Л.; кандидат философских наук, доцент Разногорский Я.Я Ведущая организация: Российский государственный химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева.

Защита состоится "_"_1999 года

на заседании Диссертационного Совета (К. 053.29.11) в Казанском государственном университете. Адрес: 420008, Республика Татарстан, г. Казань, ул. Кремлевская, 18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного университета.

в

часов_минут

Автореферат разослан

1999 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета,

кандидат философских наук,

доцент

Г 5-4 0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы исследования. Изучение эволюции понятия "структура" в философском плане вызвано двумя причинами. Во-первых, необходимостью распутать .„клубок противоречивых идей, существенно по-разному характеризующих историю развития структурных представлений в органической химии. Не только в истр-рико-научной, но даже в учебной литературе до сих пор существует путаница в освещении таких фундаментальных теорий в органической химии, как теория сложных радикалов И.Я. Берцелиуса (или дуалистическая теория), "унитарная" теория Ш. Жерара, теория химического строения A.M. Бутлерова и т.д. А.М. Бутлерову приписывается то, что до него сделано Ш. Жераром и А. Кекуле и не замечается то самое важное и главное, ч¥о составляет его истинный вклад в науку и что является действительным теоретическим фундаментом современной химии. Во-вторых, изучение эволюции понятия "структура" в химии вызвано необходимостью выяснить или,; по крайней мере, уточнить адекватное содержание самого, понятия "структура" в ряду общенаучных или системных понятий,; несмотря на то, что по этому вопросу в литературе существует, немало суждений философского характера.

Что касается первой причины, связанной с противоречивыми оценками различных, структурных теорий, то о ней можно сказать следующее. Многие наши отечественные историки химии и философии в 1940-х годах явно переувлеклись погоней, за примерами приоритетов русских ученых в открытии каких-то новых явлений. Часто нашим русским ученым, начиная с М.В. Ломоносова, приписывалось то, что им и не принадлежит, и в то же время не придавалось должного значения тому, что им действительно принадлежит. Как уже сказано выше, A.M. Бутлерову приписывался,, в частности, приоритет в создании первой структурной теории, под которой подразумевалась только одна теория химического строения. Например, такие видные историки органической химии, как Г.В. Быков, Ю.СиМусабе-ков, ввиду этого всю историю органической .химии разделяют на два периода: доструктурный и II структурный, относя к доструктурному периоду все то, что было до A.M. Бутлерова. Они полностью отождествляют таким образом два понятия: "структура молекул" и "химическое строение"; тогда как второе понятие является лишь частным случаем первого, доказательство чему см. ниже в диссертации. Они объективно отрицают, далее, право называть структурными

теориями химическую атомистику Дж. Дальтона или теорию строения твердых тел А. Авогадро, хотя в этих теориях непосредственно фигурирует термин "структура".

Такого рода квалификация структурных теорий из историко-химической литературы перекочевала и в учебники, в которых A.M. Бутлеров представлен как автор устаревших взглядов, принадлежавших А. Кекуле, но не как подлинный революционер в науке, о чем см. ниже.

Историкам науки в какой-то степени помогают и философы, которые тоже отождествляют понятия "структура молекулы" и "химическое строение". Как это ни странно, но даже Б.М. Кедров в некоторых своих работах явно недооценивает роль добутлеровских структурных теорий органической химии в целях выставления на первом плане A.M. Бутлерова. Хотя у A.M. Бутлерова он не замечает опять-таки самого главного - революционного перехода через стехиомет-рические барьеры и объяснения различной реакционной способности разных химических связей. При этом Ш. Жерара, автора системного учения в химии, он обвиняет в агностицизме и в том, чтб Жерар понимал диалектику "...не в гераклитовском смысле, а в кратилов-ском, т.е. в духе полного релятивизма и скептицизма".

В настоящее время в науке появились явно противоположные данные о том, что Ш. Жерар был одним из основоположников современного системного учения, что своим вкладом в развитие структурных представлений он во многом способствовал и успехам A.M. Бутлерова.

Рассмотреть все эти коллизии в свете общего хода эволюции понятия "структура" в химии - задача, конечно, весьма важная и актуальная.

