Итак, Н.С.Курнаков доказал существование химических соединений переменного состава, но общие критерии понятия химическое соединение не были определены.
Грань между химическими соединениями и механическими смесями становилась неопределенной, поскольку соединения переменного состава не подчинялись законам стехиометрии, которые позволяли ли бы разграничить химическое соединение и механическую смесь. А другие критерии не были сформулированы.
В 1953 г. отечественные химики обратили внимание на состояние вопроса с определением основного химического понятия. В Институте общей и неорганической химии АН СССР (ИОНХ АН СССР) было организовано Совещание, посвященное понятию химического соединения. Участники Совещания рассматривали его созыв как «назревшую потребность в критическом рассмотрении главных понятий химии в связи с накоплением новых данных».
В выступлениях участников были отмечены следующие ключевые положения:
- За истекшие годы была заново создана наука о строении вещества (Н.С. Курнаков исследовал фазы до введения методов структурного анализа), которая позволила установить и доказать два типа строения химических соединений – дискретное (молекулярное) и непрерывное (немолекулярное);
- Беспримерный рост фактического материала, неожиданные открытия новых областей настоятельно требуют пересмотра воззрений на логическую структуру таких понятий, как «элемент», «соединение», «раствор», «индивид», которые, казалось бы, установлены с незыблемой прочностью великими основателями науки;
- Понятие о химическом соединении есть одно из основных понятий химии и для каждого химика, да и не только химика, оно является той призмой, через которую преломляются все впечатления о данном теле, вынесенные из эксперимента, подход к его осмыслению и дальнейшему изучению.
Были также подчеркнуты следующие важные обстоятельства, которые остаются таковыми и в наше время.
Состояние вопроса об определении понятия химического соединение позволяет говорить, что каждый определяет понятие химического соединения по-своему в соответствии со своей компетенцией в этом вопросе;
Для большинства химиков вопрос об определении понятия химического соединения представляется настолько тривиальным, что сама постановка его вызывает обычно удивление;
В учебниках отсутствует четко сформулированное общее определение химического соединения;
Большинство химиков считает само собой разумеющимся, что химическими соединениями могут быть названы только вещества, состоящие из молекул, соотношения элементов в которых подчиняются закону постоянства состава и другим стехиометрическим законам;
В то же время развитие химии достоверно показало, что многие химические соединения переменного состава состоят не из молекул и что молекула не является единственной формой существования химического соединения;
Противоречия между химическими реалиями и «общепринятым» определением химического соединения были признаны тормозом для дальнейшего развития химии.
На Совещании была принята следующая резолюция:
Совещание констатирует, что созыв его был осуществлен своевременно, так как из-за ослабления методологической работы по уточнению основных вопросов химии возникла путаница в некоторых важных понятиях (элемент, простое вещество, химическая связь, химическое соединение, фаза).
По общему мнению, основные понятия химии должны быть четко определены в соответствии с современным уровнем техники.
Признан необходимым созыв в ближайшие годы специальных совещаний, посвященных отдельным дискуссионным вопросам, в т.ч., определение химического индивида, химического соединения, компонента, фазы и др.
(Сборник докладов на Совещании по определению понятия химического соединения. М.: Изд-во АН СССР, 1953; Материалы Совещания по определению понятия химического соединения. ЖНХ, 1956, Т. 1, вып. 7).
На совещании было рассмотрено несколько определений понятия химического соединения, но не было сформулировано общепринятое. Совещание 1953 г. оказалось первым и последним коллегиальным обсуждением понятия химического соединения, несмотря на принятые резолюции.
А что же происходило и происходит в химической литературе во второй половине ХХ в. и в первых десятилетиях ХХI в.? Каким образом находят в ней отражение вопросы, поставленные уже более полувека назад?
Если рассматривать так называемую образовательную литературу (учебники и справочники), то имеет место такая картина.
Многие учебники вообще не содержат определения понятия химическое соединение, например:
- Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия: М.: Химия,1992;
- Павлов Н.Н. Общая и неорганическая химия. М.: Дрофа, 2002.
- Коровин Н.В. Общая химия. М.: Высшая школа, 1998 (победитель конкурса учебников).
- Переизданное и якобы дополненное и исправленное издание: Глинка Н.Л. Общая химия (под редакцией В.А.Попкова, А.В. Бабкова): М.: Юрайт, 2013.
