CC BY
73
УДК 378.14; 530(091)
М. Ф. Каримов
Труды по химии математика и физика А. М. Ампера и их научное и дидактическое значения
Бирская государственная социально-педагогическая академия 452453, Башкортостан, г. Бирск, ул. Интернациональная 10; телефакс (3414)2-64-55
Охарактеризована вкратце жизнедеятельность энциклопедически образованного французского ученого А. М. Ампера, известного как основоположник электродинамики. Выделена часть научной деятельности математика и физика А. М. Ампера, относящаяся к области химии. Показана эффективность для развития науки совместной по переписке дидактической деятельности А. М. Ампера и Х. Дэви при установлении природы хлора и фтора. Обоснована фундаментальность почти забытых работ А. М. Ампера по геометрической теории химического соединения молекул вещества и классификации химических элементов. Определено дидактическое значение трудов А. М. Ампера по химии в развитии содержания среднего и высшего образования.
Ключевые слова: математика, физика, химия, хлор, фтор, геометрическая теория химического соединения молекул, классификация химических элементов, содержание среднего и высшего образования.
Научная картина мира, созданная выдающими творцами достойного уважения прошлого и имеющего уникальные достижения настоящего, имеет значительную часть, составленную из моделей объектов, процессов и явлений химической действительности.
В построении моделей химической науки и установлении их достоверности участвовали и участвуют ученые, известные широкой научной общественности как физики.
Среди выдающихся физиков, внесших значительный вклад в развитие теоретических представлений химии, выделяется французский математик и физик А. М. Ампер (1775—1836), в честь которого названа единица измерения силы электрического тока, имеющий именные закон, теорему, правило и силу, включенные в содержание среднего и высшего образования.
Получивший энциклопедическое образование в домашних условиях под руководством отца, казненного во время французской революции в 1893 году, А. М. Ампер, издавший в 1802 году в Лионе первый крупный научный труд «Рассуждения о математической теории игр» 1, исследованиями в области химии начал
заниматься в 1809 году 2, работая профессором кафедры математического анализа и механики Политехнической школы в Париже, в связи с приобретением химией фундаментальности и множества приложений к решению народнохозяйственных и военных задач.
Важной является роль А. М. Ампера в выяснении химической сущности и физического строения открытого уникальным шведским аптекарем, рекордсменом по числу обнаруженных новых химических элементов и соединений, К. Шеелем (1742—1786) при осуществлении реакции черной магнезии (MnO2) с муриевой кислотой (HCl) в нагреваемой реторте газа резкого запаха и желто-зеленого цвета (Cl2), именуемого первоначально дефлогистированной муриевой кислотой 3, названного впоследствии английским химиком Х. Дэви (1778—1829) 4 и французским ученым Ж. Л. Гей-Люссаком (1778-1850) хлором 5.
В письме, написанном Х. Дэви в ноябре 1810 года 6, А. М. Ампер выступает против многочисленных сторонников кислородной теории, считавших хлор не просто окисленной соляной кислотой (acide muriatique oxygene), но и сложным телом, содержащим в себе кислород, и предлагает на основе гипотезы об элементарном строении хлора и бескислородной природе соляной кислоты более адекватные действительности названия кислот: гидрому-риевая кислота (acide hydromuriatique (HCl)), сульфомуриевая кислота (acide sulfuro-muriatique (SCl2)), фосфоромуриевая кислота (acide phosphoro-muriatique (PCl3)), станному-риевая кислота (acide stanno-muriatique (SnCl2)) и т. д.
В этом же письме А. М. Ампера к Х. Дэви приведено словесное описание реакции разложения раствора хлора под действием света и реакции образования хлора при взаимодействии диоксида марганца с соляной кислотой, которые на языке современной химической символики записываются так:
2Cl2 + 2H2O = O2 + 4HCl, MnO2 + 2HCl = Cl2 + H2O + MnO.
Дата поступления 29.03.08
Обобщая имеющиеся экспериментальные данные и результаты по исследованию свойств соляной кислоты (HCl) и плавиковой кислоты (HF), сравнивая поведение и характеристики этих кислот, развивая, переписываясь, совместно с Х. Дэви гипотезу о бескислородной природе хлористого водорода, А. М. Ампер в 1811
году показал химическую аналогию соляной
7
и плавиковой кислот во многих отношениях .
Труд А. М. Ампера по химии 1811 года важен был для развития науки в том отношении, что большинство ученых того времени удостоверилось в наличии в плавиковой кислоте такого же начала (галогена фтора), какое имелось в соляной кислоте (галоген хлор).
Самостоятельное и взаимное обучение с целью достоверного познания химической действительности двух выдающихся ученых — А. М. Ампера и Х. Дэви, которое можно назвать автоинтердидактикой ведущих поиск нового в реальности, привело к тому, что во втором десятилетии девятнадцатого века было установлено наличие в природе первых из числа галогенов — хлора и фтора.
