История химии, аналитической химии и её метода

НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ, 2006, №2

СЛОВО молодым

УДК 543

История химии, аналитической химии и её метода

В.В. Тарасова

Рассмотрена история естественной науки «химия», аналитической химии, на современном этапе своего развития выходящей за пределы химии, и ее метода (объемного анализа) со специальной, химической, точки зрения. Сделана попытка сравнения результатов представления истории химии, химической дисциплины и ее метода как процесса кумулятивного и, наоборот, дискретного, а также как совокупности конкретных событий.

The given article reflects the history of natural science "chemistry", analytical chemistry and its method from the special, chemical, point of view. We made an effort to compare results of showing history of chemistry, chemical subjects and its method as a cumulative and discrete process and also as a whole complex of concrete cases.

Введение

История относится к комплексу социальных наук и делит с остальными свой предмет - общество и человек [1]. История является ядром гуманитарного знания. В.И. Кузнецов под историей науки понимает «не только итог или сумму научных знаний, но прежде всего фиксированный процесс получения этих знаний, анализ которого позволяет вскрывать закономерности развития науки» [2].

Эволюцию предмета химии при переходе от классической химии к современной можно проследить, ознакомившись с работами [2] и [3]:

- предметом классической химии является молекулярный уровень организации вещества, т.е. шесть типов дальтонидов [2];

- предметом современной химии является надмолекулярный уровень химической организации вещества, т. е. шесть типов бертоллидов, а также активированный комплекс, или переходное состояние вещества [2], и самоорганизующиеся химические системы.

Профессор H.A. Фигуровский так определяет историю химии: «История химии изучает и описывает процесс накопления химических знаний, развития химии и отдельных химических наук» [4]. История науки является исторической

ТАРАСОВА Варвара Васильевна - выпускница химического отделения БГФ ЯГУ (2005 г.), учитель химии школы с. Нам Верхневилюйского улуса РС(Я). 168

дисциплиной, а историю химии до недавнего времени было принято относить «и к области химии, и к области истории». Проблеме места истории химии в системе наук посвящена статья доктора химических и философских наук З.Е. Гельмана [5], итогом которой является заключение о статусе истории химии как интегративной наддисциплинарной науки.

Цель данной работы заключается в систематизации и структурировании историко-химичес-кого материала.

История химии

В учебной и научной литературе содержится информация о периодизации истории химии и, в частности, истории аналитической химии [6-11]. В основе периодизации, т. е. расчленения исторического процесса развития химии или конкретной химической науки, лежат стадиальные представления о характере этого процесса. При стадиальном подходе «явно или неявно подразумевают, что каждая следующая стадия превосходит предыдущую по некоторому параметру или их набору» [1]. На рис.1 представлены четыре периодизации историков химии Германа Коппа, Микеле Джуа, Ю.И.Соловьева и философа Б.М. Кедрова. Особенность периодизации академика Б.М.Кедрова [9] заключается в том, что историю химии он рассматривает как эволюцию понятия «химический элемент» и составляющего его основу закона сохранения вещества.

ИСТОРИЯ ХИМИИ, АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ И ЕЁ МЕТОДА

//. Алхимия III. Ступень качественных исследований IV. Ступень количественных исследований V. Атомистика Дальтона VI. Учение о периодичности Периодизация Б.М. Кедрова

1. Зарождение и развитие химического искусства II. Становление химии как науки 111. Обоснование и развитие химической науки IV. Превращение химии из описательной науки в науку, изучающую взаимосвязь состава, структуры и свойств веществ Периодизация Ю.И.Соловьева

II. Период алхимический III. Период объединения химии V. Современный период Периодизация М. Джуа

III. 1. Иатрохимия | § *

| III.2. Пневматическая химия

III. 3. Теория флогистона 1 з ♦з а; §

ША.Антифлогисти-ческая система t » S So .. о * ^ й о

II. Эпоха алхимии II. Эпоха иатрохимии III. Век теории флогистона IV. Век количественных исследований Периодизация Г. Коппа

--1-1-1-{-1-1-

Начало цивилизации XVI XVII XVIII XIX XX Время, век

Рис. 1. Сопоставление во времени периодизаций, разработанных историками химии

На рис. 1 имеется ось времени, позволяющая установить времяположение того или иного периода. Начало отсчета времени приходится на начало человеческой цивилизации, т. е. примерно на третье тысячелетие до н. э. [12], когда в Древнем Египте, Древнем Китае и Древней Индии зарождается ремесленная химия. Целесообразно остановиться на кажущемся парадоксе -совпадении положений во времени флогистики, ненаучные «представления которой, по существу, явились развитием алхимических учений» [4], М. Джуа и этапа становления химии как науки у Ю.И. Соловьева. Последний, в отличие от М. Джуа, опирается на труды Р. Бойля, представления о горении и дыхании Ж. Рея и Дж. Майова и на другие научные факты, которые были проигнорированы научным сообществом того времени.

