Большая энциклопедия нефти и газа. Краткая история химии

22 февраля 1828 года немецкий химик Фридрих Велер сообщил, что искусственно получил из неорганического вещества мочевину. Человек, далекий от химии, скорее удивится, что Велер нашел не самый лучший повод похвастаться перед научным сообществом, и будет неправ, но лишь отчасти. Во-первых, да, мочевина — органическое вещество, и получение его из цианата аммония (NH 4 NCO) стало сенсацией в химии XIX века, хотя само вещество вызывает чувства, далекие от восторга, не только у современников. Помните, как в «Городской сказке» Саши Черного мимоходом оброненное студенткой-медиком с «профилем тоньше камеи» замечание о выделении этого вещества в университете бросило в дрожь незадачливого поклонника? Во-вторых, строго говоря, цианат аммония и мочевина — это изомеры, а значит, налицо не синтез, а изомеризация, то есть все метаморфозы вещества остаются в рамках того же набора атомов, которые только меняются местами. Но обо всем по порядку.

Схематическое изображение изомеризации цианата аммония

От Гиппократа до Одина

Теория витализма (от латинского корня «жизнь», общего у этого слова со словом «витамин»), выводы которой о самозарождении мышей в кладовых с зерном, а мух в мясе в наше время кажутся просто забавными, продержалась в науке больше тысячи лет. Идеи доисторических времен о некоей жизненной силе, которая есть у живых и отсутствует у неживых объектов, перекочевали в работы древних греков, а оттуда и в науку Нового времени. Витализм менял лицо, воплощаясь то в гуморах Гиппократа, то в энтелехиях Аристотеля, то в «неделимых элементах всего сущего» — монадах Лейбница.

Большой популярностью пользовались опыты Франца Месмера, утверждавшего, что живые тела наделены особым «животным магнетизмом». По мнению Месмера, его чувствуют особенно восприимчивые люди, и с его помощью можно телепатически общаться, а действие этой силы объяснялось перетеканием особых «флюидов». При Людовике XVI даже созывались комиссии для проверки этой гипотезы. Во главе первой стоял Жозеф Гильотен, чья фамилия увековечена в названии небезызвестного изобретения, второй — Бенджамин Франклин. Участвовал в экспериментах и великий химик Лавуазье. Комиссия постановила, что «флюиды без воображения бессильны, однако воображение без флюидов может произвести эффект флюида».

Позднее витализм трансформировался в «одическую силу» — так немецкий естествоиспытатель Карл фон Райхенбах назвал жизненную силу, которая якобы присутствует у живых организмов в виде ауры, неких биологических электромагнитных полей. Райхенбах даже опубликовал статью «Исследования магнетизма, электричества, тепла и света в их связи с витальными силами» в журнале Annalen der Chemie und Physik . В этой статье он также заявил, что одическая сила (которую он назвал в честь скандинавского бога Одина) может иметь темную и светлую стороны, а также позитивный и негативный потоки. В 1852 году, когда европейский высший свет развлекался спиритическими сеансами и общением с медиумами, эта идея нашла немало сторонников.

Повелитель мух, бульон и пицца

Мы можем воспринимать это как исторический курьез, но в те времена биологам и химикам витализм ставил целых две важных преграды. Мысль о том, что живые организмы не появляются от живых организмов, а самозарождаются, вносила в естественные науки некоторый уровень безответственности, позволяя своим сторонникам не думать о том, как же на самом деле эти организмы размножаются и проникают туда, где их нашли. Однако опыты Франческо Реди с мясом, закрытым от мух, показали, что личинки не возникают в продукте сами, даже если доступ воздуха открыт и преграждает путь насекомым только слой марли, через который невидимая сила вполне могла бы просочиться.

Т огда виталисты обратили свой взор на анималькулей: трудно уследить, как размножаются микроорганизмы, а потому они и стали новой надеждой на возрождение прекрасной идеи. Однако все их притязания отверг Пастер, на уровне микромира доказавший в опыте с колбами с бульоном то же самое, что Реди продемонстрировал для видимых невооруженным глазом живых существ. Такие победы над витализмом позволили ученым постичь несколько фундаментальных для наук о жизни постулатов, важнейший из которых — что живое происходит только от живого. Поскольку это утверждение оказалось справедливым даже на уровне отдельных клеток, оно было добавлено Рудольфом Вирховым к клеточной теории Шлейдена и Шванна.