Настоящим и будущим исследователям природной и технической действительности и преподавателям высших учебных заведений следует иметь в виду при организации и осуществлении учебного процесса высокую творческую эффективность совместной дидактической деятельности, отраженной в работах Х. Дэви 4 и А. М. Ампера 6 7.
Работы французского аббата, основоположника научной кристаллографии Р. Ж. Гаюи (1743—1822) о кристаллических телах как пространственно упорядоченных совокупностей молекулярных групп 8, и французского ученого Ж. Л. Гей-Люссака (1778—1850) об экспериментальном обосновании закона простых объемных отношений реагирующих газов 9 послужили основой для разработки А. М. Ампером геометрической теории химического соединения молекул вещества и установления независимо от А. Авогадро (1776—1856) 10 химического закона равенства молекулярных объемов газов.
Основные положения атомно-молекуляр-ной теории строения вещества, созданной А. М. Ампером в 1814 году 11, сводились к нижеследующему.
В своем труде 11 А. М. Ампер общепринятые в настоящее время молекулы вещества называл «частицами» (particules) и представленные в современных курсах физики и химии атомы «молекулами».
Расстояние между частицами вещества согласно А. М. Амперу зависело от сил притяжения и отталкивания и нагревания тела.
В теории А. М. Ампера примитивными формами — геометрическими моделями, представляющими частицы вещества, явились тетраэдр, октаэдр, параллелепипед, призматический гексаэдр и ромбовидный додекаэдр.
А. М. Ампер теоретически интерпретировал эмпирический закон Гей-Люссака о простых объемных отношениях реагирующих газов на основе гипотезы о том, что в равных объемах любые газы при одинаковых условиях содержат одно и то же число частиц.
С помощью словесно-формульных модельных равенств типа:
Oxygene + azote = gaz nitreux 1/2 volume + 1/2 volume = 1 volume (loi de Gay-Lussac) 1/2 particule + 1/2 particule = 1 particule 1/2 tetraedre + 1/2 tetraedre = 1 tetraedre 2 molecules + 2 molecules = 4 molecules Выдающийся французский ученый в 1814 году объяснял закон Гей-Люссака, следующего из объемнометрических исследований газов, обосновывал закон о том, что в равных объемах число частиц у любых газов всегда одинаково, и описывал протекание химических реакций вида (запись в современных обозначениях):
O2 + N2 = 2NO. Для разработчиков современной дидактики средней и высшей школы научный труд А. М. Ампера по геометрической теории химического соединения молекул вещества интересен и полезен своими четкими, ясными и доступными для изучающих основы наук словесными, геометрическими и математическими моделями объектов, процессов и явлений химической действительности.
Одна из первых в истории развития химии классификация экспериментально открытых и обнаруженных людьми давно химических элементов, к сожалению, забытая историками и методологами науки, была осуществлена А. М. Ампером в 1816 году 12 с помощью «естественного метода», ранее примененного в ботанике А. Л. Жюсье (1748—1836) при создании естественной системы растений 13.
В качестве основания для классификации известных в первом десятилетии девятнадцатого века химических элементов А. М. Ампер выделил не отдельное свойство или признак, а совокупность физических и химических свойств, по отношению к которой простое
тело, согласно терминологии французского ученого, можно отнести к отдельному роду.
Классификация простых тел, предложенная А. М. Ампером, содержала два класса, пятнадцать родов и сорок восемь видов для соответствующего распределения известных газообразных, жидких и твердых веществ.
Класс газолитов, согласно А. М. Амперу, содержит в себе такие простые тела, которые восприимчивы к изменению их форм, обладают способностью перемешиваться друг с другом и воздухом атмосферы без разложения.
Класс металлов с точки зрения французского ученого подразделяется на лейколиты, которые образуют в кислотах бесцветные растворы, и на хройколиты, имеющие цветные кислотные растворы.
Распределение простых тел (химических элементов) по пятнадцати родам по А. М. Амперу имеет следующие составные части: антра-циды (углерод, водород); тиониды (азот, кислород, сера, хлор, фтор, йод); арсениды (теллур, фосфор, мышьяк); касситериды (сурьма, олово, цинк); аргириды (висмут, ртуть, серебро, свинец); тефралиды (сода, поташ); кальци-ды (барий, стронций, кальций, магний); бори-ды (бор, кремний); хромиды (колумбий-ниобий, молибден, хром, вольфрам), титани-ды (титан, осмий); шизиды (родий, иридий, золото, платина, палладий); сидериды (медь, никель, железо, кобальт, уран); цериды (марганец, церий); циркониды (цирконий, алюминий, глициний, иттрий).
Сравнение классификации простых тел А. М. Ампера 12, предложенной в 1816 году, с периодической таблицей химических элементов Д. И. Менделеева 14, созданной в 1869 году и общепринятой в настоящее время 15, показывает наличие между ними мало общего и много отличительного.
