§ 2. Критерий сложности химических элементов и соединений
По каким - признакам можно судить о сложности химических элементов. Каков критерий их сложности? Вопрос о критерии сложности ставится во всех науках (биологии, социологии и т.д.) Нередко при этом делают попытки найти один единый и абсолютный критерий, который не имел бы никаких исключений.
Так, предпринимались попытки сделать критерием сложности количество информации. Ошибочность такого подхода связана с тем, что критерий сложности «по определению», именно как критерий сложности, не может быть простым, он представляет собой, по существу, некоторый комплекс и, естественно, не может иметь абсолютного значения, пригодного в равной мере для всех случаев204. Этим в известной мере объясняется нерешенность вопроса о критерии сложности в химии. Как отмечает В.И. Кузнецов, «химия никогда не имела такой классификации химических элементов и их соединений, в основе которой лежал бы принцип историзма, т е принцип восхождения от низшего к высшему»205.По нашему мнению, критерий сложности химических элементов должен включать два основополагающих признака. 1) способность образовывать многоатомные структуры, в особенности длинные цепи, и 2) способность вступать во взаимодействие с тем или иным качественным многообразием элементов. Сложность химического элемента определяется прежде всего тем, какое количество элементов может интегрироваться на базе этого элемента какое количество элементов входит в состав образуемых им соединений. Разумеется, определить этот признак в чистом виде чрезвычайно трудно, поскольку соединение зависит от многих элементов, и выявить «вклад» данного элемента в его «размер», «величину» не так легко, если соединение не является высокомолекулярным. Для последних этот признак можно, представить как длину цепи. По «вкладу» элемента в основную цепь высокомолекулярные соединения делят на гомогенные (построенные из атомов одного элемента) и гетероцепные (построенные из атомов двух или большего числа разных элементов).
Длина цепи имеет двоякий смысл. Представляя собой интеграцию элементов, она обусловливает качественное многообразие присоединяемых элементов. В длине цепи выражался способность элемента интегрировать большее или меньшее многообразие качественно разнородных элементов. В
204 См Орлов В.В. Материя развитие человек с 130
205 Кузнецов В.И. Диалектика развития химии, с 187
69
свою очередь, способность взаимодействовать с тем или иным многообразием элементов предполагает образование многоатомных структур, в особенности длинных цепей. Таким образом, длина цепи и качественное многообразие интегрируемых элементов — это два взаимопредполагающих и взаимопроникающих друг друга признака ложности химических элементов. В единстве количественной и качественной сторон критерия сложности химических элементов ведущая роль принадлежит качественной стороне.
Обобщая оба признака, можно сказать, что критерием сложности химического элемента являетсяего интегративная способность— способность интегрировать большее или меньшее качественное и количественное многообразие элементов. Наивысшей интегративной способностью обладает "углерод, образующий огромное многообразие соединений.
Критерий сложности химических элементов может иметь лишь итоговый характер, т. е. учитывать всю совокупность связей химического элемента, все многообразие образуемых им соединений и, в конечном счете, «итог» химического развития— образование живого. В этом отношении представляет интерес попытка С.А. Щукарева использовать критерий биогенности (биохимическую характеристику элементов) для более глубокого понимания специфических свойств элементов
Проведенный им сравнительный анализ достаточно полного набора биогенных элементов показал, что их особенности зависят от электронной корреляции и кайносимметрии (симметрии, появляющейся при вхождении в атом добавочного внешнего электрона). Кайносимметричные электроны придают атомам первого и второго периода известную жесткость (малую поляризуемость) электронной оболочки, большие потенциальные возбуждения валентных состояний и ионизации и целый ряд других свойств, ведущих к химическому замораживанию реакций при обычных температурах; этому же способствуют малые массы атомов, а также низкие заряды их ядер Все эти свойства важны для сохранения устойчивости (при невысоких температурах) сложных скелетов органических соединений. Постепенное вырождение кайно-симметрии при переходе к последующим периодам системы, где развиваются вторично-периодические свойства, придали новое направление отбору: более тяжелые атомы (в частности, атомы и катионы металлов) оказались биогенно необходимыми катализаторами, побуждающими органические молекулы к реакции в живых клетках206.
206 Щукарев С. А Неорганическая химия, с 350—355.
70
Критерий сложности химически соединений, с одной стороны, является производным от критерия сложности химических элементов с другой выступает как более сложный. Сложность критерия сложности - это отражение развития химического от элементов до соединений.