Луи Пастер

Но было и другое виталистическое ограничение: поскольку жизнь происходит только от жизненной силы, то она не могла появиться на Земле миллиарды лет назад сама по себе. И только многие годы изысканий все же позволили ученым преодолеть эту преграду и доказать, как при определенных условиях происходит синтез органики из простых и встречающихся повсюду на нашей планете элементов: углерода, водорода, кислорода, азота и фосфора — и как органические молекулы могли перейти к воспроизводству самих себя. В данное время есть несколько теорий, где они могли этому научиться, некоторые даже имеют интересные гастрономические названия: первичный бульон (в воде), первичная пицца (на небольших глиняных «блюдцах»).

Витализм не умер, но ему нездоровится

Но всех этих открытий (и теории РНК-мира о том, как первые биомолекулы начали катализировать собственное производство, «размножаясь») не было бы без многочисленных аргументов в пользу несостоятельности витализма. Нужно было не только доказать отсутствие самозарождения «от противного», но и создать органическое вещество из неорганического, чтобы показать, что никакой фундаментальной границы между живыми и неживыми объектами на уровне химии нет.

Впервые мочевину из мочи выделил французский химик Руэль в 1773 году. В 1779 году Фуркуа и Воклен, изучая мочевину, дали ей химической название карбамид (амид угольной кислоты). Карбамид в чистом виде впервые выделил великий химик Якоб Берцелиус (сторонник витализма) в 1808 году. И вот на этом веществе реакция была воспроизведена в лаборатории Велера, который с горечью написал своему учителю Берцелиусу, что стал свидетелем «великой трагедии в науке — убийства прекрасной гипотезы уродливым фактом». Прекрасной гипотезой, однако бесплодной и бесплотной, как сам «жизненный дух», стал витализм, а «уродливым фактом» оказался случайно открытый Велером изомер, в который при нагревании до 60°C превращается цианат аммония.

Синтез мочевины, вопреки некоторым мифам, не стал последним гвоздем в крышку гроба, где похоронили жизненную силу (скорее семенем дерева, из которой сделают его доски). Виталисты быстро утешились мыслью, что так можно получить только продукт отходов живого организма, но никак не полезное для него вещество. Однако эта работа показала, что научный факт, лишенный некоторой эстетичности в первом приближении, при взгляде через призму других фактов и уложенный в канву анализа, становится красив своей сложностью и благороден трудами исследователей, благодаря которым он был добыт.

По материалам «Индикатора»

Крушение витализма

Еще со времени открытия огня человек разделил вещества на две группы: горючие и негорючие. К горючим веществам относились, в частности, дерево и жир или масло, они в основном и служили топливом. Дерево - это продукт растительного происхождения, а жир и масло - продукты как животного, так и растительного происхождения. Вода, песок, различные горные породы и большинство других веществ минерального происхождения не горели, более того, гасили огонь.

Таким образом, между способностью вещества к горению и принадлежностью его к живому или неживому миру существовала определенная связь. Хотя, безусловно, были известны и исключения. Например, уголь и сера - продукты неживой материи - входили в группу горючих веществ.

Накопленные в XVIII столетии знания показали химикам, что судить о природе веществ, исходя только из их горючести или негорючести, нельзя. Вещества неживой природы могли выдерживать жесткую обработку, а вещества живой или некогда живой материи такой обработки не выдерживали. Вода кипела и снова конденсировалась в воду; железо или соль расплавлялись, но, остывая, возвращались в исходное состояние. В то же время оливковое масло или сахар при нагревании (даже в условиях, исключающих возможность горения) превращались в дым и гарь. То, что оставалось, не имело уже ничего общего с. оливковым маслом или сахаром, и превратить этот остаток в оливковое масло или сахар больше не удавалось. Словом, вещества этих двух групп вели себя принципиально различным образом.