Естественно, что А. М. Ампер — профессор кафедры математического анализа Парижской Политехнической школы 20-х годов XIX века решил задачу о классификации химических элементов на сравнительно более низком уровне, не зная в силу объективных временных условий много из того экспериментального и теоретического материала, чем владели химики 60-х годов того же века.
Для развития науки и дидактики в работе А. М. Ампера важно то, что в ней впервые сделана попытка применения логической операции классификации с целью систематизации все возрастающей совокупности открытых в начале девятнадцатого века химических элементов и соединений.
Выводы, полученные на основе анализа и обобщения приведенного выше краткого материала относительно трудов по химии математика и физика А. М. Ампера и их научного и дидактического значений, сводятся к нижеследующему.
1. Важное для развития химической науки достоверное установление природы и структуры первых галогенов - хлора и фтора в результате дидактического взаимодействия А. М. Ампера и Х. Дэви в начале девятнадцатого века является ориентиром для настоящих и будущих исследователей и преобразователей природной и технической действительности в оптимальном проектировании и реализации совместной научной деятельности.
2. Дидактически выверенное изложение А. М. Ампером в 1814 году одной из первых геометрических теории химического соединения молекул вещества, объясняющей закон простых объемных отношений реагирующих газов, обосновывающей химический закон равенства молекулярных объемов газов, представляет собой и сегодня ориентир для успешного проектирования и реализации подготовки будущих исследователей и преобразователей природной и технической действительности.
3. Одна из первых, незаслуженно забытая историками и методологами науки, классификаций химических элементов, предложенная А. М. Ампером в 1816 году, представляет в настоящее время для учителей и учащихся средних общеобразовательных школ, преподавателей и студентов высших учебных заведений познавательный интерес с точки зрения рассмотрения и обсуждения научного и учебного вопроса о возникновении, становлении и развитии достоверного знания о химических объектах, процессах и явлениях.
Литература
1. Ampere A. M. Considerations sur la theorie mathematique du jeu.- Lyon; Paris: Freres Perisse, 1802.- 63 p.
2. Ampere A. M. Lettre du 29.11.1809 a Bredin // Correspondance du Grand Ampere.- Paris: Gauthier-Villars, 1943.- Tome III.- P. 871.
3. Scheele K. W. Chemische abhandlung von der luft und dem feuer.- Upsala; Leipzig: Bey S. L. Crusius, 1777.- 286 s.
4. Davy H. The elementary nature of chlorine. Papers by Humphry Davy (1809-1818).-Edinburgh: The Alembic club, 1902.- 78 p.
5. Gay-Lussac J. L. Recherches physico-chimiques, fait sur la pile, sur la preparation chimique et les proprietes du potassium et du sodium, sur la decomposition de l'acide boracique, sur les acides
fluorique, muriatique et muriatique oxigene; sur l'action chimique de la lumiere, sur l'analyse vegetable et animale, etc., par mm. Gay-Lussac et Thenard: Vol. 1-2.- Paris: Deterville, 1811.
6. Ampere A. M. Lettres d'Ampere a Davy sur le fluor. (1/11/1810; 25/8/1812) // Annales de Chimie et Physique.- 1885.- VI serie.- Vol. 4.-P. 5; 9.
7. Ampere A. M. Sur une combinaison particuliere du gaz oxymuriatique avec l'oxygene par M. Humphry Davy // Bulletin des sciences par la Societe philomatique de Paris.- 1811.-№ 49.- P. 351.
8. Hauy R. J. Exposition abregee de la theorie sur la structure de cristaux.- Paris: Les directeurs de l'imprimerie du Cercle Social.- 1792.- P. 3.
9. Gay-Lussac Memoire sur la combinaison des substances gazeuses, les unes avec les autres // Memoires physiques et chimiques de la Societe d'Arcueuil.- 1809.- Vol. 2.- P. 207.
10. Avogadro A. Essai d'une maniere de determiner les masses relatives des molecules elementaires des corps, et les proportions selon lesquelles elles entrent dans ces combinaisons // Journal de
physique, de chimie et d'histoire naturelle.-1811.- Vol. 73.- P. 58.
11. Ampere A. M. Lettre de M. Ampere a M. le comte Berthollet sur la determination des proportions dans lesquelles les corps se combient d'apras le nombre et la disposition respective des molecules don't les parties integrantes sont composees // Annales de chimie.- 1814.- Vol. 90.- №1.-P. 43.
12. Ampere A. M. Essai d'une classification naturelle pour les corps simples // Annales de chimie et de physique.- 1816.- Vol. 1.- P. 295; 373.
13. Jussieu A. L. General plantarum secundum ordines naturales disposita: juxta methodum in horto regio. - Parisiis: Apud viduam Herissant, 1789.- 498 p.
14. Менделеев Д. И. Соотношение свойств с атомным весом элементов // Журнал Русского химического общества.- 1869. — Т. 1.- Вып. 9 и 10.- С. 60.
15. Каримов М. Ф. // Баш. хим. ж.- 2007.-Т.14.- № 3.- С. 119.