Вторая причина появления настоящего исследования, а следовательно и критерия актуальности избранной темы, не менее весома. Она служит основанием для более адекватного суждения о содержании понятия "структура" не только в теоретическом плане, но также и в практическом отношении. Главный интерес здесь появляется к вопросу о соотношении статического и динамического аспектов в понимании структуры. Структура обычно противопоставлялась динамике, ибо последняя рассматривалась часто как фактор разрушения структуры. Если вчитаться в текст Б.М. Кедрова, характеризующий Ш. Жерара, то сразу становится ясным, что Б.М. Кедров видит в динамичности идей французского ученого, в его представлениях о способах познания молекулы только через химический

процесс, вроде как нежелание проникнуть внутрь структуры вещества. Динамичность идей Жерара он называет недозволенным "крати-ловским" методом познания. Но сегодня все эти опасения напрасны: химия сегодняшнего дня открыла массу таких динамических структур, что еще в 1930-1950-х годах они показались бы утопией.

Ясно, что решить вопрос о соотношении статического и динамического в понятии "структура" можно только при помощи изучения эволюции понятия "структура" в науке, в химии в частности и даже в особенности.

Степень разработанности проблемы. К вопросу о том, что такое "структура" как общенаучное понятие, обращались многие философы и в частности Н.Ф. Овчинников, B.C. Тюхтин, A.A. Печенкин, И.В. Кузнецов, М.И. Сетров и др. В их работах понятие "структура" определяется через понятие "система". У Н.Ф. Овчинникова "структура - это инвариантный аспект системы", B.C. Тюхтин структурой называет "устойчивую упорядоченность системы".

В настоящей работе используется именно это определение понятия "структура", потому что оно работает на всех уровнях эволюции понятия "структура" в химии, начиная с Дж. Дальтона и кончая современными теориями квантовой химии. Определение B.C. Тюхтина помогло решить вопрос о том, где же, в какой химической теории, впервые появляется понятие "структура" и правы ли те историки химии, которые все добутлеровские теории органической химии относят к так называемому "доструктурному периоду".

Но наиболее важные материалы, характеризующие степень разработанности проблемы диссертации, находятся в трудах по истории химии, а именно в трудах H.A. Фигуровского, М.Г. Фаерштей-на, Ю.И. Соловьева и В.И. Куринного, М. Джуа, В.Л. Рабиновича. В этих трудах точно освещены вопросы о первых теориях химии, в которых фигурирует и термин, и понятие "структура". В них указана роль понятия "структура" в описании, как молекул, так и кристаллов, и поэтому в диссертации эти труды приняты в качестве опорных фактов, в качестве базового материала, если они даже вступают в противоречие с какой-либо философской оценкой. В таких случаях философская оценка подвергается и не может не подвергаться пересмотру .

Теоретико-методологические основы исследования. Методологические основания исследования состоят в логической реконструкции истории науки, т.е. в том, чтобы в нагромождении фактов, описываемых в книгах по истории химии, увидеть определенную

упорядоченность, логическую последовательность, закономерность. В этом состояла давно сформулированная в философской литературе задача, вставшая перед каждым исследователем в области логики науки.

Но для выполнения этой задачи проторенного пути нет. Факты из истории химии только тогда укладывались в рамки логики, когда есть хотя бы какая-то гипотеза, их объединяющая и - тем более -упорядочивающая. В данной работе автор использовал концепцию развития химии, предложенную В.И. Кузнецовым. В этой концепции изложены и вопросы эволюции понятия "структуры" в химии, но только как частность целого без подробного изложения существа проблемы. Задача автора диссертации состояла в том, чтобы развить и обосновать новым материалом положения указанной концепции. То есть надо было вновь обратиться к логической реконструкции истории структурной химии, но уже с "компасом" в руках.

Цель и задачи исследования. О цели работы можно составить представление уже по приведенной выше характеристике ее актуальности. Цель работы состоит в том, чтобы по возможности разрешить все основные противоречия в вопросе о содержании понятия "структура" в химии и в понятии "структура" вообще. Цель работы заключается также в выяснении отношений между понятиями "структура" и "динамика", в реабилитации тех исследователей, которые подходят к пониманию структуры молекул через динамику, через учение о процессах.

Цель работы заключается, наконец, в подлинной реабилитации А.М. Бутлерова, заслуги которого в учебниках химии явно занижены, искажены и по недоразумению отождествлены с заслугами его предшественников.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задач и.

* исследовать историю развития науки, в частности, химии в области познания структуры объекта.

* дать анализ эволюции содержания понятия "структура" в связи с переходом от статического к динамическому уровню исследования.

* раскрыть гносеологическое и методологическое значение основных структурных теорий химии.

* показать основные моменты зарождения науки о структурном и системном подходе с учетом формирования диалектического мышления в познании.