В 1807 г. Берцелиус предложил вещества, подобные оливковому маслу или сахару, которые типичны для живой природы, называть органическими . Вещества, подобные воде и соли, которые характерны для неживой природы, он назвал неорганическими .

Химиков не переставало удивлять, что органические вещества при нагревании или каком-либо другом жестком воздействии легко превращаются в неорганические вещества. (Возможность обратного превращения, т. е. превращения неорганического вещества в органическое, была установлена несколько позднее.) То время было временем господства витализма - учения, рассматривающего жизнь как особое явление, подчиняющееся не законам мироздания, а влиянию особых жизненных сил (vis vitalis) . Защитником витализма веком раньше был Шталь, основатель теории флогистона (см. гл. 5). Сторонники витализма утверждали, что для превращения неорганических веществ в органические требуется какое-то особое воздействие («жизненная сила»), которое проявляется только внутри живой ткани. По этой причине неорганические соединения, например воду, можно было найти повсюду - в пределах и живого, и неживого мира, тогда как органические соединения, образующиеся под воздействием жизненной силы, можно найти только в живых тканях.

Химики, имевшие дело с самыми обычными соединениями и пользовавшиеся самыми обычными методами, осуществить превращение, требовавшее участия жизненных сил, естественно, не могли.

Первые сомнения в справедливости такого утверждения возникли после опубликования в 1828 г. работы Фридриха Вёлера (1800-1882), немецкого химика, ученика Берцелиуса. Вёлера, в частности, интересовали цианиды и родственные им соединения. Нагревая цианат аммония (в то время это соединение безоговорочно причисляли к неорганическим веществам, не имеющим ничего общего с живой материей), Вёлер обнаружил, что в процессе нагревания образуются кристаллы, похожие на мочевину - продукт жизнедеятельности человека и животных, выделяющийся в значительных количествах с мочой. Тщательно изучив эти кристаллы, Вёлер установил, что он действительно получил мочевину - бесспорно органическое соединение.

Вёлер несколько раз повторил опыт и, убедившись, что он по своему желанию может превращать неорганическое соединение (цианат аммония) в органическое (мочевину), сообщил о своем открытии Берцелиусу. Берцелиус был упрямым человеком, который редко менял свое мнение под чьим-либо влиянием, однако в этом случае он вынужден был согласиться, что проведенное им, Берцелиусом, разделение на органические и неорганические соединения оказалось не таким четким, как он полагал.

Однако не надо переоценивать значения этой работы Вёлера . Сама по себе она не столь уж существенна. Строго говоря, цианат аммония не является типичным неорганическим соединением, но даже если считать его таковым, то превращение цианата аммония в мочевину (как со временем и было показано) является просто результатом изменения расположения атомов внутри молекулы. И в самом деле, ведь молекула мочевины фактически является перестроенной молекулой все того же цианата аммония.

И тем не менее значение открытия Вёлера отрицать нельзя. Оно способствовало низвержению витализма и вдохновило химиков на попытки синтеза органического вещества; не будь этого открытия, химики направили бы свои усилия в другом направлении.

В 1845 г. Адольф Вильгельм Герман Кольбе (1818-1884), ученик Вёлера, успешно синтезировал уксусную кислоту, считавшуюся в его время несомненно органическим веществом. Более того, он синтезировал ее таким методом, который позволил проследить всю цепь химических превращений - от исходных элементов (углерода, водорода и кислорода) до конечного продукта - уксусной кислоты. Именно такой синтез из элементов , или полный синтез , и был необходим. Если синтез мочевины Вёлера породил сомнения относительно существования «жизненной силы», то синтез уксусной кислоты Кольбе позволил решить этот вопрос.

Cтраница 1

Современный витализм не отрицает применимости законов физики к исследованию явлений жизни, но, как мы увидим, утверждает, что здесь нужна новая, еще не созданная физика. Вместе с тем физическая трактовка важнейших биологических процессов зачастую рассматривается как недопустимый редукционизм, как сведение сложных биологических законов к более простым - физическим.

