khimie.ru

Химию Р. Бойль считал наукой, совершенно отдельной как от алхимии, так и от медицины. «Химики видели свою задачу в приготовлении лекарств, в получении или превращении металлов. Я рассматриваю химию с совершенно иных позиций… не как врач не как алхимик, но как философ». По Бойлю, основная цель химических исследований — установление истинного состава веществ. В качестве возможных составных частей веществ Р. Бойль не принимал никаких умозрительных компонентов — ни аристотелевских первоэлементов-стихий, ни серу, ни ртуть, ни соль алхимиков, ни эфир Декарта. Все эти гипотезы для него были неприемлемы как не подтвержденные экспериментом. Реальными компонентами всех веществ, с точки зрения Р. Бойля, являются те «элементы», на которые можно разложить вещество в ходе его обработки (сходные идеи ранее высказывал Я. Б. Ван Гельмонт). Для Р. Бойля вода, образующаяся при сгорании многих веществ и далее неразложимая, была элементом. Ведь термическое и электролитическое разложение воды было открыто гораздо позднее. А вот металлы Р. Бойль считал соединениями, поскольку в кислотах они разлагаются с выделением какого-то газа.

Термин «элемент» Р. Бойль заимствовал из философии Аристотеля. Аристотель называл элементами наименьшие части, на которые можно разделить любое целое, в то время как сами эти части уже неделимы на другие. Используя ту же логику, Р. Бойль выявлял химические элементы по результатам разложения («анализа») более сложных веществ. Перечень найденных Р. Бойлем «элементов», с точки зрения современного химика, ошибочен, но сам предложенный им подход правилен. Разумеется, Р. Бойль понимал, что при таком подходе любое вещество (например, воду) можно считать элементом только условно — до тех пор, пока в ходе дальнейших исследований экспериментатор не разложит это вещество на более простые. Возможность «безусловного» выявления элементов была установлена только в XX в. в результате нового — чисто физического — понимания термина «элемент» как вида атомов с определенным зарядом ядра.

Вслед за Эмпедоклом, Демокритом и Р. Декартом Р. Бойль принимал атомистическую гипотезу. Только слово «атом» он заменял термином «корпускула». Корпускулярные представления о структуре материи согласовывались с возможностью сжатия и расширения газов (эти физические процессы были детально изучены Р. Бойлем еще в молодости). Он даже выделял первичные и вторичные корпускулы) приближаясь к современным представлении о атомах и молекулах. По мнению Бойля, первичные корпускулы при химических превращениях не изменяются: «Все металлы, а также другие тела сделаны из одной Всеобщей Материи, но отличаются друг от друга формой, размерами, движением и структурой составляющих их малых частиц, от чего зависят все действия материи и качества отдельных тел». Химические превращения, по Бойлю, вероятно, связаны с объединением первичных корпускул во вторичные, а также с разложением или перегруппировкой этих вторичных корпускул. Вместе с тем Р. Бойль вовсе не был убежден в правильности корпускулярной гипотезы, он не считал ее необ­ходимой для изучения химических превращений веществ. Под конец жизни Р. Бойль вообще перестал упоминать о корпускулах, так и не найдя подтверждений атомистической гипотезе — удобной, правдоподобной, но недоказанной химическим анализом.

Термин «анализ», происходящий от греч. analysis — разложение, также восходит к философии Аристотеля. Так великий древнегреческий философ называл выявление частных элементов некоторого целого, противопоставляя «аналитический метод» про­цессу логического синтеза (обобщения). По Аристотелю, идеи или понятия следует анализировать путем логических рассуждений. В течение многих веков после Аристотеля понятие «анализ» носило общеметодологический и философский характер, используется в этом смысле оно и сейчас. Со временем аналитический метод нашел применение в математике, экономике и других науках; так появились математический анализ, экономический анализ и т.п. К химическим исследованиям терминологию Аристотеля впервые и в новом смысле применил именно Р. Бойль в 1654 г. Для Р. Бойля и его последователей слово «анализ» означало не логическое рассуждение, а препаративное разложение вещества до далее неразложимых составных частей («элементов») с последующим их взвешиванием. Такой способ давал информацию и о качественном, и о количественном составе вещества; более того, в ту пору это был единственный способ получения достоверной информации о составе веществ.

Сегодня термин «анализ» в химии означает лишь получение информации о составе исследуемого вещества — каким бы то ни было способом. Такое понимание старого термина восходит, по-видимому, к книге немецкого химика В. Лампадиуса «Руководство по химическому анализу минеральных вод» (1801), где анализом называют определение составных частей вещества. Элементный анализ ныне проводят, как правило, без препаративного разделения компонентов исходной пробы. Вероятно, Р. Бойль был бы восхищен такой возможностью, но вряд ли согласился бы с такой трактовкой термина «анализ». Однако заметим, что получение информации о составе смесей и соединений без их разделения стало возможным лишь благодаря некогда проведенным классические исследованиям, в которых элементы выделяли в чистом виде — путем разложения их соединений, т.е. по Бойлю. Затем исследовали физические и химические свойства полученных веществ и лишь потом выявляли характеристические признаки каждого элемента, по которым его можно обнаружить и количественно определить в любом объекте. Для начального же этапа развития химии бойлевское понимание термина «анализ» было не только совершенно правильным, но и единственно возможным. Необходимо указать, что у Р. Бойля встречается и термин «химический анализ», но это выражение получило распространение лишь в XVIII в. и особенно в XIX в.

