Бесплатная техническая библиотека

Закон действующих масс. История и суть научного открытия

Справочник / Важнейшие научные открытия

 Комментарии к статье

В научную и учебную литературу закон действующих масс входит как один из основных законов химии. То, что процесс химического взаимодействия зависит от количества действующих масс, подтверждали факты, поступавшие как из области органической, так и неорганической химии. Г. Розе (1851), Р. Бунзен (1853), Д Глэдстон (1855) дали материал для доказательства существования обратимых химических превращений и возможности изменения направления реакции путем подбора соответствующих условий ее протекания. Французский химик Сент-Клер Девиль (1818–1881) в 1857 году доказал, что разложение химических соединений может начинаться и ниже температуры их полного разложения.

Ко времени этого открытия Анри Этьен Сент-Клер Девиль был уже профессором Высшей Нормальной школы в Париже. В 1861 году он становится членом Парижской Академии наук. Именно Сент-Клер Девиль разработал первый промышленный способ получения алюминия (1854). Французский ученый предложил и новый метод плавки и очистки платины. Он же произвел синтез различных минералов. Интересно, что в 1869 году Сент-Клер Девиля избрали членом-корреспондентом Петербургской Академии наук.

Итак, в статье 1857 года "О диссоциации, или самопроизвольном разложении веществ под влиянием тепла" (1857) Сент-Клер Девиль показал, что под влиянием температуры происходит разложение водяного пара на кислород и водород при температуре плавления платины (1750 °C) и при температуре плавления серебра (950 °C).

Позднее в лекциях о диссоциации, прочитанных в 1864 году перед Французским химическим обществом, Сент-Клер Девиль формулирует конечный вывод своих экспериментов: "Превращение водяных паров в смесь водорода и кислорода есть полная перемена состояния, соответствующая определенной температуре, и эта температура является постоянной при переходе из одного состояния в другое, в каком бы направлении эти перемены ни происходили". Это "явление самопроизвольного разложения воды я предлагаю назвать диссоциацией".

Надо отметить, что такое определение охватывало лишь случаи, "в которых разложение имеет место частично и при температуре более низкой, чем температура, которая соответствует абсолютному разрушению соединения".

Французский ученый показал: некоторые соединения, даже самые устойчивые, легко диссоциируют при высоких температурах (1200–1500 °C). Устанавливаемым при этом химическим равновесием можно управлять, изменяя температуру и давление.

Сент-Клер Девиль предложил также метод "закаливания" химических реакций. "Оказалось, - пишет Ю. И. Соловьев, - что если очень быстро охладить какую-либо систему, в которой установилось состояние равновесия при высокой температуре, то эта система как бы застывает в том состоянии, в каком застало ее резкое охлаждение. Этот метод "холодно-горячей трубки" заключался в следующем. Через нагретую до высокой температуры фарфоровую трубку медленно пропускали исследуемый газ. В центре фарфоровой трубки проходила тонкая серебряная трубочка, через которую протекала холодная вода. При пропускании через горячую фарфоровую трубку в противоположном направлении оксида углерода на серебряной трубочке отлагался углерод; при пропускании хлороводорода получался хлорид серебра. Впоследствии В. Нернст показал, что методом "закаливания" можно количественно изучать равновесие системы, установившееся при высокой температуре.

Сент-Клер Девиль связывал химическое равновесие с двумя взаимообусловленными процессами: соединением и разложением. Труды его по термической диссоциации имели первостепенное значение для дальнейшего развития учения о химических равновесиях".

"...Исследования Анри Сент-Клер Девиля, посвященные явлению диссоциации, - писал Ж. Дюма, - являются величайшим приобретением не только химии, но и физики. Благодаря открытию этого капитального явления (термической диссоциации. - Прим. авт.) он обнаружил новый путь в науке - путь сближения химических явлений с чисто физическими".

Высоко ценил работы Сент-Клер Девиля по диссоциации его продолжатель русский физико-химик Н. Н. Бекетов. Они составляют не только "историческую эпоху в развитии химии", но и "поворот в направлении изучения химии. С этих пор началось опять (почти заброшенное) изучение химических явлений (вместо почти исключительного изучения состава и строения соединений), т. е. изучение статической химии пошло рядом с изучением химии динамической".

