Специфика биологического познания.

Описание. До XX в. биология во многом нематематична и описа­тельна. Но уже в XIX в. наметилась четкая тенденция теоретического синтеза . На это повлияли социокультурные факторы (расширение международных контактов, технический прогресс и т.п.). Эволюционную теорию Ч. Дарвина и теорию эволюции мозга американского натуралиста Д. Дана (1813-1895) объединяет то, что оба ученых собирали фак­ты во время многолетних кругосветных плаваний. Дарвин плавал с экспедицией на корабле «Бигль» с 1831 по 1836 г., Дан — на кораб­ле «Пикок» с 1838 по 1842 г. Оба ученых смогли оценить жизнь при­роды в планетном аспекте.

Открытие клетки. Глобальность биологического подхода проявилась не только в большом, но и в малом. С введением в XVII в. микроскопа ученые приступили к изучению глубин жизни. Р. Гук и Левенгук установи­ли, что растения имеют клеточное строение. В 1839 г. немецкие ученые М. Шлейден и Т. Шванн открыли, что все живое состоит из клеток. Английский ботаник Р. Броун обнаружил в 1831 г. ядро рас­тительной клетки. В 1837 г. чешский естествоиспытатель Я. Пуркине выявил, что все растительные и животные клетки имеют ядра. Клеточная теория заменила старую доктрину о том, что структура организма сводится к основным жидкостям («гуморы»).

Утверждение эксперимента. Сразвитием биологии в ней рос объем экспериментальных исследований. В главной книге Дарви­на содержится 100 таблиц с изменениями растений, подвергнутых перекрестному опылению и самоопылению, а также описаны опы­ты по скрещиванию голубей. С 1856 г. чешский монах Г. Мендель начал опыты по скрещиванию видов гороха. В 80-е годы возникают эк­спериментальная морфология растений и экспериментальная эм­бриология животных (Ру, Дриш). В конце XIX в. Ф. Гальтон предло­жил методику биометрии для экспериментального изучения естес­твенного отбора.

От алхимии к химии.В XVII в. на химии еще были обрывки одежды алхимии. Но миро­воззренческие и доктринальные идеи радикально пересматрива­лись. Химические вещества уже не трактовались как проявления живого, они стали косной и неживой материей. На место «свадь­бы» металлов пришла химическая реакция исходных продуктов. Алхимик оперировал идеей «первоэлемента», по которой химичес­кое качество представлялось как абсолютно изолированное, пре­бывающее в теле как в неком вместилище. Английский ученый Р. Бойль (1627-1691) в книге «Химик-скептик» развенчал этот предрассудок и показал, что тела определяют свои качества в отно­шениях друг к другу. И в этом плане все химические качества соот­носительны.

Определение химического элемента. Химики XVII в. поставили важную проблему: «Как выделить «простое тело» из сложной смеси тел?» Под «простым телом» понимался предел опытного хими­ческого разложения. Это был прообраз современного химическо­го элемента. В качестве способа разложения «сложных тел» было предложено прокаливание. Оно вытекало из концепции флогисто­на. «Сложное тело» состоит из «простого тела» и флогистона. При прокаливании металлов как сложных тел флогистон улетучивается и остаток (окислы) выступает «простым телом». Здесь ошибочная теория привела к превратной процедуре, ибо прокаливание про­стое (металл) делает сложным (оксид). Когда Лавуазье установил роль кислорода в процессе горения и указал на ошибочность идеи флогистона, прокаливание как процедура установления химичес­ких элементов была отброшена.

Но и при ошибочной теории научная практика давала свои пло­ды. Были открыты многие подлинные элементы химии: фосфор (1669), кобальт (1736), никель (1751), водород (1766), фтор (1771), азот (1772), хлор и марганец (1774), кислород (1772-1776). Также была отработана методика взвешивания химических про­дуктов. Она вывела Лавуазье и Ломоносова к очень важному тео­ретическому выводу. Проведя серию опытов с обжигом металлов в герметических ретортах, французский ученый в 1789г. сформу­лировал и опубликовал закон сохранения вещества в химических реакциях. Этот закон Лавуазье оценивал как одно из выражений принципа сохранения материи. (Ломоносов не публиковал свои результаты).