Комментарий. Понять такую ситуацию можно, поскольку общепризнанное определение этого понятия, как указано в других учебниках, в настоящее время не существует, а в последнем издании «Химической Энциклопедии» (1988 - 1998 г.г.) оно просто отсутствует.
Другим обстоятельством, отражающим реальность, является абсолютная доказанность существования стехиометрических и нестехиометрических соединений или химических соединений двух видов строения: молекулярного и немолекулярного.
Экспериментальный учебник С.Т. Жукова «Химия», 8-9 класс (М.: 2002, http://www.chem.msu.su/rus/school/zhukov1/01.html#1.4) – единственный из обнаруженных нами, в котором четко указано, что в настоящее время в химии нет общепринятого всеобъемлющего определения этого понятия и что простые и сложные вещества могут иметь молекулярное и немолекулярное строение. Кроме того, приведена полезная классификация веществ:
Значительная часть учебников и справочников по химии предлагает определения, которые уже более полувека назад были признаны несоответствующими химическим реалиям, поскольку они включают только стехиометрические соединения, т.е. соединения молекулярного строения.
Например:
"Химическое соединение – химически индивидуальное вещество, состоящее из атомов различных элементов. Важный признак химических соединений – однородность и постоянство состава" (Бусев А.И., Ефимов И.П. Определения, понятия, термины в химии. М.: Просвещение, 1977, с.107).
"Соединение – это такое вещество, которое состоит из атомов двух или нескольких элементов. Эти атомы должны присутствовать в определенных числовых соотношениях, поскольку каждое соединение имеет вполне определенный состав" (Полинг Л., Полинг П. Общая химия. М.: Мир, 1978, с.85).
"Сложное вещество – форма существования химических соединений, молекулы которых включают атомы различных элементов" (Крылов В.К., Кукушкин Ю.Н., Панина Н.С. Толковый химический словарь для всех. М.: Высшая школа,1999, с.301).
"Вещество – это совокупность одинаковых молекул или кристаллов, состоящих из одного (простое вещество) или нескольких (сложное вещество) химических элементов" (Павлов Н.Н. Общая и неорганическая химия. М.: Дрофа, 2002, с.4).
"Закон постоянства состава утверждает, что всякое химическое соединение, независимо от способа получения, всегда содержит определенные элементы с одинаковым отношением масс" (Горбунов А.И., Филиппов Г.Г., Федин В.И., М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007, с.14).
"Химическое соединение - индивидуальное вещество, в котором атомы одного или различных элементов соединены между собой химической связью. Обычно состав химических соединений следует законам постоянства состава и кратных отношений" (Глоссарий.ru: Химические соединения, http://glossary.ru/cgi-bin/gl_find.cgi?ph=%F5%E8%EC%E8%F7%E5%F1%EA%EE% E5+%F1%EE%E5%E4%E8%ED%E5%ED%E8%E5&action.x=26&action.y=14).
"Химическое соединение - это вещество, состоящее из двух или нескольких типов атомов или ионов, соединенных в молекулу; поэтому его можно разложить на два или несколько более простых веществ. Различные химические элементы в данном соединении всегда находятся в определенном весовом соотношении между собой. Это обусловлено тем, что атомы соединены друг с другом химическими связями совершенно определенным образом" (Островок здоровья/записная книжка врача: http://bono-esse.ru/blizzard/A/Chimia/chimicheskie_soedinenija.html)
Комментарий. Уже в 1953 г. ученые сетовали по поводу того, что большинство химиков считает само собой разумеющимся, что химическими соединениями могут быть названы только вещества, состоящие из молекул, соотношения элементов в которых подчиняется закону постоянства состава и другим стехиометрическим законам. И вот, спустя более полувека, именно эти представления тиражирует современная образовательная химическая литература, как будто вообще не существует химии нестехиометрических соединений, химии твердого тела, т.е. достижений в области соединений немолекулярного или субмолекулярного строения. Представляется, что лучше вообще не приводить никаких определений, чем таким образом дезориентировать школьников и демонстрировать собственную несостоятельность.
В приведенных ниже определениях в качестве критериев отличия химического соединения от механических смесей указывается однородность, чистота, наличие химической связи между элементами.
Соединение химическое согласно представлениям классической химии, это химически индивидуальное вещество, состоящее из атомов различных элементов. Важный признак химического соединения – однородность.