* выявить основные уровни в формировании понятия "структура" как устойчивой упорядоченности качественно,неизменной системы.

Научная новизна исследования и положения, выносимые на защиту. Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней заново рассматриваются положения, высказанные в литературе, в том числе в учебной литературе, о путях развития структурной химии, т.е. о методах и путях познания строения вещества. Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту, состоят и в том, что в ней излагается в качестве выводов из истории химии принципиально новая трактовка по существу всех структурных теорий органической химии, а именно теорий Берцелиуса, Жерара, Кекуле, Бутлерова и квантово-химических теорий.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Понятие "структура" в химии формируется в работах Дж. Дальтона в 1800-1803-х гг. при обобщении им эмпирически установленных стехиометрических законов, а именно закона постоянства . состава и закона эквивалентов, открытых в конце XVIII века. Дальтон а своих работах решает проблему соотношения состава и структуры ; в том плане, что переводит описание качественной определенности химически индивидуального вещества, например метана, с языка весовых процентных отношений между элементом С и элементом Н (12:4) на язык атомистики - СН4» Структура у Дальтона - это построение "сложного атома" (т.е. молекулы) из дискретных простых атомов. Это - наглядное объяснение двух указанных стехиометрических законов и - одновременно - теоретическое предсказание, т.е. открытие самим Дальтоном третьего стехиометрического закона , простых кратных отношений.

Дальтон не пользовался термином "структура", но для наглядного обозначения построения "сложных атомов" он впервые ввел своего рода структурные формулы воды, метана, оксида серы и т.д. См. ниже в гл. I.

Вслед за работами Дальтона в данной области выступает дуалистическая теория и учение о сложных радикалах И.Я. Берцелиуса. В работах Берцелиуса также решается проблема соотношения состава и строения вещества, но состав выражается уже не в аспекте химической атомистики, а в форме привычных для нас знаков всех известных химических элементов.

"Структура" Берцелиуса - это выражение строго упорядоченного состава молекул химически индивидуальных веществ в соответствии с требованиями электрохимического дуализма. Структурные представления Берцелиуса как частный случай описания природы вещества сохранились до сих пор и вошли в состав новых химических теорий.

Утверждение Берцелиуса о существовании свободных сложных радикалов, лежащее в основе его структурной теории органических соединений, история отвергла.

2. Вторым и очень важным этапом эволюции понятия "структура" в химии следует признать унитарную теорию Ш. Жерара. Эта теория кладет начало системным представлениям в науке вообще, не только в химии. Она вводит и обосновывает представления о взаимном влиянии атомов в молекуле, а это главное, что может служить объяснением различной реакционной активности разных веществ. В этом - огромная эвристическая ценность теории.

Системные воззрения получили своеобразное развитие в формульном схематизме А. Кекуле, основанным на предложенной им теории валентности. Кекуле впервые ввел по существу современные структурные формулы в органическую химию, и они послужили компасом для многих важных реакций органического синтеза. В этом - огромная его заслуга. Но его формулы не несли информацию о реакционной способности веществ. Они лишь намечали "архитектурный" план синтеза новых веществ, но не только не давали средств управления химическим процессом, но не могли дать ответ на саму возможность намечаемого синтеза. В этом отношении формульный схематизм Кекуле уступал унитарной теории Жерара.

3. Третий этап эволюции понятия "структура" в химии ознаменован появлением теории химического строения A.M. Бутлерова. Эта теория по принципу соответствия включила в себя все то рациональное, что было в работах Берцелиуса, Жерара и Кекуле. Но Бутлеров пошел намного далее этих ученых. Он объяснил, почему такие, например, вещества, как изомеры бутана

СН3 -СН2 -СН2 -СН3 СН3 - СН - СН3

I

СНз

обладают существенно разной реакционной активностью. Он показал, что это обусловлено различием энергии химических связей, ко-

торые, в свою очередь, есть результат взаимного влияния атомов в молекуле. Он впервые таким образом переступил закон эквивалентов как один из основных законов химии. Ведь согласно этому закону, все химические связи Н-Н, С-Н, О-Н и т.д. должны быть эквивалентными. Теория валентности Кекуле также требует такой эквивалентности. Бутлеров же показал, что связи С-Н в бутане энергетически неэквивалентны: в группах СН3 они крепче, чем в группах СН2> а в группе СН в изобутане они очень слабые и потому более активные.

