Очерк общей истории химии. От древнейших времен до начала XIX в.
Шрифт:
К работе в области химического сродства Бертолле приступил еще во время Египетского похода Наполеона, в котором он принимал участие (1798 г.). Работа эта была доложена в Египетском институте и вышла под заглавием «Исследование законов сродства» (58) в 1801 г. Через два года, в 1803 г., появился большой двухтомный труд Бертолле «Опыт химической статики» (59), в котором новая теория сродства, а также и представления Бертолле о составе химических соединений нашли свое полное выражение.
Познакомимся вкратце с ходом мыслей Бертолле. Как представитель «аналитического периода» в развитии химии он пользуется в качестве материала для обобщения данными о количественном составе солей, т. е. о весовом содержании в них кислот и оснований. Бертолле исходит из мысли, что силы химического сродства, или притяжения, присущи
Другое дело — химическое притяжение. Оно проявляется на близких расстояниях и зависит от различных, иногда неопределенных условий, так что к нему неприменим общий закон. Однако, если в результате опытов и наблюдений будут получены выводы, носящие общий характер, то закон химического сродства будет приближаться к механическим законам взаимодействия тел и тем больше, чем более общий вывод получен.
В числе условий, влияющих на химическое притяжение веществ, Бертолле называет температуру, давление и придает особое значение плотности взаимодействующих веществ. Он полагает, что плотность является функцией двух противоположных сил — сцепления и упругости. Эти силы определяют прежде всего агрегатное состояние вещества. При преобладании силы сцепления над упругостью вещество, по мнению Бертолле, должно переходить в твердое состояние, например выпадать в виде осадка. И наоборот, если сила упругости будет достаточно велика по сравнению с силами сцепления, вещество будет находиться в газообразном состоянии. Жидкое состояние — это промежуточное состояние, когда обе силы приблизительно уравновешивают друг друга. Химическое взаимодействие возможно лишь тогда, когда частицы тел находятся в непосредственном соприкосновении, т. е. в растворенном состоянии. Таким образом, Бертолле — сторонник старинного учения, выражаемого известным изречением: «Тела не действуют (друг на друга), если они не растворены» («Corpora nоn agunt nisi soluta»).
Рассматривая проявление сил химического сродства на примере нейтрализации, Бертолле сделал вывод, что определенное количество основания нейтрализуется кислотой в результате одновременного действия двух факторов: а) проявления силы химического притяжения и б) присоединения к основанию некоторого определенного количества кислоты, необходимой для нейтрализации основания или насыщения, что Бертолле называет «мерой насыщения» (capacite de saturation). Иначе сказать, по Бертолле, химическое сродство пропорционально произведению этих двух факторов.
Если теперь взять две кислоты, обладающие различным химическим притяжением и различной «мерой насыщения» по отношению к данному основанию, то нетрудно понять, что сродство обеих кислот к этому основанию будет обратно пропорционально их «мерам насыщения». Этот вывод не соответствует представлениям многих предшественников Бертолле и, в частности, Бергмана, полагавших, что основания или кислоты требуют для нейтрализации тем большее количество оснований или кислот, чем больше их сродство к этой кислоте (или соответственно кислоты к основанию) (60).
Однако, подрывая тем самым авторитет бергмановских таблиц сродства (61), Бертолле в своих представлениях базируется, по существу, на тех же предпосылках, которые лежали в основе учения Бергмана и других химиков последней четверти XVIII в. В качестве факторов сродства Бертолле принимает ту же «химическую силу» (например, силу вытеснения одной кислоты из соли другой) и ту же самую «массу» (количество вещества), которые фигурировали в прежних теориях. Однако он не пользуется этими факторами в отдельности, как это делали его предшественники, а считает, что химическое притяжение определяется произведением обоих факторов. Бертолле называет это произведение химической массой [59] . Он пишет: «Я обозначил названием «химическая масса» способность производить насыщение, такую силу, которая состоит из весового количества кислоты и ее сродства» (62). Пользуясь представлением о химической массе, Бертолле рассматривает различные случаи химического взаимодействия и проявления при этом химической силы. Сравнивая сродство двух кислот к одному и тому же основанию, он указывает, что оно будет определяться только химической массой, если обе кислоты будут жидкими, т. е. будут
мало различаться по плотности. Отсюда следует, что та из кислот, которая нейтрализует определенное количество щелочи и взята в меньшем количестве по сравнению со второй кислотой, будет более сильной, т. е. ее химическая сила сродства будет большей.59
Понятие «химическая масса» следует отличать от понятия «действующая масса», введенного во второй половине XIX в.