В последнее время многие учёные разделяют представления о химических соединениях, полагая, что к ним относятся все вещества, в которых атомы одного или нескольких элементов соединены между собой тем или иным типом химической связи (Химическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1965, Т. IV, с. 951).
Соединение химическое - сложное вещество, состоящее из химически связанных атомов двух или нескольких химических элементов.
Термин «соединение» означает: разные части так связаны друг с другом, что возникло новое вещество, с иными свойствами, чем были у исходных веществ.
Все химические и большинство физических свойств веществ зависят от строения электронных оболочек составляющих их атомов, а химическое соединение тем и отличается от физической смеси, что в нем часть электронов обобществлена; они образуют химические связи между атомами.
Поэтому важным свойством химических соединений, отличающим их от механических смесей, является однородность.
Состав химического соединения записывают в виде химических формул, а взаимное расположение атомов изображают при помощи структурных формул (Крицман А.А., Станцо В.В. Энциклопедический словарь юного химика. М.: Педагогика, 1990).
Химическое соединение по существу представляет собой фазу, ибо оно всегда однородно. Поэтому состав химического соединения может быть как постоянным (молекула), так и переменным (координационные кристаллы). В химических соединениях главное – это химическая связь. Все простые вещества и химические соединения в чистом виде являются химическими индивидами (Угай А.Я. Общая и неорганическая химия. М.: Высшая школа, 1997).
В химии принято разделять все объекты изучения на индивидуальные вещества (иначе — соединения) и их смеси. Под индивидуальным веществом понимают абстрактное понятие, обозначающее набор атомов, связанных друг с другом по определённому закону. Граница между индивидуальным веществом и смесью веществ довольно расплывчата, так как существуют вещества непостоянного состава, для которых, вообще говоря, нельзя предложить точной формулы. Кроме того, индивидуальное вещество остаётся абстракцией в силу того, что практически достижима лишь конечная чистота вещества (https://studopedia.info/2-71500.html; http://fox1000.narod.ru/index/khimija/034;http://ru.science.wikia.com/wiki/%D0%92% D0%B5%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE; http://cyclowiki.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE).
Индивидуальные вещества и смеси. В отечественной литературе по химии принято делить вещества на индивидуальные (чистые) вещества (простые и сложные) и их смеси.
На сегодняшний день стандартизированная дефиниция индивидуального вещества отсутствует. Согласно одному из вариантов индивидуальным называют вещество, которое нельзя разделить на более простые составные части только физическими методами.
Второй вариант дефиниции основан на связи постоянства свойств вещества с его чистотой.
Вещество с минимально достижимым содержанием примесей (в идеале — нулевым) называют индивидуальным веществом (https://ru.wikipedia.org/wiki/ Вещество_(химия)).
Комментарий
Критерии однородности и чистоты, будучи широко растиражированными, на деле не отражают реальных различий между химическими соединениями и смесями.
На это обстоятельство уже достаточно давно было указано в химической литературе. Однако эта литература относится к иному уровню источников информации, чем та, обширная и общедоступная, которая приведена выше, и которая, к сожалению, изначально предназначена для обучения и в качестве справочного материала.
Речь идет о публикациях тех авторов, которые специально исследовали вопросы, связанные с химическими понятиями, соотнося исторические аспекты с новыми достижениями реальной химии.
Таких публикаций немного, что вполне объяснимо, и обнаружить соответствующие сведения удается не вдруг, хотя бы по причине отсутствия у подавляющего большинства мотивации к подобному поиску.
Обращаем внимание на определения и работы, в которых они сформулированы:
Смесь может быть гомогенной (однородной) и представлять одну фазу, но не быть соединением. И, наоборот, система может быть микрогетерогенной и представлять химическое соединение (Шептунова З.И. Химическое соединение и химический индивид. М: Наука, 1972).
Определения, имеющие место в многочисленных учебниках, словарях, энциклопедиях, в большинстве случаев достаточно сходны и часто используют выражения «наука о веществах», «однородные вещества». На практике же невозможно сформулировать универсальный критерий однородности веществ. На современном языке здесь следовало бы говорить о гомогенных фазах, но понятие фазы мало помогает при характеристике предмета химии. Более того, оно, в свою очередь, требует серьезного нетривиального анализа (Зоркий П.М. О фундаментальных понятиях химии. СОЖ, 1996 № 9 С. 47–56).