Главным образом в этом суть теории химического строения. И потому она дает указания заранее, какие соединения будут в реакциях более активны и какие менее активны. Дополненная многими эмпирически установленными правилами (правило В.В. Марковнико-ва, A.M. Зайцева, Е.Е. Вагнера и т.д.) эта теория служила и служит действенным инструментом органического синтеза.

4. Четвертый этап - квантовохимический. Центральным понятием в нем является понятие молекулярной орбитали, согласно которому молекула имеет единое поле электронов связей с большей или меньшей плотностью между отдельными ядрами, что и определяет различие реакционной способности разных веществ. То есть теория молекулярных орбиталей теоретически обосновывает выводы Бутлерова и может служить методом количественного определения активности вещества.

Все эти этапы вместе взятые приводят к выводу, что вне зависимости от термина ("структура", "строение", "конституция" и т.д.) понятие "структура" по своему содержанию есть определенная упорядоченность качественно неизменной системы. В данном случае молекулы.

Но изучение эволюции этого понятия приводит к выводу, что его содержание все более обогащается за счет динамических аспектов. Динамические компоненты этого понятия возрастают от Дальтона к Берцелиусу, от Берцелиуса к Жерару, а далее к Бутлерову и квантовой химии.

5. Высшей точкой эволюции понятия "структура" в химии в аспекте роста динамических представлений является открытие веществ типа бульвалена. Молекула этого соединения С10Ню- это качественно неизменная система и в то же время самый настоящий химический процесс, так как валентные изомеры бульвалена, а их насчитывается более 1млн 200 единиц, переходят друг в друга с кинетическим барьером до 10-12 килокалорий. Молекула бульвалена

непрерывно находится в состоянии химических изменений, в целом не изменяясь качественно.

Научно-практическая значимость исследования. Если в настоящей работе решены все задачи, обозначенные выше, то ее практическое значение очевидно. Она будет основанием пересмотра ошибочных положений, попавших в историко-научную и философскую литературу в 1940-1950-х годах. Она будет способствовать исправлению ошибок, о которых сказано выше, в учебниках химии. В теоретическом отражении она имеет определенное значение для дальнейшего развития общей теории систем.

Апробация работы. Текст и выводы диссертации обсуждались на заседании кафедры философии Казанского государственного технологического университета, на кафедре философий Казанского государственного университета. Данные диссертации используются в курсах лекций и семинарских занятиях по философии.

Выводы диссертационного исследования были доложены и обсуждены на Межвузовской научной конференции "Методологические проблемы науки" (Казань, 1998).Содержание диссертации отражено в 3 статьях.

Структура диссертационной работы определяется целями и планом исследования, который, в свою очередь, продиктован последовательностью этапов эволюции понятия "структура" в химии. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографии.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность темы, анализируется степень разработанности проблемы, формулируются цель и задачи исследования, его методологические основания, определяется его научная новизна.

Глава I "Появление первых представлений о "конституции" тел, о структуре или строении молекул в работах Ломоносова, Дальтона, Берцелиуса (с середины XVIII в. до 1830-х годов)" включает в себя три параграфа: п. 1 "Предвидение законов химической атомистики М.В. Ломоносовым"; п. 2 "Атомистика Дальтона"; п. 3 "Дуализм Берцелиуса. Структура как упорядоченный состав".

Первые представления о "структуре" как химической категории могли складываться только в результате появления химической атомистики, т.е. тогда, когда химики перешли от характеристики вещества через весовые и объемные процентные отношения содер-

жащихся в нем химических элементов к характеристике через соотношение эквивалентов и далее - через представления об атомах, составляющих молекулу. Но самые ранние представления об атомах появились в древности, в античной натурфилософии, вне рамок химии. Они сводились к утверждению, что тела природы представляют собой не сплошную, непрерывную массу, но скопление дискретных, далее неделимых частиц - атомов. Применительно к телам различной химической природы представления об атомах развил Р. Бойль, связав их с понятием химического элемента. Однако самым близким этапом на пути к химической атомистике следует признать работы М.В. Ломоносова, который сформулировал более или менее четкие представления об атомномолекулярном строении химических веществ.

