История химии с древнейших времен до конца XX века. В 2 т. Т. 2

Философия и методология научного познания не без основания рассматривает следующую иерархию организации и форм движения материи: физическая → химическая → биологическая → социальная. Согласно этой иерархии химические системы, включающие в себя физические объекты, являются более сложными. По сравнению с химией, биологией или медициной, в последней трети XIX столетия физика достигла больших успехов в изучении своих объектов, поскольку здесь более широко использовалось количественное математическое описание. Химия в этом отношении делала только первые шаги, а до строгого количественной интерпретации в биологии и социологии и сегодня еще достаточно далеко, хотя в настоящее время некоторые частные проблемы этих наук нашли свое отражение в математических моделях.

В методологии научного познания практикуется принцип, который называется редукционизмом (лат. reductio — понижение, восстановление). Следуя этому принципу, высшие формы организации и движения материи, в определенном приближении, можно объяснить на основе законов и концепций, заимствованных из описания субъективно более развитых низших форм. Великие умы XVII — начала XVIII вв. — Р. Декарт, Г. Галилей, И. Ньютон, X. фон Вольф и И. Кант — пытались построить исчерпывающую картину мира на основе законов классической механики. Такое направление в естествознании получило название механицизма.

К концу XIX столетия классическая физика достигла поистине выдающихся успехов: были разработаны такие разделы, как механика, термодинамика, электростатика, электродинамика, оптика и магнетизм. Не считая нескольких, казалось бы, мелких вопросов, физика могла претендовать на создание практически полной картины окружающего мира (см. т. 2, глава 5, п. 5.1). Окрыленные успехами сопредельной науки, ученые-химики осмелились воспользоваться физическими концепциями и строгим математическим аппаратом для решения проблем, лежащих в областях, пограничных между двумя этими разделами естествознания.

Таким образом сформировалась, по сути, преимущественно редукционистская наука — физическая химия.

Становление физической химии происходило одновременно по нескольким направлениям:

— установление характера количественных изменений различных физических свойств веществ и их смесей в зависимости от состава;

— установление общих законов изменения свойств простых веществ, соединений и смесей в зависимости от внешних условий (температура, давление, наличие внешних силовых полей и т. д.);

— установление изменения свойств веществ в зависимости от их строения;

— установление закономерностей протекания химических процессов в зависимости от внутренних и внешних факторов;

— разработка новых методов исследования физико-химических свойств веществ и характера протекания химических реакций.

Процесс становления основ физической химии происходил в неразрывной связи с развитием неорганической, аналитической и органической химии, физики и других естественных наук, а также философии.

3.2. Кинетическая теория теплоты. Законы газового состояния

3.2.1. Зарождение кинетической теории теплоты

Анализируя весь объем исследований газового состояния, необходимо признать, что подлинными основателями кинетической теории газов являются Даниил Бернулли и М.В. Ломоносов. Еще в первой трети XVIII в. работавший в России Д. Бернулли, прославившийся как физик-универсал и один из основателей математической физики, объяснял свойства газов на основании теплового движения частиц. В 1738 г. он издал свой фундаментальный труд «Hydrodynamica» («Гидродинамика»), который явился плодом его многолетних исследований. В десятом разделе своего сочинения[23], изданного в Страсбурге на латинском языке, Д. Бернулли первым выступил с утверждением, что частицы газа движутся равномерно и прямолинейно до тех пор, пока не столкнутся друг с другом или со стенкой сосуда, в котором газ заключен. Все соударения частиц газа он считал упругими, поэтому их движение является хаотическим и беспрерывным.

Таким образом, причиной давления газа на стенки сосуда P, по мнению Бернулли, является тепловое движение его частиц, причем величина P пропорциональна квадрату их скорости. В своей классической книге «Гидродинамика» ученый вывел уравнение стационарного

течения несжимаемой жидкости (уравнение Бернулли), лежащее в основе динамики жидкостей и газов. Ему удалось вывести математическое выражение, связывающее давление газа или жидкости со скоростью движения его частиц:

P + ρgh + (ρ/2)∙v² = P₀ = const. (3.1)

^{Даниил Бернулли (1700–1782)}

^{Титульный лист «Гидродинамики» Д. Бернулли (1738)}