Николай Николаевич Бекетов (1827–1911) в 1848 году окончил Казанский университет. С 1859 по 1887 год был профессором химии Харьковского университета. В 1886 году Николай Николаевич становится академиком Петербургской Академии наук. Главные работы ученого посвящены изучению природы химического сродства, химического равновесия и термохимии. В 1864 году Бекетов организовал на физико-математическом факультете Харьковского университета физико-химическое отделение, где сам читал систематический курс лекций по физической химии.

В 1859–1865 годах Бекетов занимался изучением зависимости явлений вытеснения одних элементов другими от внешних физических условий (температура, давление и т. д.). На примере одной из реакций - вытеснения водородом металлов из растворов их солей - показал, что "это действие водорода зависит от давления газа и крепости металлического раствора, или, другими словами, от химической массы восстанавливаемого тела". Он установил, что "химическое действие газов зависит от давления и, смотря по величине давления, может даже совершаться в обратном направлении". Ученый уточняет положение, говоря, что действие газа пропорционально давлению или массе. Бесспорно, данные исследований русского ученого имели большое значение для развития учения о химическом равновесии и для подготовки открытия закона действующих масс.

В 1862 году появилась работа М. Бертло и Л. Пеан де Сен-Жиля, обобщавшая большой фактический материал о зависимости предела реакций этерификации и омыления от количеств взаимодействующих веществ, - "Исследования о сродстве. Об образовании и разложении эфиров".

Следующий шаг делает Анри Дебре (1827–1888), французский химик, работавший в 1855–1868 годах ассистентом Сент-Клер Девиля в Высшей нормальной школе. В 1867–1868 годах преподаватель в Политехнической школы в Париже делает обобщение, давление газообразной составной части или составных частей, полученных в процессе диссоциации, постоянно при любой определенной температуре и не зависит от количества первоначального вещества, претерпевшего разложение. Дебре показал, что во многих случаях, когда твердое вещество диссоциирует, то давление диссоциации зависит не от количества присутствующих веществ, а только от температуры.

Первоначально делались попытки установить коэффициенты сродства для каждого соотношения взятых масс в отдельности. Однако позднее возникает идея найти общий путь вычисления условий равновесия для любых количеств реагирующих веществ.

Като Максимилиан Гульдберг (1836–1902), норвежский физико-химик, профессор технологии университета в Христиании (ныне Осло), и Петер Вааге (1833–1900), норвежский химик, профессор химии университета в Христиании, в работах 1862–1867 годах представили равновесие обратимой обменной реакции как равенство двух сил сродства, действующих в противоположных направлениях. Авторы математически сформулировали закон действующих масс, построив свою теорию на общем условии равновесия При этом они опирались на экспериментальные данные М. Бертло и Пеан де Сен-Жиля, а также собственные результаты. Они придерживались принятого в шестидесятые годы механического толкования природы сил сродства.

Гульдберг и Вааге писали: "Мы полагаем, что для определения величины химических сил необходимо исследовать химические процессы всегда в таких условиях, чтобы одновременно проявлялись их оба противоположных направления... Если считать, что при данном химическом процессе действуют две противоположные силы: одна, стремящаяся образовать новые вещества, и другая - восстановить первоначальные соединения из новых, то делается очевидным, что, когда эти силы в химическом процессе становятся одинаковыми, система находится в равновесии".

В 1867 году в своей монографии "Исследования сил химического сродства" Гульдберга и Вааге показали, что химические реакции протекают как в прямом, так и в обратном направлении. "Сила, вызывающая образование А и В, возрастает пропорционально коэффициенту сродства для реакции А+В=А'+В', но, сверх того, она зависит от масс А и В. Мы вывели из наших опытов, что сила пропорциональна произведению действующих масс двух тел А и В... "Силы" прямой и обратной реакций уравновешиваются..." Это и есть закон действующих масс.

Гульдберг и Вааге завершают свой труд так: "Хотя мы и не разрешили проблемы химического сродства, мы надеемся, что высказали общую теорию химических реакций, именно рассмотрение тех реакций, при которых имеет место состояние равновесия между противоположными силами... Целью нашего сочинения было показать, во-первых, что наша теория объясняет химические явления в общем, и, во-вторых, что формулы, основанные на этой теории, согласуются достаточно хорошо с количественными опытами... Все наши желания исполнились бы, если бы посредством этого труда мы успели бы привлечь серьезное внимание химиков на ветвь химии, которой, несомненно, слишком пренебрегали с самого начала нынешнего столетия".