История аналитической химии

A.M. Цукерман, автор главы «Развитие методов химического анализа и аналитической химии» коллективной монографии [10], полагает, что в истории формирования аналитической химии «интересны те рубежи, на которых происходили качественные изменения в характере или

группировании аналитических методов». Им датированы пять рубежей, которые были учтены нами при разработке периодизации истории аналитической химии, представленной в табл.1. Кроме монографии были использованы статьи академиков И.П. Алимарина [13] и Ю.А. Золо-това [14], опубликованные в «Журнале аналитической химии». В последнем столбце таблицы указан номер соответствующего периода или подпериода системы истории химии М. Джуа, которую принято считать наиболее подробной, что позволяет сопоставить процессы развития химии и отдельно взятой химической дисциплины.

История объемного анализа

В синхронистической табл.2 дана хронология стадии становления объемного анализа, одного из старейших методов химического анализа, времяположение которого совпадает с под-периодом иатрохимии (медицинской химии) и химии газообразных веществ (пневматической химии). Следует добавить, что становление этого метода количественного анализа приходится на второй период истории аналитической химии, который в табл.1 имеет название «Зарождение качественного и количественного анализа».

ТАРАСОВА

Таблица 1

Периодизация истории аналитической химии и ее сопоставление с периодизацией истории химии по Джуа

События Начало периода Номер и название периода Номер периода в [7]

Отдельные приемы сложились в систему пробирного и минералогического анализа Первая половина XVI века I. Зарождение первых систем химического анализа III. 1

Р. Бойль (1627-1691) представил химический анализ как особый тип химического исследования «состава тел» Последняя четверть XVII века 11. Зарождение качественного и количественного анализа III.1 -III.3

Отдельные приемы химического анализа объединились в группы методов. Появились первые руководства и учебники по химическому анализу. Зарождение количественного анализа Конец XVIII века III. Развитие методов количественного химического анализа III.2, III.4

Отдельные методы химического анализа оформились в системы методов качественного и количественного анализа Конец первой трети XIX века IV. Разделение качественного и количественного анализа IV

Начало превращения химического анализа из системы методов анализа в науку о методах анализа. Другими словами, химический анализ начинает обретать статус аналитической химии, статус науки об определении химического состава веществ Начало 1860-х годов V. Формирование таких классических методов как весовой и объемный анализ, визуальная колориметрия V

Формирование науки «Аналитическая химия», которая происходит через осмысление ее теоретических основ; составляющими этих основ являются представление об атомно-молекулярной структуре вещества, стехиометрические законы и теория химического взаимодействия Конец XIX века VI. Становление аналитической химии как полуэмпирической науки V

Формирование различных структур аналитической химии, начало ее превращения в инструментальную аналитическую химию Начало XX века VII. Инструментальная (новая) аналитическая химия V

Начало превращения аналитической химии в междисциплинарную науку 1950-е годы VIII. Превращение аналитической химии из моно- в междисциплинарную науку V

Таблица 2

Хронология этапа становления объемного анализа

Дата События Факты

1726 Рождение метода кислотно-основного титрования Клод Жозеф Жоффруа (1683-1752) представил во Французскую академию диссертацию, темой которой была концентрация уксуса. Он первым использовал нейтрализацию в аналитических целях. Он применял и «стандартный раствор» - твердый карбонат калия, и «индикатор» - выделение пузырьков углекислого газа. Силу уксусной кислоты он характеризовал весом затраченного «стандартного раствора»

1750 Возникновение метода весового титрования Г.Ф. Венель (1723-1775) описал метод определения содержания карбонатов в минеральной воде. К горячему стандартному раствору серной кислоты медленно добавлял пробу минеральной воды до покраснения индикатора (фиалкового экстракта). Количество израсходованной серной кислоты находил взвешиванием

1756 Рождение метода объемного титрования В книге «Опыты по отбеливанию» Фрэнсис Хоум (1719-1813) описал метод определения содержания поташа. Израсходованный объем стандартного раствора азотной кислоты (селитренного спирта) измерял чайными ложками. «Индикатор» - выделение пузырьков газа

1767 Развитие весового титрования У. Льюис (1708-1781) в книге «Опыты и наблюдения над американским поташем. Включая простой метод определения его относительного количества» предложил количество кислоты «измерять не каплями или чайными ложками, а определять по весу; точку же насыщения необходимо отмечать по изменению окраски растительных соков или бумаги, пропитанной ими»

В учебном пособии под редакцией академика В.И.Купцова [15] рассмотрены три основные модели исторической реконструкции науки:

- история науки как развитие через научные революции;

- история науки как кумулятивный, линейный, прогрессивный процесс,

- история науки как совокупность частных ситуаций, случаев, событий (case studies, кейс стадис).

