Эволюция представлений человечества об огне
Обретение древним человеком огня является важнейшим событием, а изобретение способов его добывания, как полагают археологи, происшедшее 50-100 тыс. лет назад, знаменует новую эру развития человечества.
Древнегреческий философ VI в. до н.э. Анаксимен, объясняя вечное изменение явлений природы сгущением и разряжением воздуха, считал, что, сгущаясь, воздух превращается в ветер, затем в облако, далее – в воду, землю и, наконец, в камни. Когда же воздух разряжается, – писал он, – воздух становится огнём.
Другой древнегреческий философ-материалист VI-V вв. до н.э. Гераклит из Эфеса учил, что огонь является первоначальной субстанцией всех вещей. Это учение следовало из общих положений философии Гераклита. По его мнению, все в мире изменчиво и подвижно, подобно огню, т.е. «все течет», а весь мир – это поток постоянно сменяющихся явлений.
Многих древних философов волновала природа огня. Так, философ, поэт, врач и политический деятель из Агригента (Древняя Греция) Эмпедокл (490 — 430 гг. до н.э.), был убежден, что огонь – это одно из начал всех вещей наряду с воздухом, водой и землей, и эти начала являются материальными субстанциями, наделенными свойствами любви или ненависти друг к другу (например, огонь и вода). Они соединяются друг с другом, образуя разнообразные вещества, либо отталкиваются или же уничтожают друг друга. Любые тела содержат в себе все четыре начала, но в различных отношениях.
Почти одновременно с учениями о первичных началах тел возникло учение о дискретном строении материи. Основоположниками этого учения считаются милетский философ Левкипп (около 500 – 440 гг. до н.э.) и его ученик Демокрит из Абдеры (приблизительно 470 – 390 гг. до н.э.). По их мнению, все вещи состоят из мельчайших частиц, являющихся пределом делимости материи – атомов различной формы, находящихся в беспрерывном вихревом движении, постоянно сталкивающихся друг с другом. «Начала вселенной – атомы и пустота, – высказывается Демокрит, – всё же остальное существует лишь во мнении. Атомы не поддаются никакому воздействию, и они неизменяемы вследствие твердости. Атомы – суть всевозможные материальные тела, не имеющие качества, пустота же – некоторое место, в котором … эти тела производят и все прочие сложные (тела) и наши тела, и их состояния и ощущения». Следуя подобной логике и огонь также может рассматриваться с атомической точки зрения.
Выдающийся итальянский ученый, инженер, живописец и скульптор эпохи Возрождения Леонардо да Винчи (1452 – 1519) писал: «Огонь – стихия, которая непрерывно уничтожает воздух, частично его питающий. И он оказался бы в соприкосновении с пустотой, если бы притекающий воздух не приходил на помощь, заполняя ее».
В 1669 г. немецкий химик и врач И.И. Бехер пришел к мысли, что в природе существует «маслянистая земля», ответственная за горючесть веществ. Эта идея была одобрена его соотечественником, химиком и врачом Г.Э. Шталем, выдвинувшим гипотезу существования горючего начала, названного флогистоном. Теория флогистона пользовалась полным признанием среди ученых прошлого. «Флогистонное учение, – писал автор периодической системы элементов Д.И. Менделеев, – обобщило множество реакций (окисления), и это было уже очень важным шагом вперед в науке».
Первым ученым-материалистом, подвергшим основательной критике господствующие теоретические представления своей эпохи, и, в частности, взгляды на процессы горения и их связь с мистическими «невесомыми флюидами», был выдающийся ученый-энциклопедист, историк, поэт и художник академик М.В. Ломоносов (1711 – 1765), физически доказавший абсурдность теории «огненной материи» и первым исключивший флогистон из числа химических агентов.
В своей диссертации «Размышления о причине теплоты и холода» М.В. Ломоносов в 1744 г. выступил против теории «огненной материи» или флогистона, который, по бытовавшим тогда представлениям, то входит в поры тел, то бурно покидает их.
Теория флогистона вызывала сомнения и у других ученых. Так, по мнению Дорфмана, первые мысли для критики этой теории французский химик Антуан Лоран Лавуазье (1743 – 1794), получил, по-видимому, после ознакомления с диссертациями М.В. Ломоносова. В 1774 г. Лавуазье писал: «Принимая флогистон, мы впадаем во множество противоречий; химики пользуются им всякий раз, когда это требуется, и они его растягивают, когда он противоречит установленным принципам, они управляют им по своей воле».