Витализм Шталя был верен до тех пор, пока законы физики отождествлялись с эволюцией, ведущей к разложению и дезорганизации. Ныне на смену виталистс-кому принципу пришла последовательность невероятных мутаций, сохраняющаяся в генетическом коде, который управляет структурой живого. Тем не менее некоторые экстраполяции, берущие начало в молекулярной биологин, устанавливают для жизни черту оседлости лишь у самой границы естественного, иными словами, трактуют жизнь как нечто совместимое с основными законами физики, но имеющее чисто случайный характер. Наиболее явно эту точку зрения сформулировал Моно: жизнь не следует из законов физики, но совместима с ними.

Витализмом называется идеалистическое направление в биологии, отрицающее самую возможность естественно-научного объяснения явлений жизни. Виталисты утверждали, что процессы, происходящие в живых организмах, обусловлены особой жизненной силой и потому не подчиняются законам физики и химии, справедливым для неорганической природы.

Противник витализма, спиритизма, преисполненный непоколебимой уверенности в познавательные возможности науки, Энгельгардт выступает в области естествознания как материалист. Его борьба против тех ученых, которые пытались неисследованные явления природы объяснять различного рода непознаваемыми силами, носит прогрессивный характер.

Господство витализма повело к тому, ч го первый период развития органической химии был посвящен исключительно изучению различных веществ растительного и животного происхождения.

Господство витализма повело к тому, что первый период развития органической химии был посвящен исключительно изучению различных веществ растительного и животного происхождения.

Гибель витализму принес успешно развивавшийся в первой половине XIX в.

Гибель витализму принес успешно развивающийся в первой половине XIX в.

О витализме Ф Энгельс писал, что жизненная сила выступает здесь как нечто вложенное в организм извне, а не присущее ему и неотделимое от него.

Являясь противником витализма, сторонником которого был Берцелиус, Ходнев отстаивал ту точку зрения, что те же самые свойства, которые сопровождают материю в соединениях неорганических, должны служить причиною явлений, происходящих и в живых существах.

Окончательное крушение витализма, как было отмечено выше, связано с победоносным шествием органического синтеза, научной базой которого явилась теория химического строения. Можно считать также, что начало этому крушению положили уже эмпирические синтезы Бертло, синтез сахаристого вещества Бутлеровым и первые синтезы Франкланда и Кольбе. Но все эти достижения появились значительно позже первых каталитических открытий и их обобщений Берцелиусом.

Глава 6 Органическая химия

Крушение витализма

Французский химик Пьер Эжен Марселен Бертло (1827-1907) в 50-е годы XIX в. начал систематическую разработку синтеза органических соединений и достиг больших успехов. Он синтезировал, в частности, такие хорошо известные и важные соединения, как метиловый и этиловый спирты, метан, бензол, ацетилен. Бертло «нарушил границу» между неорганической и органической химией, покончив с пресловутым «запретом». В дальнейшем такое «нарушение границ» стало обычным.

См.: Шамин А. Я. Биокатализ и биокатализаторы (исторический очерк).- М.: Наука, 1971, 196 с.

См.: Мусабеков Ю. С. Историческая оценка синтеза Вёлера.- Вопросы истории естествознания и техники, 1957, вып. 5, с. 66-73.

Впрочем, это было только первое поражение витализма, который продолжал удерживать свои позиции в других областях химии. Несмотря на медленное ослабление его позиций на протяжении XIX в., окончательно витализм не исчез и сегодня. Полное описание различных этапов крушения витализма можно найти в кн. «Краткая история биологии» (Азимов А. Краткая история биологии. Пер. с англ, - М.: Мир, 1967).

См.: Мусабеков Ю. С. Марселен Бертло. 1827-1907.- М.: Наука, 1965, 231 с.

План:

1 Развитие
2 Месмеризм
3 Витализм в истории химии

Введение

Витали́зм (от лат. vitalis - «жизненный») - философское направление, утверждающее наличие в организмах нематериальной сверхъестественной силы, управляющей жизненными явлениями - «жизненной силы» (лат. vis vitalis ), «души», «энтелехии», «архея» и других.

