Федор Константинов - Диалектика природы и естествознания

• Название: Диалектика природы и естествознания
• Автор: Федор Константинов
• Издательство: Мысль
• Жанр: Философия
• Год: 1983

В третьем томе рассматривается диалектика природных процессов и ее отражение в современном естествознании, анализируются различные формы движения материи, единство и многообразие связей природного мира, уровни его детерминации и организации и их критерии. Раскрывается процесс отображения объективных законов диалектики средствами и методами конкретных наук (математики, физики, химии, геологии, астрономии, кибернетики, биологии, генетики, физиологии, медицины, социологии). Рассматривая проблему становления человека и его сознания, авторы непосредственно подводят читателя к диалектике социальных процессов.

---

Другой важной диалектической идеей является тесная связь количественных изменений по рядам и группам системы. В зависимости от направления (или сечения) их рассмотрения в таблице характер накопления количественных изменений, приводящий к качественному скачку, будет различен. Однако во всех случаях закон перехода количественных изменений в качественные проявляется со всей определенностью.

Система элементов Менделеева позволила не только предсказать новые элементы и соединения, но и, главное, поставила вопрос о строении самих атомов. Действительно, если положение сложных соединений (например, гомологов) в ряду определяется химическим строением их молекул, то естественно предположить, что место элемента в системе также должно определяться строением атома. Однако знание тех физических свойств веществ, на которые опирается атомно-молекулярная теория, т. е. объема и веса, недостаточно для установления внутреннего строения атома. Здесь теоретическая картина, основывающаяся на механических параметрах, должна быть дополнена данными, заимствованными из других областей физики — электродинамики и квантовой механики.

Сказанное подтверждает известное положение диалектического материализма о разнообразии форм движущейся материи. Возражая против упрощенного, метафизического понимания материализма, В. И. Ленин отмечал: «Это, конечно, сплошной вздор, будто материализм утверждал… обязательно „механическую“, а не электромагнитную, не какую-нибудь еще неизмеримо более сложную картину мира, как движущейся материи»[89].

Как известно, первоначально место элемента в системе Менделеева определялось атомным весом. Однако связь этой величины со всем комплексом химических свойств была не ясна, и сам Менделеев, а также его последователи продолжали искать более глубокие свойства атомов, непосредственно определяющие его химические параметры. Эти свойства были найдены при анализе атомных спектров. В начале XX в. частоты колебаний в спектрах атомов были сопоставлены с орбитами электронов, вращающихся вокруг ядра атома. Так возникла первая модель структуры атома Н. Бора, причем заряд ядра был отождествлен с порядковым номером элемента в системе. В дальнейшем квантовая механика позволила уточнить и дополнить теорию строения атома. В результате многообразные отношения, существующие между элементами в системе Менделеева, получили теоретическое обоснование. Сходство или различие свойств удалось связать с числом электронов на определенных орбитах, симметрией орбит, их удаленностью от ядра и энергией связи с ядром. В результате возникла электронная теория строения материи, представляющая собой основу не только учения о строении атомов и молекул, но и теории химических превращений.

3. Единство структуры и процессов в химии. Проблема эволюции вещества в природе

Анализ эволюции развития химической формы движения материи предполагает предварительное рассмотрение ее функционирования и строения, т. е. исследование системно-структурных отношений. В современной химии теория строения вещества опирается на квантовую механику, химический аспект которой называется квантовой химией. Последняя обладает развитым логическим аппаратом, в принципе способным охватить и качественно, а отчасти и количественно описать свойства всех химических систем. Электронное строение как способ описания химических соединений средствами квантовой механики, не отрицая данных классической теории, существенно дополняет их. Кроме возможности описать разнообразие химических связей электронное строение позволяет понять и предвидеть свойства и структуру большого числа систем, которые вообще нельзя описать при помощи классической теории. Это относится к системе с делокализацией электронов в пространстве как одной молекулы, так и целого кристалла.