Во втором параграфе излагаются работы Дальтона, направленные уже собственно на формирование атомно-молекулярного учения. Правда, в терминологическом отношении Дальтон оставался на своих особых позициях: то, что мы называем молекулой, он именовал "сложным атомом", состоящим из "простых атомов". Сущность химической атомистики Дальтона состояла в том, что при помощи представлений об атомах он объяснил те химические отношения, в которых вещества реагируют друг с другом согласно закону эквивалентов и входят в состав химически более сложных веществ согласно второму закону стехиометрии, - закону постоянства состава. На основе атомистического объяснения закона постоянства состава и закона эквивалентов Дальтон теоретически, т.е. вне эксперимента, открыл еще новый - третий стехиометрический закон -закон простых кратных отношений. Этот закон явился убедительным доказательством в правильности пути Дальтона и помог ему в формировании его химической атомистики - как новой по тому времени (начало XIX в.) общей теории химии.

В третьем параграфе рассматриваются дуалистические воззрения выдающегося шведского химика. Согласно этим воззрениям, источником которых является электрохимическая теория сил сцепления атомов, молекула любого химического соединения состоит лишь из двух частей - положительно и отрицательно заряженных. Силой, объединяющей эти части, являлось электрохимическое взаимодействие. При этом каждая из этих частей может существовать самостоятельно. Таким образом, Берцелиус считал, что молекула это не хаотическое скопление атомов, а некая упорядоченность, существующая именно за счет разноименных зарядов атомов

или радикалов. Такой смысл вкладывался Берцелиусом в понятие "структура".

Во второй главе "Структура как главная характеристика "унитарной системы" в работах Жерара" раскрываются теоретические воззрения Жерара, начиная с принципов его системного метода, которые он противопоставил дуализму Берцелиуса. Данная глава состоит из трех параграфов: п.1 "Отрицание дуализма. Появление первых представлений о системе почти в современном ее понимании"; п.2 "Этапы на пути создания унитарного учения"; п.З "Находился ли Жерар на позициях позитивизма и агностицизма?"

В первом параграфе рассматривается процесс становления системных представлений, осуществленный благодаря работам Ш. Жерара. Данные представления состоят из нескольких основных положений. Так, основываясь на экспериментальных данных, Жерар сделал важнейший для химии вывод: попадая в молекулу химического соединения, атомы химических элементов утрачивают те свои прежние свойства, которыми они обладали, находясь в молекулах исходных реагентов. Или, иначе говоря, химические элементы, не обладают строгим постоянством свойств. Второе: по Жерару, молекула химического соединения представляет собой не простую совокупность атомов и атомных групп (радикалов), способных к самостоятельному существованию, а целостную "унитарную", т.е. единую систему. Основным критерием, - отличительным признаком системы, - является взаимное влияние и взаимное преобразование составляющих ее атомов. В этом определении - отграничение понятия "система" от понятия "суммативного множества". Куча песка, груда камней - это множество суммативное, потому что количественное изменение этого множества - прибавление и отнятие их не изменяют качества песка или камней, не изменяют качества множества. Система - это особое, именно системное множество элементов; от суммативного множества оно отличается наличием взаимного влияния и взаимного преобразования элементов в системе, - прибавление их или отнятие, - приводит к изменению качества.

Во втором параграфе автор рассматривает этапы на пути создания унитарного учения. Характеризуя работы по созданию этого учения, необходимо рассмотреть условия, в которых они создавались.

Во-первых, для химии рассматриваемого периода была характерна путаница в основных понятиях. Дуалистическая теория Берцелиуса сместила такие понятия как "атом", "молекула" и "экви-

валент". Их строгое разграничение произошло на Международном конгрессе в Карлсруэ, который учел предложения Жерара по этому поводу.

Во-вторых, все нововведения Жерара были встречены "в штыки" Берцелиусом и прочими химиками, которые следовали в фарватере идей шведского химика. Также следует учесть то обстоятельство, что свои основополагающие работы Жерар начал создавать с восемнадцати лет. Сначала (в 1835 г.) он подверг пересмотру сведения о составе природных силикатов и установил их правильные формулы. Затем он устанавливает правильную формулу воды и там же формулирует "закон частных паев" для органических соединений. Следующим этапом работ Жерара было установление "эквивалентов", а по существу, атомных весов водорода, кислорода, углерода и т.д.

