Реферат: Особенности химической формы развития материи

Особенности химической формы материи

Химическая форма материи (ХФМ) включает уровни от атома до макромолекулярных комплексов, лежащих в преддверии живой ма­терии. В современной науке выделение химического как одной из ос­новных форм материи, ступени единого мирового процесса связано с большими теоретическими трудностями, преодоление которых воз­можно только совместными усилиями теоретической химии и философии. В условиях современной научно-технической революции грани между основными формами бытия становятся чрезвычайно подвиж­ными и самостоятельное существование фундаментальных наук может быть установлено только с помощью глубокого философского анали­за, т. е. с использованием форм мысли, которые выходят далеко за рамки частнонаучного мышления.

Известно, что современная химия стала зрелой наукой, когда она получила хорошо разработанный физический фундамент, прежде всего — квантовую теорию химической связи. Процесс проникнове­ния понятий и методов физики в химию привел к появлению редукци­ онизма — современной формы механицизма, заключающейся в по­пытке полного сведения химического к физическому, растворения хи­мического качества в физическом, или, иначе, физикализму. Эта по­пытка является частным случаем редукционизма вообще, выражающе­гося также в тенденции сведения биологического к химическому, со­циального к биологическому и, в конечном счете — всех высших форм материи к физической (радикальный физикализм). С позиций радикального физикализма все формы материи являются лишь различ­ными модификациями физической реальности.

Физикализм и редукционизм имеют некоторые основания, чрез­мерно преувеличиваемые и абсолютизируемые. Как известно, химиче­ская форма материи «строится» из физической. Химический атом син­тезирован из протонов, нейтронов и электронов. Химическое, как и любая другая форма материи, возникает на основе предыдущей и включает часть ее в себя, в качестве своей «основы» или «фундамента». Поэтому каждый элемент или «шаг» химической формы материи имеет свой физичес­кий «эквивалент». Каждый химический атом выступает также как уни­кальное физическое образование и может быть описан как физическая индивидуальность. В тенденции физика должна под своим углом зре­ния объяснить все химические феномены и связи. «...Вся система хи­мических элементов во всем ее широком многообразии в настоящее время в принципе может быть выведена из законов физики» (Хиншелвуд).

Однако совершенно бесспорно, что от физического описания и объяснения ускользает собственно химическое качество и, тем более, качества жизни и социальной жизни. Проблема «неуловимого химиче­ского качества» разрешима только на основе целостного подхода к миру, взгляда на мир как единый закономерный процесс, в котором химическая форма материи занимает свое закономерное место и мо­жет быть понята в сопоставлении с другими формами материи.

Обычно химическое качество связывается химиками с атомами как неделимыми химическими целостностями. Известный специалист в области философских вопросов химии Б.М. Кедров определял атом как «исходную химическую клеточку», своего рода химическую еди­ницу и рассматривал целостность атома как основной аргумент в по­льзу несводимости химического к физическому. Однако этот аргу­мент, действительно свидетельствуя в пользу существования химичес­кого качества, обнаруживает в то же время свою существенную недо­статочность, поскольку с точки зрения квантовой механики атом явля­ется и физической целостностью, на основе которой возникает хими­ческая целостность. Поэтому в некоторой степени схваченное, хими­ческое качество все же от нас ускользает. В определении химического качества мы несколько продвинемся дальше, если учтем, что физичес­кая целостность атома является целостностью физического многообра­ зия - ядра и электронов, которые остаются всецело физическими обра­зованиями, а химическая целостность — слитно и неделима.

В пользу специфического и несводимого химического качества говорит, далее, тот факт, что ни одна фундаментальная химическая проблема — химической связи, реакционной способности, валентно­сти и т.д. не получила своего решения в квантовой химии, которая, не­смотря на ее огромную роль в химии, не способна объяснить, что в хи­мическом есть собственно химическое. Как отмечает Г. Фукс, предмет химии может быть адекватно понят только химией. «...Никакие физи­ческие методы сами по себе, — утверждает М.В. Волькенштейн, — не были бы в состоянии установить структуру сложных молекул без хи­мических исследований».