Табл. 3 представляет собой фрагмент табл. 9 и 10 дипломной работы, содержащих 36 собы-

тий, наполняющих кумулятивный процесс формирования классического и инструментального объемного анализа в 1784 - 1970 гг. Фрагмент кейс-стадис-модели, в которой особую важность имеют линии связи событий, приведенных в табл.3, показан на рис.2.

19

Рис. 2. Структура стадии возникновения и развития классической редоксиметрии

ИСТОРИЯ ХИМИИ, АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ И ЕЁ МЕТОДА

Таблица 3

Хронология этапа формирования классического объемного анализа

Номер точки на рис. 2 Дата События Факты

5 1784 Рождение метода окис-лительно-восстанови-тельного титрования Р. Кирван (1733-1812) стандартизировал рабочий раствор K4[Fe(CN)6] с помощью стандартного раствора, полученного растворением железа в серной кислоте

6 1789 Разработка способа бюреточного титрования Ф.А. Декруазиль (1751-1825) разработал метод определения содержания гипохло-рита калия в белильном растворе («жавелевой воде») титрованием раствором красителя (индиго) с помощью шаровой пипетки с грушей, а затем из бюретки, что описано в статье Бертолле 1789 г. и в публикации Декруазиля в 1795 г.

13 1840 Возникновение иодо-метрии А. дю Пакье титровал растворенный в воде сероводород стандартным раствором иода в присутствии крахмала

14 1845 Возникновение иоди-метрии А. Ф. Дюфло описал иодиметрический метод определения железа

15 1846 Возникновение пер-манганатометрии Ф. Маргеритт (1818-? ) предложил определять содержание железа в рудах и сплавах титрованием ионов железа (11) стандартным раствором перманганата калия

17 1853 Разработка способа заместительного титрования Ф. Бунзен применил заместительную иодиметрию для определения суммарного содержания окислителей: Ох + СГ —♦ С12; СЬ + Г —* Ь + H2S03 —+ Г + H2S04

19 1853 Развитие перманганатометрии Ф. Ампель применил стандартный раствор перманганата калия для определения щавелевой кислоты

Данный граф раскрывает генетическую связь отдельных событий из ранней истории классической редоксиметрии, структуру стадии возникновения и развития этого метода количественного анализа.

Выводы

1. Составлена схема, позволяющая произвести сжатие историко-химической информации и сравнить периодизации истории химии различных авторов.

2. На основании изучения химико-аналитической литературы показано, что историю аналитической химии можно разделить на восемь периодов.

3. Построены схемы-графы, раскрывающие преемственность отдельных фактов и событий из истории становления и развития объемного анализа.

4. В ходе обсуждения результатов (рисунков и таблиц) предпринята попытка увязать периодизацию истории аналитической химии с периодизацией истории химии и метода количественного анализа.

Литература

1. Савельева И.М., Полетаев A.B. История и время. В поисках утраченного. - М.: Языки русской культуры, 1997. - 800 с.

2. Кузнецов В.И. Диалектика развития химии. От истории к теории развития химии. - М.: Наука, 1973. - 327 с.

3. Визгин В.П. Об определении предмета химии // Вопросы истории естествознания и техники. - 1975. -Вып. 4(53). - С. 17-24.

4. Фигуровский H.A. Очерк общей истории химии. От древнейших времен до начала XIX в. - М.: Наука, 1969. - 455 с.

5. Гельман З.Е. История химии: наддисциплинар-ный подход // Высшее образование в России. - 1998. - № 1.-С. 141-147.

6. Штрубе В. Пути развития химии. В 2 т. Т. 2. От начала промышленной революции до первой четверти XX века. - М.: Мир, 1984. - 278 с.

I.Джуа М. История химии. - М.: Мир, 1975. -All с.

8. Соловьев Ю.И. Развитие химии с древнейших времен до конца XIX столетия. - М.: Просвещение, 1983.-368 с.

9. Кедров Б.М. Историческое и логическое в химии // Известия АН СССР. Серия истории и философии. - 1945. - T. II, № 6. - С. 435-448.

10. Цукерман А.М. Развитие методов химического анализа и аналитической химии // Становление химии как науки. Всеобщая история химии. - М.: Наука, 1983.-С. 120-177.

II. Сабадвари Ф., Робинсон А. История аналитической химии. - М.: Высшая школа, 1984. - 303 с.

12. Бернал Дж. Наука в истории общества. - М.: Изд-во ИЛ, 1956. - 733 с.

13. Алимарин И.П. Современное представление о науке «Аналитическая химия» // Журн. аналит. химии. - 1983. - Т. 38, вып. 3. - С. 540-554.

14. Золотое Ю.А. Аналитическая химия: логика развития в 50 - 90-е годы // Журн. аналит. химии. -1993. - Т. 48, вып. 7. - С. 1116-1126.

15. Девятова C.B., Кезин A.B., Кузнецова Н.И. и др. Философия и методология науки / Под ред. В.И Купцова. - М.: Аспект Пресс, 1996. - 551 с.