В третьем параграфе автор анализирует ситуацию, отраженную в историко-научной литературе по поводу выдвижения некоторыми учеными, в частности, Б.М. Кедровым и Г.В. Быковым, вышеуказанных упреков в адрес французского химика. Дело в том, что в 1830-х гг. среди химиков сложилось мнение, что органические "вещества следует изображать двумя видами формул. Одни из них1 -эмпирические, отражающие только состав веществ, другие - рациональные или ,как потом их стали называть - структурные формулы; изображающие вещество "развернуто". Жерар пользовался для описания химических соединений только эмпирическими формулами, что повлекло за собой обвинения в агностицизме и позитивизме со стороны таких видных ученых, как Б.М. Кедров и Г.В. Быков. Однако, при анализе подхода Жерара к использованию формул выяснилось, что французский химик имеет для данного предпочтения веские основания. Жерар использовал только эмпирические формулы потому что, по его мнению, они были безупречно точными и ясными на первой ступени познания вещества. Что же касается использования рациональных формул, то в них у ученых была сплошная путаница. Но вместе с тем, Жерар признавал роль и рациональных формул "..когда речь идет о выявлении графическим путем некоторых аналогий в реакциях..". Что касается обвинения Жерара в агностицизме, то лучше всего в ответ на это процитировать самого Жерара: "Знание абсолютного расположения атомов в молекуле, очевидно, предполагает значение его и при всех тех метаморфозах, при которых тело образуется. Пока эта вещь невозможная, нам остается еще многое сделать, чтобы она осуществилась... ".

В третьей главе "Структура молекул в классической теории валентности. Формульный схематизм Кекуле как отрицание отрицания" рассматриваются структурные представления Кекуле, выразившиеся в созданной им теории валентности и проявившимся при этом аддитивным подходом к строению молекул химических соединений. Данная глава состоит из трех параграфов: п.1 "Формульный схематизм и его значение для органической химии"; п.2 "Величие автора и противоречивость его творчества"; п.З "Аддитивный способ мышления. Его простота и его пороки".

В первом параграфе диссертант исследует процесс формирования структурных воззрений Кекуле. Исторические предпосылки созданной Кекуле теории валентности это теория типов Жерара и теория сложных радикалов Берцелиуса. Все это способствовало созданию Кекуле представлений о единицах сродства атомов и радикалов. Созданная Кекуле теория валентности позволила ему "из природы элементов выводить природу как радикалов, так и их соединений". Исходя из этого, автор теории валентности считал, что химическое соединение и радикалы представляют собой соприлега-ние атомов в соответствии с их сродством, и это соприлегание можно адекватно выразить при помощи формульного схематизма.

Таким образом, была решена проблема наглядного моделирования пространственного расположения атомов в молекулах соединений. Эта наглядность и простота формульного схематизма упрощала проблему изучения строения как сложных радикалов, так и самих соединений. Появление этого вида формульного моделирования позволило химикам решить проблему получения из элементарных веществ множества соединений. Но, с другой стороны, простота и наглядность формульного моделирования были обусловлены аддитивным подходом к исследованию химических соединений. Этот подход можно отразить формулой "целое равно сумме частей" т.е., молекула изучалась как суммативное целое. Так была не учтена ценнейшая идея Ш. Жерара о том, что химическое соединение есть унитарное образование, в котором все ее элементы представляют собой совокупность взаимозависящих частей.

Во втором параграфе рассматривается А. Кекуле как одна из крупнейших фигур в истории химии XIX века. Оценка деятельности этого ученого противоречива. Наряду с тем, что его называют создателем основ структурной органической химии, ему справедливо приписывают чрезмерные амбиции в этой области. Например, отказываясь от работ Жерара в области теории типов, Кекуле сво-

дит на нет эту теорию как непременную предшественницу теории валентности. Кекуле создает искусственные обрывы в единой линии эволюции понятия "структура" в химии: он отбрасывает все то позитивное, что создано в науке до него и наряду с ним. Речь идет о его полемике с Бутлеровым, в которой он подменяет теорию химического строения российского ученого своим формульным схематизмом.

В третьем параграфе автором рассматривается сущность аддитивного подхода, изучаются его положительные и отрицательные стороны. Развитие такого подхода Кекуле есть следствие "упрощения проблематики путем введения понятия связи между отдельными атомами". Путь, которым пошел Кекуле, есть не что иное, как путь самого удобного расчета в математической области. Такой способ принёс несомненную пользу при расчете состава углеводородов-парафинов СпН2п+2 и олефинов СпН2п. При прогнозировании новых углеводородов этот способ был возведен в ранг абсолютного. Но аддитивный способ предполагает ряд ограничений. Они видятся в отсутствии изменений и неэквивалентности в молекулярных характеристиках. "Мышление в целых числах", по выражению Хюккеля, выражается в рассмотрении только количественных характеристик, без качественных. Но следует отметить, что аддитивный подход является необходимым атрибутом этого этапа в развитии структурных представлений. Это следствие наглядности в формульном схематизме, его простоте. Представления Кекуле основаны на стехиометрии, а значит, он способствовал развитию идей дискретности в химии.