Сильным аргументом в пользу качественного своеобразия хи­мической реальности является ссылка на основной химический пери­одический закон, открытый Д. И. Менделеевым. Химическую реаль­ность поэтому нередко определяют как «менделеевский мир». Однако и эта ссылка не дает окончательного решения вопроса о специфичес­ком химическом качестве.

Существенным свидетельством в пользу своеобразной химичес­кой реальности является тот факт, что химические связи между качес­твенно различными атомами в физическом отношении различаются только количественно. Так, связь Н-С отличается от связи H - F с физи­ческой стороны лишь различной полярностью или разностью электроотрицательности атомов (0,4 и 1,9). С химической же стороны — это связи водорода с качественно различными химическими элементами.

Наиболее крупным аргументом в пользу признания несводимо­го химического качества, своеобразной химической формы объектив­ной реальности является то, что химический мир — это над-массэнергетический мир, в котором слабые масс-энергетические процессы хо­тя и имеют место, образуя физическую основу химизма, но не опреде­ляют его природы. Как отмечает Э.Штрекер, «вещество и качество, как таковые, нигде не выступают в уравнениях физики. Вещество вы­ступает в них только в виде массы, а качество имеет значение лишь постольку, поскольку встречающиеся иногда в функциональных урав­нениях константы имеют для каждого вещества свои числовые значе­ния. Еще не было никакой возможности выразить вещественную при­роду в ее качественной специфичности в виде массы и числа».

Химический мир, как подметил еще Гегель, характеризуется не­сравненно большим качественным многообразием, чем физический. Образуясь всего из трех основных элементарных частиц (причем час­тиц, обладающих наибольшим многообразием физических связей), хи­мическое включает свыше 100 химических элементов, из которых воз­никает огромное качественное многообразие химических соединений. Весьма существенной чертой химического мира является более заметное, чем в физическом мире, развитие особенного. В отличие от ядер и электронов химические соединения обладают ярко выраженной индивидуальностью. Д. И. Менделеев подчеркивал, что химический мир — «это целый живой мир с бесконечным разнообразием индиви­дуальностей как в самих элементах, так и в их сочетаниях». Масс-энергетические взаимодействия в химии характеризуются значительно меньшей индивидуальностью, чем над-массэнергетические. Послед­ние связаны прежде всего с одним из важнейших свойств химических веществ — химическом сродством.

Химический способ развития материи

Качественно более сложный хи­мический субстрат обладает новым, отличным от физического, спосо­бом развития.

Понятие сложности применительно к химической форме материи, очень важно, поскольку это понятие является одним из основных для теории развития. С этих позиций сложность химического элемента складывается из непосредственной сложности, которая выражается в его способности вступать в связи с большим или меньшим числом элементов, и внутренней сложности, выраженной в его эволюционном, потенциале, и в этом смысле может быть названа полной , сложностью.

При определении критерия сложности химических элементов и соединений нужно учитывать, во-первых, что сложность как таковая есть интегрированное многообразие, а во-вторых, что кри­терий сложности имеет комплексный характер и не может быть при­годным в равной мере для всех случаев. Критерий сложности хими­ческих элементов включает два основополагающих признака: 1) спо­собность образовывать многоатомные структуры, в особенности длин­ные цепи, 2) способность вступать во взаимодействие с тем или иным качественный многообразием элементов. Обобщая эти признаки, можно сказать, что критерием сложности химических элементов явля­ется интегративная способность, способность интегрировать боль­шее или меньшее качественное и количественное многообразие эле­ментов. В этом случае критерий сложности химических элементов будет иметь итоговый характер, т.е. учитывать всю совокупность связей химического элемента, все многообразие образуемых им сое­динений и, в конечном счете, «итог» химического развития – обра­зование живого.