Примеси вносят в энергетический спектр кристалла свои энергетические уровни; образуется новый, более сложный энергетический спектр, отвечающий новой конфигурации электронов, которая возникает в результате изменения состава, т. е. образуется новое вещество. Это не вопрос чистоты. (Алесковский В.Б. Химия надмолекулярных соединений. Учеб. пособие. Л.: ЛГУ, 1990)
Содержание примесей, их распределение в объеме и на поверхности объекта рассматриваются как входящие в понятие состава (Кнотько А. В., Пресняков И. А., Третьяков Ю. Д. Химия твердого тела: Учеб. пособие. М.: Академия, 2006, С. 3).
Комментарий
Прежде всего, необходимо уточнить, что в двух последних публикациях правильнее говорить о том, что в указанных случаях примеси входят не в понятие состава, а в понятие строение или структура, что собственно следует из контекста. Авторы прекрасно об этом знают (новая конфигурация электронов – это уже не состав, а строение).
Но тексты будут читать и непосвященные, и понимать их в меру своей компетенции.
Как видно, однородность и чистота не являются практически пригодными критериями для различения химических соединений и механических смесей.
Что касается наличия химической связи между элементами системы, то этот критерий, оставаясь основным признаком различия между соединением и смесью, все же перестал быть универсальным.
В 1973 г. был опубликован перевод монографии Г.Шилла "Катенаны, узлы, ротаксаны" [Изд-во «Мир»], в предисловии к которой отмечалось, что это «первая в мировой литературе монография по совершенно новой области химии интересна для представителей всех разделов естествознания, так как предмет ее – соединение молекул без химической связи – есть новый строительный принцип живой и неживой природы. Книга имеет огромную методологическую ценность, особенно для химика, потому что только химик может извлечь отсюда всю полноту стратегии исследования при решении задачи, недавно казавшейся фантастической…»
Появился термин "топологические химические соединения", который нашел отражение в "Химической энциклопедии" (http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4523.html):
Топологические соединения – это соединения, обладающие так называемой топологической связью, т.е. механической связью между двумя фрагментами молекулы, как, например, в катенанах - двух моноциклических молекулах, продетых одна сквозь другую (I). Имеющаяся в них топологическая связь определяется не химическим взаимодействием, а специфическим расположением ее компонентов.
Аналогичный топологический изомер трилистный узел (II).
В 1980-е гг. были получены молекулы, имеющие геометрию "мёбиусовской лестницы" (III), т.е. перекрученной молекулярной полоски, структура которой поддерживается тремя или четырьмя перемычками.
Ротаксаны (IV) - молекулы, в которых топологическая связь появляется благодаря пространственным препятствиям, мешающим конечным группам большого размера на концах линейной молекулы Х пройти через цикл достаточно малого размера:
Итак:
Реальное развитие химии демонстрирует на практике такое структурное многообразие и разнообразие химических соединений, что невозможно найти некую ведущую общность, чтобы на ее основе дать единое определение понятия химическое соединение, подходящее для всех типов.
Это возвращает нас к формулировке, данной В.И.Кузнецовым в 1972 г., которая, по сути, является постулатом:
«…вполне точного и всегда себе равного, постоянного определения этого понятия быть не может: это понятие развивается, отражая ход познания» (см. цитату в начале первого урока).
Основой для такого постулата можно считать следующие, установленные на практике и известные уже к середине ХХ века факты:
- существование химических соединений, подчиняющихся и не подчиняющихся законам стехиометрии, т.е. стехиометрических и нестехиометрических соединений;
- молекулярное (дискретное) и немолекулярное (непрерывное) строение химических соединений;
- структурное многообразие соединений немолекулярного строения.
(Примечание. Постулат, это предположение, которое не нуждается в строгом доказательстве, но должно быть сделано веско и обоснованно (правдоподобно) на основе фактов или исходя из систематических или практических их объяснений. https://dic.academic.ru/dic.ns...
Последующие исследования состояния понятийного аппарата в связи с появлением новых химических образований подтверждают правильность сформулированных В.И.Кузнецовым взглядов на возможность, а точнее, невозможность создания единого определения понятия химического соединения. Аналогичные представления были позднее высказаны некоторыми другими лидерами химической науки.