Витализм развивался в масштабе цивилизационных эпох:

часто обнаруживается в наивных биологических теориях детей;
в восточных учениях - «ци» или «прана» (представление об энергетической структуре человека), в учении Гиппократа эти энергии назывались «гуморы»;
в аристотелевском классицизме сущность живого выносилась вне физического контекста в так называемые «энтелехии»;
в христианской, буддийской традициях сущность/исток жизни относили непосредственно к Абсолюту (см. Гегель и теоретическая биология);
у Ганса Дриша энтелехия получила интерпретацию в экспериментальных данных и имеет антимеханистическую направленность;

В результате накопления опытных данных химией и биологией витализм потерял свое значение. В настоящее время он относится к неакадемическим теориям.

1. Развитие

Виталистические воззрения уходят корнями в анимизм. Хотя они были общепринятыми, попытки создать правдоподобную научную модель начинаются с начале XVII в., когда было предположено, что материя существует в двух совершенно различных формах, отличающихся поведением по отношению к теплоте. Эти две формы были названы «органическая» и «неорганическая». Неорганическая материя может быть расплавлена и возвращена в первоначальное состояние, как только будет прекращено нагревание. Органические структуры «спекаются» при нагревании, переходя в новые формы, которые невозможно восстановить до прежнего состояния, просто прекратив нагревание. Велись споры, является ли причиной различий между этими двумя формами материи существование «жизненной силы», присутствующей только в «органической материи».

Теория о микробиологических причинах заболеваний, поддержанная изобретением микроскопа в XVI веке, уменьшила значение витализма в западной медицине, и роль органов в жизнедеятельности стала более понятной, уменьшая потребность в объяснениях феномена жизни посредством мистических «жизненных сил». Тем не менее, виталистические идеи все ещё считались необходимыми некоторыми учёными.

В начале XIX века Йёнс Якоб Берцелиус, известный как один из отцов современной химии, отверг мистические объяснения витализма, но, тем не менее, велись споры о существовании регулирующей силы внутри живой материи, поддерживающей её функции. Карл Рейхенбах позднее разработал теорию «Силы Одина», формы жизненной энергии, которая пронизывает живые существа. Эта концепция так и не получила большой поддержки, несмотря на авторитет Рейхенбаха. Теперь витализм часто используется как уничижительный эпитет. Но, несмотря на это, Эрнст Майр, со-основатель синтетической теории эволюции и критик витализма и редукционизма, писал в 2002 году:

Было бы антиисторично высмеивать виталистов. При чтении работ ведущих виталистов, таких как Дриш, приходится согласиться с тем, что многие основные проблемы биологии не могут быть разрешены при помощи философии подобной Декартовой, в которой организм считается просто машиной… Логика критиков витализма была безупречна. Но все их попытки найти научный ответ на все так называемые виталистические явления оканчивались неудачей… Отвергая философию редукционизма, мы не атакуем анализ. Никакая сложная система не может быть понята иначе как через тщательный анализ. Во всяком случае, взаимодействие компонентов должно приниматься во внимание так же, как свойства отдельных компонентов.

2. Месмеризм

В XVIII веке была популярной виталистическая теория «животного магнетизма» Ф. А. Месмера. Однако русский термин животный магнетизм - перевод термина Месмера magnétisme animal - является неверным по четырем причинам:

Анима - аристотелевский базовый термин, трактат «De Anima», греч. «пере психе» - «О душе»
Месмер выбрал свой термин, чтобы разграничить его вариант магнитной силы от тех, которые относились в то время к минеральному магнетизму , космическому магнетизму и планетарному магнетизму .
Месмер считал, что открытая им сила действует только внутри тел людей и животных.
Месмер выбрал слово animal за его происхождение от лат. «animus» - «дыхание», чтобы идентифицировать эту силу, как качество, присущее созданиям, наделенным дыханием: людям и животным.