Критерий сложности химических соединений, с одной стороны, является производным от критерия сложности элементов, а с другой - выступает как более сложный. Он должен включать шесть основных признаков: 1) количество атомов, составляющих соединение, 2) многообразие элементов, входящих в его состав, 3) сложность основного элемента (или элементов), на базе которого построено соединение, 4) длина цепи, 5) каталитическая активность, 6) способность вступать в многообразные типы реакций.

Все признаки, включенные в критерий сложности химических соединений, имеют более или менее общий характер и должны быть конкретизированы более частными признаками. Порядок, в котором они приведены, отражает последовательность применения их при определении природы химических соединений. Критерий сложности химических соединений может быть дополнен формальными критериями, в особенности информационным. Для применения критерия сложности необходима объективная шкала, составленная системой химического мира, в основе которой лежит магистральное направление развития. «Магистраль» развития не только делает применимым критерий слож­ности, определяя вес каждого входящего в него признака, но и вносит существенные дополнения к нему, главное из которых – роль химического соединения в общем процессе развития химизма, «вклад» его в процесс порождения жизни.

Общим направлением химической эволюции является движение от низшего к высшему, от простого к сложному. В пределах его можно выделить главное, или магистральное направление, связанное с углеродом, как наиболее сложным, и «перспективным» элементом, и другими элементами-органогенами. Все остальные направления химической эволюции, связанные с эле­ментами - неорганогенами, можно отнести к тупиковым , или побоч­ным , направлениям.

Химические элементы составляют низший, наиболее простой и исходный уровень химической эволюции. Они возникают в результате предшествующего физического процесса эволюции, обладают неоди­наковой физической и химической сложностью и, следовательно, раз­личными возможностями дальнейшего химического процесса разви­тия, различным потенциалом развития. Установлена за­мечательная особенность разнородного усложнения физических и хи­мических атомов в ходе роста их порядкового номера в системе Мен­делеева. Если в физическом отношении химические элементы, начи­ная с водорода, усложняются сравнительно однородно и линейно, так что уран и следующие за ним элементы оказываются безусловно более сложными, чем предшествующие, то химически элементы усложняют­ся нелинейно. Первоначально их химическая сложность быстро растет, достигая максимума у углерода, а затем резко падает. Уран в физичес­ком отношении сложнее, а в химическом — значительно проще, чем углерод. Последний — наиболее сложный химический элемент, обла­дающий наивысшим потенциалом химического развития. В той или иной мере близкими углероду эволюционными потенциалами облада­ют водород, кислород, азот, сера и фосфор. В силу этого углерод, во­дород, кислород и другие химические элементы играют главную роль в химической эволюции, закономерно приводящей к появлению жиз­ни, и называются поэтому элементами-органогенами. Менделеев пи­сал, что «ни в одном из элементов такой способности к усложнению не развито в такой мере, как в углероде».

В основе представления о химическом способе объективно-ре­ального существования и развития лежит понятие химической реак­ ции. Претерпев большую эволюцию в истории науки, это понятие на­ходится в центре теоретических представлений современной химии. В понятии реакции химический способ объективно-реального существо­вания и развития определен применительно к отдельным превращени­ям. Химическая реакция — относительно самостоятельное превраще­ние, связанное с некоторым конечным числом реагирующих субстра­тов. На уровне понятия реакции не раскрывается целостная природа и направленность объективно-реального существования и развития ХФМ. Это делает необходимым перейти к более обобщенным и широ­ким понятиям.

Прямой субстратный синтез как интегральное направление химического развития

Химический процесс есть единство синтеза (ассоциации) и распада (диссоциации). Поскольку химический синтез приводит к усложнению веществ, он является химической формой прогресса, а диссоциация — химическим проявлением регресса. Если химический способ развития рассматривать только на уровне отдельных реакций, то может возникнуть представление о равенстве, равносильности про­цессов синтеза и распада. Однако более глубокий, целостный, системный подход к совокупному миру химических превращений дает осно­вания для вывода, что общим интегральным направлением химичес­ких превращений является прямой субстратный синтез. Коренная особенность такого синтеза состоит в том, что переход в новое, выс­шее качество, новую сущность не может быть осуществлен отдель­ ным самостоятельно существующим субстратом. Для такого перехода отдельный химический субстрат нуждается в другом субстрате. В хи­мическом развитии новое качество, новая сущность выступают как па­ ритетный результат двух или более химических субстратов.