В 1879 году появилась новая статья Гульдберга и Вааге - "О химическом сродстве". Здесь ученые дают молекулярно-кинетическое объяснение химических реакций и равновесий вместо представлений о действии статических "сил". Объясняя процесс равновесия противоположных реакций, авторы полагают, что "недостаточно простого предположения о силах притяжения между веществами или их составными частями... Необходимо принять во внимание движение атомов и молекул... Состояние равновесия, которое наступает при такого рода химических процессах, есть состояние подвижного равновесия, так как одновременно имеют место две противоположные химические реакции: протекает не только образование А'и В', но и обратное образование А и В. Если в единицу времени образуются равные количества каждой из этих пар, существует равновесие".

Опираясь на свою трактовку химического равновесия, Гульдберг и Вааге впервые дают кинетический вывод закона действующих масс. Они делают вывод, что скорость реакции определяется вероятностью столкновения вступающих во взаимодействие частиц.

В 1880 году появляется большое число работ в подтверждение закона действующих масс. В дальнейшем удалось установить неприменимость этого закона к неидеальным системам. "Модернизация" формулы концентраций позволила успешно применять закон действующих масс для изучения равновесия химических реакций. Сегодня закон служит основным уравнением химической кинетики, используемым для расчета технологических процессов.

Автор: Самин Д.К.

 Рекомендуем интересные статьи раздела Важнейшие научные открытия:

▪ Радиоактивность

▪ Спутники Юпитера

▪ Основы иммунологии

Смотрите другие статьи раздела Важнейшие научные открытия.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Использование побочных продуктов производства биодизеля 03.07.2024 В современном мире биотехнологии стремятся не только производить энергию, но и минимизировать отходы производства. В прошлом году в Евросоюзе было произведено около 16 миллиардов литров биодизеля, что привело к образованию значительных объемов побочного продукта - глицерина. Этот побочный продукт имеет огромный потенциал для преобразования в ценные химические вещества, такие как дигидроксиацетон и муравьиную кислоту, посредством мощной реакции окисления глицерина (GOR). Электрохимическое окисление глицерина может быть осуществлено в фотоэлектрохимических (PEC) реакторах, которые также разрабатываются для производства зеленого водорода. Использование окисления глицерина в PEC-установках может значительно повысить экономическую эффективность процесса Power-to-X. Этот процесс требует меньше энергии по сравнению с водородным производством путем расщепления воды, создавая при этом более ценные продукты. Исследования под руководством доктора Марка Фаваро из Института солнечного топлива выявили важность состава электролита для эффективности и стабильности процесса окисления глицерина. Группа тестировала фотоаноды из нанопористого ванадата висмута (BiVO4) в кислых электролитах (pH = 2) с различными катионами и анионами, такими как нитрат натрия (NaNO3), перхлорат натрия (NaClO4), сульфат натрия (Na2SO4) и фосфат калия (KPi). Результаты показали, что фотоаноды BiVO4 наилучшим образом функционируют в NaNO3, превосходя Na2SO4 по фототоку, стабильности и скорости производства высококачественных продуктов. Воздействие состава электролита объясняется различными свойствами ионов, такими как их размеры, способности к гидратации и буферная емкость pH. "Электролит оказывает значительное влияние на эффективность окисления глицерина", - отметил аспирант Хиджунг Конг, подтверждая, что эти результаты могут быть применимы к различным материалам и процессам. Это исследование открывает путь к более эффективному превращению побочных продуктов биомассы в ценные химические вещества, что способствует минимизации воздействия на окружающую среду. Использование побочных продуктов производства биодизеля, таких как глицерин, для создания ценных химических веществ, представляет собой значительный шаг вперед в области устойчивой химии и энергетики. Применение фотоэлектрохимических реакторов для окисления глицерина не только повышает экономическую эффективность производства, но и помогает снизить экологический след, делая производство биодизеля более экологичным и эффективным.

Другие интересные новости:

▪ Новый метод создания мощных батарей

▪ Умная повязка для лечения хронических ран

▪ Солнечная надувная печь

▪ Электрический ток против сорняков

▪ Электровелосипед с автопилотом

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Применение микросхем. Подборка статей

▪ статья Геркулес. Геркулесов труд, подвиг. Геркулесовы столпы. Крылатое выражение

▪ статья Кто и когда забил в одном матче сразу три мяча в свои ворота? Подробный ответ

▪ статья Трудопроводчик. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья ГЛИН на элементах КМОП. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Волшебная палочка-кондитер. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025