Идеи Месмера стали такими популярными, что король Людовик XVI созвал две комиссии для исследования месмеризма. Одну возглавлял Жозеф Гильотен, вторую - Бенджамин Франклин, которая включала Жозефа Сильвана Бальи и Лавуазье. Члены комиссий изучили теорию Месмера и видели пациентов, впадавших в транс. В саду Франклина пациента подводили к пяти деревьям, одно из которых было «месмеризовано»; пациент обнимал каждое дерево по очереди, чтобы принять «жизненные флюиды», но упал у «неправильного» дерева. В доме Лавуазье 4 обычных чашки с водой были поднесены к «восприимчивой» женщине, и четвёртая чашка вызвала конвульсии. Но женщина спокойно выпила «месмеризованное» содержимое пятой, считая её обычной водой. члены комиссии заключили, что «флюиды без воображения бессильны, однако воображение без флюидов может произвести эффект флюида». Это важный пример победы силы разума и контролируемого эксперимента над ложными теориями. Иногда считается, что виталистские идеи ненаучны, потому что непроверяемы; здесь теория была не только проверена, но и признана ложной.

3. Витализм в истории химии

В истории химии витализм играл ведущую роль, отличая органические и неорганические вещества, следуя аристотелевскому различию между царством минералов и царствами животных и растений. Главной предпосылкой этих виталистических воззрений было владение органическими веществами, в отличие от неорганических, «жизненной силой». Из этого вытекало и было предсказано, что органические соединения не могут быть синтезированы из неорганических. Однако химия развивалась, и в 1828 году Фридрих Вёлер синтезировал мочевину из неорганических компонентов. Вёлер написал Берцелиусу письмо, в котором говорил, что он стал свидетелем «великой трагедии в науке - убийства прекрасной гипотезы уродливым фактом». «Прекрасной гипотезой» был витализм; «уродливым фактом» - пробирка с кристаллами мочевины.

Согласно общепринятым взглядам на прогресс химической науки, последовавшие за этим открытия отвергли «витальную силу», по мере того, как все большее количество жизненных процессов стало возможным объяснить химическими или физическими явлениями. Тем не менее, не считается, что витализм умер именно в тот момент, когда Вёлер синтезировал мочевину. «Миф о Вёлере», как он был назван историком науки Питером Дж. Рамбергом, зародился в научно-популярной книге об истории химии, опубликованной в 1931 году, которая «игнорируя все претензии на историческую точность, превратила Вёлера в рыцаря, который совершал попытку за попыткой синтезировать природное вещество, которая опровергла бы витализм и сдернула покров невежества, до тех пор, пока „в один день не свершилось чудо“».

Основной антимеханический тезис в химии - телеологичность процессов, уже не объясняемых механически на уровне клетки (см. например Albrecht-Buehler).

Некоторые величайшие умы того времени продолжали исследовать витализм. Луи Пастер, вскоре после его знаменитого опровержения теории спонтанного самозарождения, совершил несколько экспериментов, которые, как он чувствовал, поддерживают теорию витальности. Согласно Бехтелю, Пастер «применил ферментацию к более общей программе, описывающей особенные реакции, которые протекают только в живых организмах. Они не применимы к витальным явлениям.» В 1858 году Пастер показал, что ферментация происходит только в присутствии живых клеток и в отсутствие кислорода. Это привело его к описанию ферментации как «жизни без воздуха». Он не нашёл подтверждения утверждениям Берцелиуса, Либига, Траубе и других, что ферментация происходит под действием химических агентов или катализаторов внутри клеток, и заключил, что ферментация - «витальное действие».

Оригинальную системную биохимическую концепцию жизни разрабатывал в 1871-1911 гг. Эдмунд Монтгомери.

Литература

О душе. Аристотель (желательно параллельный текст на польском и/или английском языках) Rem. данная книга приводится не как уважение к классику, а как самый необходимый текст для понимания сути.
O duszy. Aristoteles Prelozyl, wstepem i skrowidzem opatrzyl Pawel Siwek. // PWN, Warszawa 1972
Витализм. Его история и система. Г. Дриш 1915 // репринт 2007 URSS (Конспект «Витализма» Ганса Дриша)
Stuart R. Hameroff Ultimate Computing. Biomolecular Consciousness and NanoTechnology. (недоступная ссылка с 28-03-11 (105 дней))
Новая наука о жизни. Р. Шелдрейк . //«Рипол классик» М2005
Guenter Albrecht-Buehler Cell Intelligence.
Валентин Томберг. Старшие арканы Таро. - СПб. «Алетейя», 2000 Словарь Томберга

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства