Kaip cheminės idėjos vystosi per eksperimentus ir istoriją

Naudinga praktika atsirado anksčiau nei šiuolaikiniai aiškinimai

Žmonės išmoko gaminti keramiką, apdirbti metalus, fermentuoti maistą ir ruošti dažus gerokai anksčiau, nei atsirado šiuolaikinės atominės teorijos. Praktinis metodas gali veikti net tada, kai jo paaiškinimas neišsamus. Mokėjimas sukelti naudingą pokytį ir supratimas, kodėl jis vyksta, yra susiję pasiekimai, tačiau tai nėra tas pats.

Šie praktiniai metodai plėtojosi daugelyje bendruomenių ir buvo perduodami per amatus, prekybą bei rašytinius šaltinius. Chemijos istorija apima ir šias sukauptas žinias apie medžiagas, ir vėlesnes laboratorines teorijas. Ji neprasideda nuo vieno šiuolaikinio vadovėlio ar vieno išradėjo. Istorinius paaiškinimus reikėtų vertinti atsižvelgiant ir į tuo metu žmonių turėtus duomenis, ir į duomenis, kurie tapo prieinami vėliau.

Degimo ir masės galvosūkis

Daugelis XVIII amžiaus chemikų degimą aiškino flogistonu – hipotetiniu pradu, siejamu su degiosiomis medžiagomis. Eksperimentai su metalais ir dujomis sukėlė abejonių dėl šio paaiškinimo. Kai kurių metalų masė padidėdavo, kai kaitinami jie virsdavo kitomis medžiagomis. Paaiškinimas turėjo atsižvelgti į tai, kas patekdavo į sveriamą medžiagą ar iš jos pasišalindavo.

Pradedančiajam svarbiausias šio galvosūkio aspektas – masės apskaita. Jei prieš virsmą pasveriate tik metalą, o po jo – tik kietąjį produktą, į jūsų sistemą aplinkos oras neįtrauktas. Medžiaga iš oro gali tapti produkto dalimi. Todėl kietosios medžiagos masės padidėjimas gali neprieštarauti masės balansui didesnėje sistemoje, apimančioje sunaudotas dujas. Šiam samprotavimui nereikia pakartoti istorinio kaitinimo eksperimento.

Gauti dujas ir jas paaiškinti – skirtingi žingsniai

Džozefas Pristlis 1774 metais gavo dujas, kurios ypač stipriai palaikė degimą. Karlas Vilhelmas Šėlė taip pat nepriklausomai gavo deguonį, nors jų darbai buvo paskelbti skirtingu metu. Jų darbai yra viena iš priežasčių, kodėl atradimo istorijos negalima sutraukti iki pirmojo pažįstamo vardo chronologinėje sekoje.

Antuanas Lavuazjė, remdamasis eksperimentais ir kiekybine apskaita, sukūrė aiškinimą, pagal kurį ore esantis deguonis dalyvauja degime. Pristlis ir toliau savo darbą aiškino remdamasis flogistonu. Dujų stebėjimas, jų atpažinimas ir jų vaidmens paaiškinime nustatymas buvo atskiri žingsniai. Nauji stebėjimai savaime nepateikia išsamios savo interpretacijos.

Masės padidėjimą paaiškinkite pasitelkę sistemos ribas

Paveiksle naudojamos išgalvotos apvalios vertės, kad būtų išryškinta vien apskaitos idėja: 10 g pradinės medžiagos susijungia su 2 g dujų ir susidaro 12 g produkto; šiame supaprastintame pavyzdyje jokia kita medžiaga nepatenka į sistemą ir iš jos nepasišalina. Vien pradinės medžiagos masė padidėja 2 g. Bendra medžiagų masė didesnėje sistemoje prieš virsmą ir po jo yra 12 g.

Šios vertės yra mokomasis pavyzdys, o ne istorinio matavimo rezultatai, konkrečios reakcijos receptas ar tikroji rūdžių sudėtis. Esmė ta, kad išvada priklauso nuo sistemos ribų. Iš paveikslo negalite nustatyti konkrečios reakcijos medžiagų kiekių; tam vėlesniame darbe reikės cheminių formulių ir matavimų.

Paaiškinimai keičiasi per tarpusavyje susijusius darbus

Svarbūs buvo ir prietaisai, ir užrašai, ir bendravimas, ir konkuruojančios interpretacijos. Vėliau chemijos teorija pateikė išsamesnį elementų, atomų, cheminių ryšių ir energijos aiškinimą. Ankstesni modeliai buvo tikslinami ten, kur jie nepasiteisino, o naudingi stebėjimo duomenys ir metodai galėjo išlaikyti savo vertę.

Tai nereiškia, kad visi paaiškinimai yra vienodai pagrįsti ar kad stebėjimo ir tyrimų duomenys niekada neleidžia išspręsti klausimo. Tai reiškia, kad aiškinimo tvirtumą lemia tai, kaip gerai jis paaiškina susijusius stebėjimo duomenis ir atlaiko tinkamas patikras. Istorija pateikia klausimą, kurį verta prisiminti kituose skyriuose: kuri dalis yra stebėjimas, kuri – interpretacija ir kokie papildomi duomenys pakeistų išvadą?

Išnagrinėti pavyzdžiai

Pabandykite patys

1. Ar sėkmingas tradicinis procesas patvirtina, kad istorinis jo paaiškinimas buvo išsamus?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Sėkmingas praktinis rezultatas liudija, kas įvyko taikytomis sąlygomis. Paaiškinimui vis tiek reikia tinkamų jį pagrindžiančių duomenų.

2. Ar du tyrėjai galėtų sutarti, kad surinktos dujos palaiko degimą, bet nesutarti, kaip vyksta degimas?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Taip.

   Stebėjimas ir jo teorinis aiškinimas yra skirtingi dalykai. Šį nesutarimą reikia nagrinėti remiantis papildomais duomenimis.

3. Remdamiesi išgalvotomis vertėmis, apskaičiuokite platesnės sistemos bendrą medžiagų masę prieš procesą ir po jo: 10 g medžiagos, 2 g dujų, 12 g produkto.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Prieš: 10 + 2 = 12 g. Po: 12 g.

   Šiame supaprastintame pavyzdyje dujos įtrauktos į platesnę sistemą. Lyginant tik kietąją medžiagą, sistemos riba yra siauresnė.

4. Ar išgalvotas 10 g, 2 g ir 12 g vertes galima pateikti kaip Lavuazjė atliktų matavimų rezultatus?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Jos iliustruoja apskaitos sąryšį. Istoriniams matavimams pagrįsti reikia nurodyto istorinio šaltinio ir jame užfiksuotų tikrųjų stebėjimų.

Ką verta įsidėmėti

• Praktinės žinios gali atsirasti anksčiau nei išsamus paaiškinimas.
• Medžiagos gavimas, jos savybių aprašymas ir jos vaidmens paaiškinimas yra skirtingi indėliai.
• Masėms palyginti reikia aiškiai apibrėžtos sistemos ribos.
• Atskirkite išgalvotus mokomuosius pavyzdžius nuo istorinių stebėjimų.
• Moksliniai paaiškinimai vertinami remiantis susijusiais įrodymais, o ne vienu pasakojimu apie didvyrį.