Химический атомизм.В 1800-1809 гг. французский химик Ж. Пруст установил «за­кон постоянства состава», согласно которому любое индивидуаль­ное химическое соединение обладает строго определенным и не­изменным составом. Этот эмпирический закон объяснил английс­кий ученый Дж. Дальтон (1766-1844), который первым ввел в химию атомизм. По его представлению, каждому химическому элементу соответствуют специфические атомы как маленькие шарики, меж­ду которыми действуют силы притяжения и отталкивания. Силы от­талкивания присущи частицам теплорода, обволакивающим атомы. Так как атомы различных веществ отличаются друг от друга вели­чиной и весом, то нужно определить относительный вес атомов и их относительные размеры. Дальтон составил таблицу атомных ве­сов химических элементов (атомный вес водорода был принят за единицу) и дал первые формулы химических соединений, введя символы для атомов химических элементов. Эта таблица была да­лека от совершенства. Приняв для воды неправильную формулу (НО), Дальтон неправильно определил атомный вес кислорода, уг­лерода и других элементов. Но в целом его атомистическое направ­ление было правильным и перспективным.

Химический атомизм утверждался в ходе решения сложных проблем. Одна из них возникла в связи с открытием Гей-Люссаком в 1808 г. нового закона. Было установлено, что газы соединяются всегда в кратных объемных отношениях. Так, один объем водорода соединяется с одним объемом хлора и получается два объема хлороводорода. Согласно атомизму Дальтона, одинаковые объемы хло­ра и водорода содержат одинаковое число атомов и при реакции должны давать один объем хлороводорода. Объяснение дал италь­янский химик А. Авогадро (1776-1856). В 1811 г. он выдвинул гипо­тезу о различении двух типов частиц: атомы и молекулы как ком­плексы атомов (о «корпускулах», состоящих из нескольких атомов, писал Ломоносов). Закон Гей-Люссака получил следующую трак­товку. В равных объемах газов содержится одинаковое число не атомов, а молекул. Молекулы простых газов состоят из двух и бо­лее атомов.

Рождениепериодической системы элементов.В конце XVIII в. Лавуазье создал первую научную химическую систему. Наряду с подлинными элементами в нее во­шли и сложные соединения (глинозем, кремнезем, магнезия, из­весть). Дело в том, что Лавуазье сохранил ошибочную идею Бойля – химический элемент есть то, что не поддается эксперименталь­ному разложению. Данный предрассудок преодолел Дальтон и на­чал составлять таблицы на атомистической основе. Молекулярная гипотеза Авогадро развила эту линию.

Революция в химии. Важной победой атомно-молекулярного метода стало открытие русского химика Д. И. Менделеева (1834- 1907). В творческих муках, в которых не последнюю роль играли учебно-педагогические факторы, он пришел к новому принципу – химический элемент занимает свое место в периодической систе­ме, определяемое его атомным весом (или атомной массой). Здесь тоже важен опыт, но измерение атомного веса имеет прямое отно­шение к сущности химического элемента.

Принцип систематизации элементов по их атомным весам проявил высокую познавательную силу. Многие химические элемен­ты были предсказаны и уже потом установлены опытным путем. В конечном счете, в свою систему Менделеев включил 62 химичес­ких элемента. В XX и XXI вв. путем физического синтеза атомных ядер было открыто более 110 элементов. Элементы от 102-го и далее (нобелий – ... – мейтнерий) неустойчивы: период их полураспада составляет тысячные доли секунды. Сколько же всего в природе существует химических элементов? Один из теоретических ожи­даемых пределов системы химических элементов – 118. Но есть прогнозы и на большее число.

Для своего времени открытие Менделеева было, безусловно, ве­ликим. Но его основу составил эмпирический закон, который в дальнейшем был объяснен и уточнен квантовой теорией атома. Оказалось, что место элемента в периодической системе обуслов­лено не его атомной массой, а зарядом атомного ядра. Так, изотопы хлора отличаются друг от друга по атомной массе, но оба относятся к одному химическому элементу – хлору. Хими­ческий элемент есть совокупность всех атомов, которые обладают одним зарядом ядра. Химические связи представляют собой про­явление волновых свойств валентных электронов, дающих обмен­ное взаимодействие электронных оболочек. Соответственно расширился взгляд на молекулы, в их число вошли атомные, ионные, металлические монокристаллы и полимеры, образованные водоро­дными связями. Итак, современная химия неотделима от кванто­вой физики.