Р. Бойль понимал, что процессы разложения могут привести не только к выделению реальных компонентов пробы, но и к образованию новых веществ, которых в анализируемой пробе изначально не было. Так, выделение воды при сгорании горючих веществ не обязательно означает, что вода и ранее содержалась в этих веществах в той же форме, в которой она выделяется при сгорании. По Бойлю, при анализе (разложении) соединений элемент может выделяться в новой форме, хотя его мельчайшие частицы (первичные корпускулы) остаются теми же.

Собственные исследования Р. Бойля. Не все работы Бойля были связаны с химией: он, в частности, успешно изучал физические свойства газов (открыл закон, носящий теперь название закона Бойля-Мариотта), есть у него работы по философии и медицине. Однако основное в его наследии — это химические работы. Укажем на обнаружение водорода, получение белого фосфора, фосфорной кислоты, фосфатов и фосфина. Р. Бойль исследовал процессы горения и обнаружил, что в них принимает участие какая-то часть воздуха, но не сумел выявить и исследовать ее. Позднее историки науки не раз удивлялись, почему Р. Бойлю не удалось открыть кислород и правильно объяснить процессы горения — он был буквально в одном шаге от такого открытия. Не найдя другой причины, Р. Бойль объяснил привес металлов при их обжиге соединением с некоей «материей огня», прошедшей сквозь стенки сосуда, где проводился обжиг. Результаты этих исследований и выводы Бойля позднее соответствовали гипотезе о Флогистоне (Г. Шталь, 1740).

Значительная часть химических исследований Бойля имеет чисто аналитическую направленность. Как правило, Р. Бойль определял состав веществ путем препаративного разделения компонентов при прокаливании. В других случаях исследуемый материал растворяли, а затем проводили осаждение, высушивание и взвевание осадка. Одни и те же опыты — для большей надежности результатов — повторяли. Во времена Бойля это уже не было новшеством. Историки химии считают, что идея повторения анализа проведения «холостых» опытов была впервые сформулирована чешским химиком-технологом Л. Эркером в 1574 г. в книге «Описание важнейших минеральных руд и горных пород». Однако гравиметрический анализ был не единственным применяемым методом. В частности, Р. Бойль предложил ряд качественных реакций, пригодных для обнаружения отдельных веществ в смесях и растворах. Например, для обнаружения олова и свинца в воде он пропускал через нее сероводород (Р. Бойль одним из первых выделил и использовал этот газ, но не изучил его свойств детально). Другая качественная реакция — образование окрашенных продуктов при взаимодействии растворов, содержащих железо или медь, с настоем чернильных орешков — была известна еще Плинию. Р. Бойль исследовал эту реакцию, а именно — установил оптимальные условия ее проведения. Задолго до П. Бугера и его последователей он указал, что интенсивность окраски полученного раствора определяется содержанием вещества в исследуемой пробе. Он также отметил, что крупинка купороса, растворенная в таком количестве воды, которое в 6000 раз превышает массу купороса, при взаимодействии с настоем орешков еще способна вызывать окрашивание раствора. Здесь фактически речь идет о предельном разбавлении для некоторой качественной реакции. Подобные сведения Р. Бойль приводит для ряда реакций с разными растительными экстрактами. Информацию о пределах обнаружения другие исследователи стали давать лишь в конце XVIIІ в. Еще одно научное достижение Бойля — открытие и исследование свойств природных кислотно-основных индикаторов. С их помощью Р. Бойль выявил вещества, обладающие кислотными или основными свойствами. Им были выдвинуты и общие идеи о кислотах и основаниях, а его ученик В. Гомберг даже попытался установить количественные соотношения реагентов в реакциях нейтрализации. Век спустя подобные исследования привели к созданию титриметрического анализа. Не следует думать, что Р. Бойль занимался только фундаментальными (натурфилософскими) исследованиями. Примером его прикладных работ могут быть систематические исследования химического состава минеральных вод Англии, методика и результаты этих исследований изложены Р. Бойлем в книге «Обзор естественной истории минеральных вод» (1685). Для каждой исследуемой воды Р. Бойль давал полное описание, указывая местоположение источника, температуру и плотность воды, цвет, запах, вкус, действие на кожу и результаты качественного анализа. Для качественного анализа природных вод Р. Бойль применял одновременно несколько новых и дополняющих друг друга приемов, в том числе окрашивание пламени при внесении в него исследуемой пробы и изучение формы кристаллов, образующихся при испарении пробы. Некоторые качественные реакции Р. Бойль проводил капельным методом на белом листе бумаги. Этот прием был вновь предложен Ф.Ф. Рунге, Ф. Гёппельсрёдером лишь в конце XIX в. и развит Ф. Файглем и Н. А. Тананаевым в XX в.