На наш взгляд, критерий сложности химических соединений должен включать шесть основных признаков.
1. Первоначальным признаком, по которому можно судить о сложности соединения, является количество атомов, _ составляющих молекулу. Естественно, например, что молекула СН4 проще, чем молекула С6Н6. В известной мере этот признак можно свести к молекулярному весу. По величине молекулярной массы соединения делятся на низко- и высокомолекулярные. Однако резкой границы между ними провести нельзя, так как для соединений разных классов качественные изменения наблюдаются при различной молекулярной массе. Поэтому количественный критерий сложности, (в двух его вариантах) хотя и удобен, но недостаточен, поскольку не учитывает качественного состава химических соединений.
2. Вторым признаком, по которому можно различать соединения по степени сложности, является многообразие элементов входящих в их состав. Так, например, молекула NaCl несомненно проще, чем молекула HCN, так как большее качественное многообразие химических элементов должно дать, очевидно, более сложное химическое соединение. Многообразие химических элементов в определенной мере может быть выражено количеством разнородных элементов, входящих в соединение. Однако природа химических веществ зависит не просто от качественной разнородности элементов как таковой, но и от того, какова их индивидуальная качественная природа. Соединения из нескольких элементов-органогенов. В принципе должны быть сложнее, чем соединения из того же числа элементов-неорганогенов, так как первые обладают большим внутренним многообразием, большим эволюционным потенциалом, чем последние.
Поскольку для органических соединений свойственно объединение элементов в различные по реакционной способности группы, производным признаком сложности для них может быть то или иное многообразие функциональных групп. Известно, что ни одно химическое соединение не может сравниться с белками по богатству функциональных групп (в них присутствуют карбонильные и карбоксильные группы, аминогруппы и т. д.).
3. Следующим показателем сложности химических ве-
71
ществ служит сложность основного химического элемента
(или элементов), на базе которого построено соединение Химические соединения, основу которых составляют углерод и водород (органические соединения) в конечном счете являются более сложными, чем неорганические соединения Ю А Жданов отмечает что «органическая химия отражает более высокою, форму движения по сравнению с доорганической, которая служит для нее фундаментом, исходной точкой и условием развития»207. Промежуточное положение между органическими и неорганическими соединениями занимают элементоорганические соединения (металлоорганические, кремнийорганические, фосфорорганические и др.).С определенного момента сложность базового элемента (в частности, углерода) перекрывает количество входящих в соединение атомов По В И Кузнецову, молекула хлорофилла например, значительно сложнее, чем так называемые сверх комплексные соединения типа NH2 CH2 СН2 NH2 PtCl2 PtCl4 NH2 CH2 CH2 NH2208
4. О степени сложности соединений следует судить, далее, по длине цепи. Этот признак может быть использован при оценке только высокомолекулярных соединений. Наличие цепи означает большую сложность, а ее отсутствие — большую простоту. Так, молекула С2Н4, безусловно, проще, чем молекула (С2Н4)n Длина цепи и количество атомов, входящих в соединение, — во многом совпадающие признаки. Соединения с длинными цепями — это соединения, построенные из сотен и тысяч атомов. Однако количество атомов и длина цепи суть не одно и то же. Длина цепи связана с количеством атомов но она включает в себя и структурные элементы (пора-док чередования атомов пространственное расположение, способ их связей).
Недостаточность этого критерия связана с тем, что сам по себе он не учитывает качественную разнородность элементов, интегрируемых в цепь. По длине цепи так называемые гигантские молекулы, или ковалентные кристаллы, могут пре восходить истинные макромолекулы, будучи намного проще их. Признак цепи приобретает смысл лишь в связи с другими признаками, и в первую очередь, с признаком многообразия элементов составляющих соединение.
5 Важным показателем сложности химических соединений служит также каталитическая активность. Этот признак предложен В.И. Кузнецовым в качестве критерия сложности
207 Жданов Ю.А. Очерки методологии органической химии М 1960, с 99
208 См Кузнецов В.И. Диалектика развития химии, с 194—195
72
химических соединений209. Каталитическая активность — это один из важнейших видов активности химического. Благодаря ей в химической форме материи появляется способность к самоускорению. На признаке каталитической активности основана теория саморазвития открытых каталитических систем А.П. Руденко. Одним из ее следствий является общая классификация этапов химической, эволюции, а на ее основе — классификация катализаторов по уровню их организации.