Например, П.М.Зоркий пишет:
«Дефиниции капитальных понятий химии – к их числу относятся понятия атома и молекулы, химического вещества и химического соединения, химической реакции и фазового превращения, структуры и химического строения – не могут быть полными, точными и строгими. Это утверждение основано на том, что химия опирается не на фундаментальные законы, а на более или менее общие правила и закономерности, в основе которых лежит химическая фактология» (СОЖ, 1996. № 9. С. 47–56.)
Однако, эти представления о базовом понятии химии, подтверждаемые на практике, не находят должного отражения в химической литературе вообще, а тем более, в учебниках и справочниках.
(Примечание. Представления о понятии (объекте) не требуют точных формулировок с указанием существенных признаков объекта, которые необходимы в случае определения понятия).
Как и 70 лет назад большинство химиков не осознает значимости вопросов, связанных с понятием химического соединения, которое действительно «является призмой, через которую преломляются все впечатления, вынесенные из эксперимента, подход к его осмыслению и дальнейшему изучению».
(Примечание. Метафора «смотреть через призму» означит смотреть через какую-то позицию, видеть положение вещей через свое понимание, знания или опыт).
Но если, как в случае с понятием химического соединения, не осознается даже необходимость определенной позиции, если допускается различное понимание вопроса на основе ничем не обоснованной собственной компетенции, если отсутствуют знания и опыт, что также не осознается, то, что получается в действительности?
А получается, то, что показано, например, в нашем первом сообщении «Осторожно, популяризация фундаментальной науки!» (https://cont.ws/@chemistrylaw/857253):
«…облаченный регалиями профессор, получив некие химические системы и рассчитав их химический формульный состав, рассматривает их через призму собственных представлений и, обнаружив несоответствие законам стехиометрии, объявляет на весь мир о создании нового класса неожиданных химических соединений.
Более того, профессор безапелляционно заявляет о создании новой химии, и даже о необходимости переписать школьные учебники. И все это тиражируется в разных источниках информации и не находит никакой реакции со стороны научного сообщества».
К слову сказать, в нашем случае школьные учебники рассматриваются только с точки зрения отражения в них понятия химического соединения и связанных с ним химических понятий, но не качества изложения основ химии вообще.
Более того, не может быть сомнения в том, что исследование химического понятийного аппарата - это компетенция академической науки, а не создателей учебников и справочников и уж, конечно, не учителей. Однако такие целенаправленные и системные исследования в настоящее время не осуществляются.
Созданный в 1933 г. Комитет научно-технической терминологии АН СССР был переименован в 1993 г. в Комитет научной терминологии в области фундаментальных наук Российской академии наук и организационно подчинен ИППИ РАН (Институт проблем передачи информации). Также планировался выпуск Сборников научно-нормативной терминологии КНТ РАН. Но, как следует из Википедии, на сегодняшний день официальные терминологические сборники в РФ не выпускаются. Другими словами, результаты деятельности Комитета отсутствуют и вряд ли можно ставить в вину авторам учебников то, что они не указывают определения понятия вообще или отмечают отсутствие такого определения.
В то же время не заслуживают никакого снисхождения авторы учебников и справочников, которые в конце прошлого и начале ХХI века приводят определения понятия химического соединения, как веществ, подчиняющихся законам стехиометрии (постоянства состава, независимого от способа получения, кратных отношений, эквивалентности).
Невозможно представить, чтобы у тех, кто в наше время берется обучать химии, отсутствовали представления о нестехиометрических (немолекулярных) соединениях. Но как в таком случае объяснить появление в современных учебниках и справочниках определения химического соединения как вещества, состоящего из молекул или важным признаком которого является постоянство состава?!
Распространение подобных определений, вступающих в противоречие с давно очевидными химическими реалиями, дезориентирует учащихся, направляя на искаженное восприятие современной химии. В то же время совсем не сложно дать школьникам хотя бы четкие представления о том, что существуют стехиометрические и нестехиометрические химические соединения, и о том, что химические соединения могут иметь молекулярное (дискретное) и немолекулярное (непрерывное) строение.
У обладающего логическим мышлением читателя, вероятно, возникает вопрос: если в принципе невозможно сформулировать общее определение понятия химического соединениия, т.е. найти критерии отличия их от механических смесей на все случаи жизни, то на каком основании можно утверждать, что реальный объект – не механическая смесь, а нестехиометрическое химическое соединение?
Как видно, масштабные достижения химии вернули нас к той проблеме, которая , казалось бы, была решена в начале ХIX века.
Поэтому продолжение следует...
Оценили 5 человек
8 кармы