Квантовая химия является теоретическим ядром современной химии. Однако серьезные математические трудности, связанные с расчетом сложных соединений, не позволяют распространить ее на весь материал химии. Построение количественной теории химических связей кажется пока делом отдаленного будущего. Тем не менее качественное описание химических систем, которое дает квантовая механика, оказывается вполне адекватным. В основе его лежит диалектическая идея динамизма, подвижности, свойственной химическим системам. К пониманию динамизма интуитивно химики подходили еще в XIX в., когда стремились связать данное вещество с исходными веществами и продуктами его распада, т. е. изучить вещество не изолированно, а в системе реагирующих тел, диалектически, во взаимосвязи и развитии. Методику такого подхода прежде всего давала термодинамика и кинетическая теория материи.

Взаимосвязь химии с физическими концепциями не ограничивается квантовой теорией и электродинамикой, но осуществляется и через статистическую теорию строения материи. Особенно важна связь химии со статистической теорией равновесных систем. Эта теория тесно смыкается с химическим аспектом учения о макроскопическом равновесии — химической термодинамикой. Термодинамика дает метод описания химических соединений в системе реагирующих веществ, где каждое тело тесно связано с исходными веществами и продуктами своего распада. Такой подход позволяет ввести понятие о фазе как форме существования химического соединения.

Понятие о химическом соединении, находящемся в фазе, выступает как некоторая форма реальной фазы. Термодинамика требует также, чтобы внутри фазы существовало равновесие, которое должно иметь место со всеми веществами и вне фазы. Только в этом случае к описанию фазы можно применить аппарат термодинамики и записать ее уравнение. Исследование систем сводится, таким образом, к исследованию превращений между ними. Это важный вывод, поскольку он позволяет провести аналогию между классическими физическими процессами (например, плавление, испарение) и превращениями, сопровождающимися химическими реакциями. Так, переход жидкости в пар описывается термодинамическим уравнением такого же вида, как и химические процессы, например разложение известняка с образованием углекислого газа или восстановление окислов железа углеродом. Все это имеет большое значение, поскольку вскрывает новые стороны в познании природы превращения веществ.

Действительно, химические превращения, если смотреть на них с позиции взаимодействия атомов, универсальны. Невозможно представить себе никаких изменений в веществе без разрыва или образования каких-то химических связей. Любое испарение, хотя и считается физическим процессом, тем не менее включает в себя разрыв связей в жидкости при переходе в пар. Если при испарении воды это слабые связи между молекулами, то при испарении солей — прочные связи в кристаллах. Даже простое нагревание вещества (той же воды) в определенный момент сопровождается перестройкой ее внутренней структуры, которая приводит к разрыву связей.

Термодинамический анализ дает четкие границы понятию о химическом превращении. Он фиксирует как химические лишь те из них, которые сопровождаются образованием новых фаз, отличающихся составом и описывающихся новым уравнением. Поэтому переход воды из жидкости в пар термодинамика не позволяет рассматривать как химическую реакцию, хотя детальный анализ молекулярного механизма перехода воды в пар объясняет процессы образования сложных молекулярных агрегатов и их распад.

Подход к химическим превращениям с точки зрения термодинамики позволил рассматривать химический процесс не как изолированное превращение отдельных молекул. а как изменения в системе в целом. При этом не закрывается путь и к более детальному анализу данной системы и установлению в ней химических превращений. Этот анализ будет отвечать более глубокому познанию структуры системы. Иными словами, выделение индивидуального соединения в виде отдельной новой фазы выступает как первичный подход. Применяя более тонкие методы (исследование оптических свойств, плотностей, рентгеновский анализ), можно перейти на более глубокие уровни познания структуры и обнаружить изменения, сопровождающиеся образованием новых и разрушением прежних молекулярных образований или изменением порядков связей симметрии атомов.

Так обнаруживается глубокая диалектичность процесса познания химических превращений: многоуровневый подход, бесконечность процесса проникновения в природу реагирующих систем. Здесь наглядно видна истинность положения В. И. Ленина об углублении мысли человека от явления к сущности, от сущности первого порядка к сущности второго порядка и т. д.[90]