Однако каталитическая активность не может служить в качестве основного или единственного критерия сложности химических соединений на том основании, что, во-первых, химическая активность не сводится к каталитической, а включает ее в себя в качестве момента, во вторых каталитическая активность свойственна не всем соединениям. Более того, критерий сложности, как уже отмечалось, не может быть простым, а представляет собой по существу некоторый комплекс
6. Показателем сложности соединений может служить способность вступать в многообразные типы реакций Естественно, что малоактивный алюмосиликат проще, чем аланин, способный к различным типам превращений, а тот в свою очередь значительно проще белка, участвующего во всех типах реакций. Наивысшая активность белковых молекул обусловлена рядом факторов: многообразием элементов и их групп, длиной цепи, основу которой составляют углерод и азот, и т.д. Следовательно, указанный признак в некотором смысле является обобщающим и приобретает смысл только в связи со всеми остальными признаками
Все признаки, включенные в критерий сложности химических соединений, имеют более или менее общий характер и могут быть конкретизированы более частными признаками Порядок, в котором приведены основные элементы критерия сложности химических соединений, отражает, как нам представляется последовательность применения признаков сложности при определении природы химических соединений
Критерий сложности химических соединений может быть дополнен формальными критериями в особенности информационным Сопоставление химических соединений в плане количества информации, информационной емкости имеет определенный теоретический смысл, но вместе с тем нельзя не видеть большую относительность такого сопоставления поскольку одно и то же количество информации может относиться к объектам, имеющим принципиально различную сложность210.
209 См Кузнецов В.И. Диалектика развития химии с 194
210 См Орлов В.В. Материя развитие, человек, с 123—132
74
Критерий сложности химических соединений, как специфическое теоретическое построение, сам по себе не является достаточным для выяснения вопроса о природе того или иного химического образования Для его применения необходима объективная шкала, составленная системой химического мира, в основе которой лежит магистральное направление развития. Пока химические вещества «не приведены» к магистральной последовательности ступеней развития, невозможно говорить о сложности того или иного соединения. Вещества могут находиться либо на магистрали, либо на ответвлениях от нее, но в любом случае необходимо «приведение к магистрали». Магистраль не только делает применимым критерий сложности, определяя вес каждою входящего в него признака, но и вносит некоторые существенные дополнения к нему. Главное из них — роль химического соединения в общем процессе развития химизма, та или иная «близость» к живому субстрату, «вклад» в процесс порождения жизни.
С определением места химического соединения в общем процессе развития встает вопрос о выделении единиц сложности, создании количественной шкалы сложности. Ю. А Ждановым предпринята попытка разработки такой шкалы сложности для биохимических соединений (высшей ступени химической эволюции) на основе двух параметров информационной емкости соединений в расчете на один атом и средней степени окисления атомов углерода в молекуле органических соединений. Систематизация соединений на основе этой шкалы позволяет установить зависимость между принадлежностью соединения к тому или иному классу и участием его в образовании биосистем разной высоты и организации211.
Еще по теме § 2. Критерий сложности химических элементов и соединений:
- § 3. Проблема соотношения химического и биологического в аспекте понятия сложности
- Техногенная миграция химических элементов в геосистемах
- Статья 9.20. Нарушение порядка использования объектов по хранению химического оружия и объектов по уничтожению химического оружия Комментарий к статье 9.20
- § 1.2. Теоретические аспекты учения об иске: теории иска; критерии определения тождества исков (элементы иска).
- Статья 23.76. Федеральный орган исполнительной власти, уполномоченный на осуществление функций по надзору и контролю за целевым использованием объектов по хранению химического оружия и объектов по уничтожению химического оружия Комментарий к статье 23.76
- § 1. Понятие сложности в химии
- В этой связи особое значение приобретает второй критерий - критерий субъектного состава.
- § 1. Имущественные права участников хозяйственных обществ как элементы содержания корпоративных правоотношений 1. Критерии классификации имущественных прав участников хозяйственных обществ
- Химический процесс
- § 1. Специфика химической формы материи
- Химический объект
- Сложность
- Сложности метода
- § 3. Направленность химической эволюции и периодический закон
- Техническая сложность процедуры Интернет-голосования
- § 3. Сложности на пути формирования методологии политики права
- ХИМИЧЕСКИЕ СОЕДИНИТЕЛИ
- § 2. Специфика химического способа развития
- Глава 6 Восстановление сложности
- ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