В четвертой главе "Структура в теории химического строения Бутлерова" раскрывается механизм образования вышеупомянутой теории и ее специфика в отношении строения вещества. Данная глава состоит из двух параграфов: п.1 "Синтез идей Берцелиуса, Жерара и Кекуле"; п.2 "Химическое строение и идеи динамики в структурных теориях".

В первом параграфе рассматриваются предпосылки возникновения теории Бутлерова, тот исторический материал, на который опирался ученый при создании своей теории. Концепция Бутлерова заключалась в отрицании идеализации стехиометрических законов. Позиция Бутлерова выражалась в конечном итоге в повышении и упрочении роли динамизма молекулярных структур. Все предшествующие концепции отдавали дань привилегиям дискретности в химических отношениях, которая вытекала из стехиометрии. Правда, Жерару первому принадлежит заслуга в отходе от превалирования

этих идей. Теории Купера и Кекуле отличались "аддитивностью" в стиле мышления. Они строили формульные схемы, опираясь на взаимное насыщение "единиц сродства" элементов в молекуле. Построения Бутлерова основывались на "взаимном насыщении сил сродства". Бутлеров в своей теории сумел диалектически объединить две важнейшие характеристики вещества - статическую и динамическую. Идея динамичности и непрерывности химических отношений у Бутлерова - это энергетическая неэквивалентность связей между атомами в молекуле. Теория Бутлерова прервала идеализацию в равноценности связей между атомами. Становление теории Бутлерова произошло благодаря множеству диалектически и логически связанных факторов. Вот некоторые из них: методологический подход самого ученого, критерий практики, возведенный им в правило и, конечно же, обращение к истории науки.

Во втором параграфе рассматривается роль теории Бутлерова в формировании концепции динамизма в молекулярных структурах. Идея динамизма в трактовке Бутлерова заключалась в том, что он рассматривал химические отношения в соединении не как застывшие, но в постоянном движении. Таким образом, ученый представлял соединение в подвижном равновесии. Развитие положения Бутлерова о неэквивалентности связей между атомами дало мощный импульс для прогресса идей о непрерывности в химических отношениях. Благодаря этой теории, исследователи получили возможность применять на практике новые системно-структурные представления. Теория Бутлерова, исследуя внутренние связи и стороны молекулы, является направляющим фактором в понимании глубинной сути процессов. Сам по себе метод Бутлерова, изложенный в теории, представляет собой диалектическое отрицание ранних структурных воззрений с переносом их рациональных идей вкупе с принципиально новыми положениями.

В пятой главе "Структура как устойчивая упорядоченность качественно неизменной системы" раскрывается специфика развития знаний в области химии, связанная с размыванием границ между предметами, т.е. соединениями и процессами. Изменения, которым подвергаются химические соединения при их взаимодействии, в той,или иной степени свойственны всем соединениям. Но существует ряд соединений, строение которых особенно динамично, и оно ещё до химической реакции представляет собой своеобразный процесс, совмещённый со статикой сооружения. В ходе эволюции структурных представлений противоположность между структурой и ди-

намикой разрешается, тем самым раскрывая новые горизонты в этой области химии. Данная глава состоит из четырех параграфов:' п.1 "Понятие "структура" в первых электронных теориях химии"; п.2 "Открытие бульвалена и ему подобных соединений. Что такое структура бульвалена?"; п.З "Понятие "структура" в квантовой химии"; п.4 "Гносеологический аспект квантовохимических теорий".

В первом параграфе показано начало формирования электронных теорий в химии. Первые такие теории объясняли одинарную химическую связь как образование локализованной между атомами пары электронов, которые обозначались точками. Наряду с продвижением вперёд, т.е. наряду с раскрытием электронной природы химической связи, налицо был и шаг назад. Это выразилось в перечеркивании энергетической неэквивалентности связей и возврат к формульному схематизму.

Далее появились теории, которые вкладывали понятие структуры молекул и электронное содержание, и одновременно энергетическую неэквивалентность химических связей. К.ним относятся теория "электронных смещений" и "теория резонанса".

В целях адекватного отражения действительности, в.частности строения молекулы бензола, автор теории резонанса,Л. Полинг предложил моделировать его структуру посредством "резонанса", т.е. своего рода усреднения пяти канонических структур. При этом он указывал, что эти пять структур фактически сами по себе могут и не существовать. Существует лишь их резонансный гибрид.