Бертолле рассматривает также явления вытеснения из солей кислот и оснований более сильными кислотами и основаниями, а также разложение солей и явления двойного обмена. Пусть к раствору какой-либо соли, рассуждает он, добавляется раствор кислоты. В этом случае основание соли распределяется между двумя кислотами, соответственно силе сродства, т. е. пропорционально химическим массам кислот. Если при этом не образуется осадок, или не выделяются газы, т. е. если все вещества остаются в растворенном состоянии, то можно считать, что в растворе имеются две соли и две кислоты, находящиеся в равновесии. Это равновесие, по Бертолле, определяется относительными количествами обеих кислот в растворе.
Бертолле замечает, однако (63), что доказать наличие двух солей в растворе невозможно, так как при попытке выделить обе соли, например кристаллизацией, в действие вступают силы сцепления и лишь одна из солей, менее растворимая, выпадает в виде кристаллов при выпаривании. Если, например, к раствору нитрита калия добавить серной кислоты, то в растворе будут находиться две соли — нитрат и сульфат калия и две свободных кислоты. При выпаривании раствора будет образовываться в виде кристаллов лишь сульфат калия.
Далее Бертолле рассматривает различные случаи равновесия в растворах и зависимость равновесия от растворимости солей. Если в растворе имеются две соли и одна из них значительно менее растворима, чем другая, то эта (трудно растворимая) соль образуется в большем количестве, чем вторая соль. При полной нерастворимости одной из солей вместо равновесия может произойти полное разделение солей. Так, при добавлении к раствору нитрата бария серной кислоты образуется осадок сульфата бария, и, таким образом, эта соль не находится уже в равновесии с другой солью. Можно добавлением серной кислоты полностью удалить весь барий из раствора.
То же самое имеет место в случае, если одна из кислот или одно из оснований в растворе летучи. Тогда вместо равновесия также наблюдается отделение одной из солей или даже полное разложение. Таким образом, в зависимости от преобладания силы сцепления над упругостью и упругости над сцеплением можно осуществить полное отделение одной из солей и полное разложение второй соли в растворе (64).
Бертолле обсуждает и случаи двойного разложения солей. При этом он особенно отчетливо показывает ошибочность представлений Бергмана о силе химического сродства. Бертолле рассматривает случай, когда к раствору сульфата натрия добавлен раствор хлорида магния. При этом в растворе образуются четыре соли — сульфат натрия, хлорид магния, сульфат магния и хлорид натрия. Если теперь охлаждать раствор, то при 0 °C из него будет кристаллизоваться сульфат натрия — наименее растворимая при этой температуре соль в растворе. При 20 °C можно получить в кристаллическом виде прежде всего хлорид натрия. Таким путем, при различных температурах оказывается возможным разделить смесь на две соли, причем в одном случае на сульфат натрия и хлорид магния, в другом — на хлорид натрия и сульфат магния. Это доказывает, что химическое сродство — величина, зависящая от температуры, а вовсе не какая-то определенная «сила», присущая данному веществу, как полагал Бергман.
На основании этих данных Бертолле высказал мнение, что способность к вытеснению одного вещества другим из сложного соединения вообще не может служить критерием для суждения о сродстве. Но Бертолле не только отвергает таким путем учение о сродстве Бергмана, но и по-новому объясняет явления, которые Бергман ставил в связи с силами сродства, основываясь на опытах «мокрым и сухим путем». Так, Бертолле указывает, что в растворах, содержащих соли кремневой кислоты, эта кислота вытесняется почти всеми кислотами, в то время как в расплавах при высоких температурах кремневая кислота вытесняет из солей очень многие кислоты (65), так как в обоих этих случаях сцепление между частицами кислоты оказывается совершенно различным.