Существуют три основных вида химического субстратного синтеза: элементарный, каталитический и информацион­ный, выясняется коренная особенность химического субстратного синтез состоящая в том, что переход в новое качество не может осуществлен отдельным самостоятельно существующим субстратом, поскольку он не обладает достаточным богатством вну­треннего .содержания и нуждается в существенном дополнении другим. В химическом развитии новое качество выступает как паритетный результат двух или более субстратов. По мере развития химическо­го в направлении к живому усиливается процесс субстанциализации, заключающийся в обогащении внутреннего содержания отдельного хи­мического субстрата как «субъекта изменений» (Маркс), повышении его роли в развитии химической формы материи как целого.

Субстратный синтез не является исключительном достоянием химической формы материи, – он существует также в физической форме, где выражен в четырёх основных видах, связанных о основными видами физического взаимодействия: гравитационным, слабым, электромагнитным и сильным. Субстратный синтез выступает в качестве общего для физичес­кой и химической форм материи способа объективно-реального суще­ствования и развития, однако он обладает в них своей существенной спецификой. Физические синтезы – суть масс-энергетические, т. е. синтезы, в которые непосредственно вовлечены масса и энергия как два важнейших свойства физической формы материи. Химический субстратный синтез — прежде всего над-массэнергетический синтез, хотя он и происходит с помощью физи­ческого (электромагнитного) синтеза, связанного с изменением вне­шней электронной оболочки атомов. В отличие от «суммарного» и «массового» характера физического синтеза (в особенности наиболее универсального — гравитационного), химический синтез имеет высо­коизбирательный характер, ибо происходит по законам химического сродства. Благодаря сродству, проявляемому качественно различными элементами друг к другу, химический синтез есть не просто притяже­ние субстратов, но их взаимное изменение с потерей ряда прежних и приобретением новых общих свойств. Это синтез избирательно вза­имодействующих качеств.

Химический субстратный синтез включает особый, специфиче­ски химический механизм — катализ, т. е. способность ускорения хи­мических превращений. В химической форме материи, таким образом, возникает своеобразная способность многократного самоускорения движения и развития.

Химический субстратный синтез — высшая и предельная фор­ма субстратного синтеза в природе. Как способ развития, субстратный синтез связан с относительно простыми субстратами и с определенно­го уровня сложности становится невозможным. Это объясняется уже тем, что более сложные субстраты обладают большой автономностью и не могут объединяться.

Закономерный характер химической эволюции

Детерминанты направленности химической эволюции

Направленность химической эволю­ции является прежде всего выражением, всеобщей направленности, определяющей всю бесконечную последовательность основных форм материй, вплоть до человека. Так как химическое возникает на физического и существует на его основе, химическая направленно­сть опирается на исходные для нее физическую направленность и направленность, заложенную в химических элементах. Последние заключает в себе тенденцию к соединению, к прямому субстратному синтезу и в этом смысле направленность развития является «апри­орной» по отношению к химической эволюции. На каждой ступени химической эволюции направленность развития дооформляется и развивается в ходе субстратных синтезов в этом плане выступает уже как «апостериорная».

Что определяет направленность химической эволюции от про­стого к сложному, к возникновению живого? По этому ключевому во­просу в естественнонаучной и философской литературе существуют две основные точки зрения. Одни ученые (А.И. Опарин, Дж. Бернал, В.И. Кузнецов) считают, что фактором, определяющим развитие хими­ческого в сторону живого, является химический отбор, который дает оценку развивающихся химических систем относительно среды. В процессе отбора таких химических систем сохраняются и продолжают эволюционировать все более сложные системы. «Выживаемость» хи­мических систем обусловлена усложняющимся химическим содержа­нием систем.