Введение к работе
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, чЪ 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 ИДИ,; 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, что 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, А.А. 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 НА 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 стехиометричєских 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 стехиометричєских 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 во
обще, 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 озна
менован появлением теории химического строения A.M. Бутлерова.
Эта теория по принципу соответствия включила в себя все то рацио
нальное, что было в работах Берцелиуса, Жерара и Кекуле. Но Бут
леров пошел намного далее этих ученых. Он объяснил, почему та
кие, например, вещества, как изомеры бутана
СНз -СН2 -Сп2 -СНз СНз - СН - СНз
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 поня
тием в нем является понятие молекулярной орбитали, согласно ко
торому молекула имеет единое поле электронов связей с большей
или меньшей плотностью между отдельными ядрами, что и опреде
ляет различие реакционной способности разных веществ. То есть
теория молекулярных орбиталей теоретически обосновывает выво
ды Бутлерова и может служить методом количественного определе
ния 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 ве
ществ типа бульвалена. Молекула этого соединения С10Н10- это ка
чественно 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 ки
нетическим 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.
