Пути развития химии. Том 2. От начала промышленной революции до первой четверти XX века - [30]

На основании закона действия масс и введенного Клаузиусом представления о распаде в растворе молекул веществ Аррениус сделал следующие основные выводы: 1) в растворе вещества могут существовать в виде ионов; 2) сильные соли, кислоты и основания в растворах всегда диссоциированы; 3) с увеличением разбавления растворов происходит увеличение диссоциации электролита, чем и объясняется большая электропроводность разбавленных растворов. Аррениус утверждал, что продукты диссоциации солей представляют собой электрически заряженные частицы, и показал, как можно рассчитать количество образующихся при диссоциации ионов.

Сванте Аррениус (1859-1927)

Сванте Аррениус (1859-1927) родился в усадьбе Вик близ Упсалы в семье управляющего имением. Уже в школе он отличался самостоятельностью мышления. Сильной стороной подхода Аррениуса к анализу научных проблем была способность теоретически осмысливать и математически обрабатывать экспериментальные данные. Уже в докторской диссертации (1883 г.) Аррениус начал развивать теорию диссоциации. Его гипотеза, согласно которой соли, кислоты и основания распадаются в водных растворах на ионы, вызвала поначалу в основном отрицательные отзывы.

Благодаря стипендии Шведской Академии наук Аррениус получил возможность работать в Париже и других крупных европейских научных центрах: у В. Оствальда в Риге, у Ф. Кольрауша и В. Нернста в Вюрцберге. Вместе с В. Нернстом в 1887 г. Аррениус побывал в Граце у Л. Больцмана. На следующий год Аррениус поехал в Киль к М. Планку и в Амстердам к Я. Г. Вант-Гоффу. Такая возможность устанавливать личные контакты на международном уровне во все времена приносила науке большую пользу. Для каждого из всех названных здесь ученых такие встречи и совместная работа оказывались очень благотворными.

С. Аррениус, Я. Г. Вант-Гофф и В. Оствальд — три "звезды" науки стояли у колыбели физической химии, самостоятельность которой была утверждена основанием этими учеными в 1887 г. "Журнала физической химии". В первом номере этого журнала под общим заголовком "О диссоциации растворенных в воде веществ" были помещены статья Вант-Гоффа "Осмотическая теория растворов" и работа Аррениуса "Попытка расчета констант диссоциации (коэффициентов активности) растворенных в воде веществ".

Якоб Генрих Вант-Гофф и Вильгельм Оствальд (около 1890 г.)

В 1884 г. Вант-Гофф опубликовал книгу "Очерки по химической динамике"[95], в которой обосновал важнейшие положения теории химической кинетики. Он опирался на выведенное Гульдбергом и Вааге кинетическое выражение закона действия масс. Вант-Гофф определял химическое равновесие как результат двух обратимых процессов. Ему удалось разработать аналитическое (математическое) выражение для скоростей моно- и бимолекулярных реакций.

Осмотическая теория растворов

В 1887 г. в первом номере только что созданного "Журнала физической химии" Вант-Гофф опубликовал статью "Осмотическая теория растворов", в которой показал, что газовые законы применимы к растворам. Эта теория явилась завершением периода накопления экспериментальных данных о свойствах растворов. Созданию теории Вант-Гоффа предшествовали работы Морица Траубе и Вильгельма Пфеффера.

В 1867 г. Траубе открыл существование полупроницаемых мембран, через которые могут проходить только молекулы растворителя, например воды, но не молекулы растворенного вещества. Пфеффер обнаружил природные мембраны такого же типа. Он заметил, что если опустить эти мембраны в раствор, они испытывают значительные давления. Для измерения этих давлений Пфеффер изготовил искусственные полупроницаемые мембраны — ячейки из неглазурованной глины, поры которой заполнял веществом, образующим тончайшую пленку, например гексацианоферратом(П) меди. Эти ячейки выдерживали давление свыше 200 атм. При добавлении в воду, в которую была погружена ячейка, раствора сахара повышалось давление на перегородку. Однако постепенно вода проникала сквозь перегородку, до тех пор пока давление по обе стороны перегородки не выравнивалось и не наступало равновесие. Пфеффер также наблюдал, что в растворах солей давление было значительно больше, чем в растворах коллоидов, например клея. В 1877 г. результаты наблюдений Пфеффер сообщил Вант-Гоффу.

Вант-Гофф предположил, что это так называемое осмотическое давление по природе и свойствам подобно давлению газов. Поэтому он попытался использовать кинетическую теорию газов для объяснения осмотического давления. При этом весьма полезными оказались результаты, полученные французским ученым Ф. Раулем. Рауль провел многочисленные измерения понижения температур замерзания и повышения температур кипения водных и неводных растворов и в 1884 г. пришел к выводу: количества различных веществ, которые вызывают одинаковое (по сравнению с чистым растворителем) понижение температуры замерзания или повышение температуры кипения, зависят от их молекулярных масс. Таким образом, стало возможным, сравнивая давление пара над раствором и над чистым растворителем, рассчитывать молекулярные массы растворенных веществ.

Вант-Гофф по теплотам плавления и испарения, а также по результатам измерения осмотического давления смог математически обосновать, что в разбавленных растворах молекулы растворенных веществ, сталкиваясь при движении с полупроницаемой мембраной, вызывают появление осмотического давления подобно тому, как в газах давление обусловлено столкновением молекул газообразного вещества.