Во втором параграфе рассматривается строение углеводорода СюЯю в форме резонансного гибрида, существующего в количестве 1,2 млн. электронных изомеров. Таким образом, это соединение представляет собой единство предмета и процесса, или соединения и химической реакции. Структура бульвалена постоянно перестраивается, но при этом качественно не меняется. Сама молекула имеет шарообразную форму, по поверхности которой движутся 10 водородных атомов. Движение Н-атомов по поверхности молекулы призвано обеспечить устойчивость структуры бульвалена. Открытие подобных соединений в высшей степени способствовало упрочению роли динамизма в структурных теориях. Исследование подобных молекул позволяет последовательно определить их реакционную способность и, соответственно, применение их в процессе органического синтеза. '

В третьем параграфе автором рассматривается роль структурного фактора в новом витке развития химии - квантовой химии. В

предыдущих параграфах отражена тенденция развития первых электронных теорий. Но в этих теориях электронная пара рассматривалась как микрочастица, т.е. как целочисленное дискретное образование отрицательных зарядов. Поэтому не совсем ясным было, как происходит "электронное смещение": только как сдвиг электронной пары в зоне двух атомных ядер или еще как "перескок" части электронов через атомные ядра ? Ясность в этот вопрос внесла квантовая химия, которая сформировалась в связи с распространением положений квантовой механики на химические объекты. Вот основные положения этой науки применительно к проблеме структуры химических соединений.

1) Электроны обладают двойственной природой. Электрон -это и волна, и частица. Состояние непрерывности характеризуют моделью электронного облака с большей или меньшей электронной плотностью.

2) Химическое взаимодействие внутри молекулы представляет собой электростатическое взаимодействие всего облака валентных электронов данной молекулы с единым положительным зарядом всех атомных ядер.

3) Ввиду того, что в молекуле все валентные электроны принадлежат всем ядрам и осуществляют взаимодействие всех ядер, в принципе молекулу следует представлять как "единую систему с многоцентровыми связями". И лишь увеличенная электронная плотность между отдельными ядрами с увеличенным положительным зарядом создает "сильные связи" в отличие от слабых - с меньшей электронной плотностью.

4) Любая химическая частица как агрегат атомных ядер, образованная за счет взаимодействия с единым электронным облаком, рассматривается как единая квантово-механическая система. Критерием устойчивости этой системы является минимум ее полной энергии.

Таким образом, квантовая химия открыла глаза химикам на самое их сокровенное - на электронно-волновую природу химической связи, открыла новые горизонты в понимании строения вещества.

В четвертом параграфе "Гносеологический аспект кванто-вохимических теорий" данный вопрос рассматривается под углом зрения общих закономерностей развития научных знаний. Изучение истории науки показывает, что развитие научных теорий проходит в две стадии - интенсивную и экстенсивную. Экстенсивное

развитие теории может быть рассмотрено как ее функционирование. Под функциями теории понимаются типы решаемых этой теорией задач.

В данном параграфе рассматриваются три функции теории: а) объяснительная; б) предсказательная; в) функция описания. Различные функции теории проявляются по-разному на различных стадиях ее развития. Это касается и функций квантовомеханической теории в химии.

Установление роли и места квантовой химии в области химических наук напрямую связано с определением пределов теории, которые могут рассматриваться как границы ее экстенсивного развития.

Пределы квантовомеханической теории в химии определяются соотношением общего и особенного в науке. Общее - это овладение сущностью химического взаимодействия. Основная роль в познании данной сущности принадлежит квантовохимическому способу исследования. Познания химически индивидуальных соединений требует разработки частных теорий, выявляющих роль особенного в химии. Разработки частных теорий способствуют определению пределов общей теории, т.к. она все же неспособна отразить все многообразие единичного и особенного.

В Заключении диссертации подводятся итоги, формулируются основные выводы и показываются перспективы дальнейшей разработки поставленной проблемы.

Основное содержание диссертации отражено в следующих

публикациях:

1. Концептуальная система как способ научного исследования // Методологические проблемы науки: Материалы научной конференции. - Казань,1998. - с. 8-14.

2. Возникновение представлений о взаимном влиянии элементов в системе // Методологические проблемы науки: Материалы научной конференции. - Казань,1998. с. 14-19.

3.Проблема гуманизации в процессе преподавания философии в технологическом вузе // Методологические проблемы науки: Материалы научной конференции. - Казань,1998. с. 64-67.

ИПЦ «НКНХ» 2-1487-100