В 1785 г. он прямо выступил против теории флогистона. «Химики, – писал Лавуазье, – сделали из флогистона смутное начало, которое не определено в точной мере и которое поэтому пригодно для любых объяснений, в которое его хотят ввести. Иногда это начало весомо, иногда оно таковым не является; иногда это огонь, соединенный с землистым элементом, … это настоящий Протей, который меняет свой облик каждое мгновение».
В высказываниях Лавуазье нельзя не видеть аналогии в характеристике флогистона с характеристикой «огненной материи», данной Ломоносовым за 30 лет до этого.
Большой вклад в этом плане внесли многие работы Лавуазье, в частности, мемуар «О природе воды», представленный в Академию наук в 1797 г., реферат 1772 г. «О природе воздуха» (явление выделения), мемуары «Небольшие физические химические исследования» 1774 г. Как видно, Лавуазье пытался рассмотреть разъединенные звенья данной цепи, вел исследования, касающиеся горения тел, обжигания металлов и других веществ. Лавуазье заметил, что это сопровождается выделением или поглощением воздухообразующих веществ. Он заинтересовался веществами «сверхвысоких» температур.
В 1785 г. Лавуазье выступил с мемуаром «Размышления о флогистоне», в котором отвергал теории флогистона. Он писал: «Настало время, когда я должен объясниться более четко и формально по поводу мнения, которое я считаю пагубным заблуждением химии, задержавшим, как я полагаю, значительным образом прогресс, вводя дурную манеру философствования».
Систематические исследования французского химика Лавуазье развеяли в пух и прах, главные положения теории флогистона. Получив кислород, Лавуазье впервые объяснил его роль в процессах горения. Завершающим этапом формирования кислородной теории, ставшей одной из важных в химии, явились опыты по сжиганию горючего воздуха (водорода) и выяснению состава воды.
После работ одного из основоположников современной химии А. Лавуазье, понятие флогистона как элемента горения стало исчезать из научного обихода, а горение объяснялось наукой, как окислительно-восстановительная реакция между материалом и окислителем (в самом общем плане между кислородом воздуха), начинающуюся под воздействием источника зажигания. В действительности химические реакции, в том числе и горение, происходящие при пожаре, поддерживаются за счет собственного материала. Такая автономность обусловлена именно реакцией окисления. Цепная теории горения (1934 г.) получила всеобщее признание ученых, а её автор академик Н.Н. Семенов в 1956 г. был удостоен Нобелевской премии.
Таким образом, горение является сложным физико-химическим процессом, подчинив себе которое, человек получил огромное превосходство над окружающими его живыми существами и силами природы. По тому, какую роль отводил человек процессу горения, насколько широко и совершенно он применял и использовал его в своих целях, можно проследить всю историю эволюции человеческого общества, вплоть до космической эры.
История науки о горении начинается с замечательного открытия М.В. Ломоносова: горение есть «соединение веществ с воздухом». Это открытие послужило толчком к установлению одного из самых фундаментальных законов природы – закона сохранения массы веществ при их физических и химических превращениях. Лавуазье уточнил этот закон: горение есть соединение веществ не просто с воздухом, а с кислородом воздуха.
Французские химики Маляр и Ле-Шателье измерили скорость распространения процессов горения в плане количественном, описали механизм и природу этого явления.
Профессор Московского университета А.В. Михельсон не только измерил скорость и описал механизм распространения пламени, но и установил, что склонность к самопроизвольному и непрерывному распространению есть самое главное, самое фундаментальное свойство процессов горения. Он же ввёл понятие «фундаментальной» (впоследствии нормальной) скорости распространения пламени, дал способы ее расчета и определения.
Горение – это главный и основной процесс на пожаре (процесс горения в неуправляемых, нерегулируемых условиях, т.е. «вне специального очага», как сказано в определении пожара по ГОСТ 12.1.064-76). Тушение же пожара (с физической точки зрения) всегда сводится к прекращению процесса горения во всех его видах и формах, т.е. к ингибированию реакции окисления.
Лучшим, наиболее эффективным способом обеспечения пожаровзрывобезопасности является создание таких условий, при которых процесс непроизвольного горения вообще не может возникнуть. Об этом думали люди еще в глубокой древности. Однако если пожар все-таки возникал, приходилось его тушить, что стимулировало внедрение первых мер противопожарной защиты.
