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DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICOS MÁS IMPORTANTES
La ley de las masas activas. Historia y esencia del descubrimiento científico.
Directorio / Los descubrimientos científicos más importantes. La ley de acción de masas está incluida en la literatura científica y educativa como una de las leyes básicas de la química. El hecho de que el proceso de interacción química dependa del número de masas activas fue confirmado por hechos provenientes del campo de la química orgánica e inorgánica. G. Rose (1851), R. Bunsen (1853), D. Gladstone (1855) proporcionaron material para probar la existencia de transformaciones químicas reversibles y la posibilidad de cambiar la dirección de la reacción seleccionando las condiciones adecuadas para su curso. El químico francés Saint-Clair Deville (1818–1881) demostró en 1857 que la descomposición de los compuestos químicos puede comenzar incluso por debajo de la temperatura de su descomposición completa. En el momento de este descubrimiento, Henri Etienne Sainte-Clair Deville ya era profesor en la Escuela Normal Superior de París. En 1861 se convirtió en miembro de la Academia de Ciencias de París. Fue St. Clair Deville quien desarrolló el primer método industrial para producir aluminio (1854). El científico francés también propuso un nuevo método para fundir y refinar platino. También sintetizó varios minerales. Es interesante que en 1869 St. Clair Deville fuera elegida miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de San Petersburgo. Entonces, en el artículo de 1857 "Sobre la disociación o descomposición espontánea de sustancias bajo la influencia del calor" (1857), St. Clair Deville demostró que bajo la influencia de la temperatura, el vapor de agua se descompone en oxígeno e hidrógeno en el punto de fusión. de platino (1750 °C) y en el punto de fusión de la plata (950 °C). Más tarde, en conferencias sobre disociación dadas en 1864 a la Sociedad Química Francesa, Saint-Clair Deville formula la conclusión final de sus experimentos: "La transformación del vapor de agua en una mezcla de hidrógeno y oxígeno es un cambio completo de estado correspondiente a un cierto temperatura, y esta temperatura es constante durante la transición de un estado a otro, cualquiera que sea la dirección en que se produzcan estos cambios. A este "fenómeno de descomposición espontánea del agua, propongo llamarlo disociación". Cabe señalar que esta definición sólo cubría los casos "en los que la descomposición tiene lugar parcialmente ya una temperatura inferior a la temperatura que corresponde a la destrucción absoluta del compuesto". El científico francés demostró que algunos compuestos, incluso los más estables, se disocian fácilmente a altas temperaturas (1200-1500 °C). El equilibrio químico establecido en este caso se puede controlar cambiando la temperatura y la presión. St. Clair Deville también propuso un método para "endurecer" las reacciones químicas. "Resultó", escribe Yu. El "tubo frío-caliente" fue el siguiente. A través de un tubo de porcelana calentado a alta temperatura, el gas de prueba pasó lentamente. En el centro del tubo de porcelana, un tubo delgado de plata pasó a través de el cual fluía agua fría.Al pasar por un tubo de porcelana caliente en dirección opuesta, se depositaba monóxido de carbono sobre carbón de plata en el tubo, y se obtenía cloruro de plata pasando cloruro de hidrógeno.V. Saint Clair Deville asoció el equilibrio químico con dos procesos interdependientes: combinación y descomposición. Sus trabajos sobre disociación térmica fueron de suma importancia para el desarrollo posterior de la teoría del equilibrio químico. "... Los estudios de Henri Saint-Clair Deville, dedicados al fenómeno de la disociación", escribió J. Dumas, "son la mayor adquisición no solo de la química, sino también de la física. Gracias al descubrimiento de este fenómeno capital ( disociación térmica - Aprox. Aut.), descubrió un nuevo camino en la ciencia: el camino de la convergencia de los fenómenos químicos con los puramente físicos. El trabajo de St. Clair Deville sobre la disociación fue muy valorado por su sucesor, el químico físico ruso N. N. Beketov. Constituyen no sólo una "época histórica en el desarrollo de la química", sino también "un giro en la dirección del estudio de la química. Desde entonces, el estudio (casi abandonado) de los fenómenos químicos se ha reiniciado (en lugar del casi exclusivo estudio de la composición y estructura de los compuestos), es decir, el estudio de la química estática fue paralelo al estudio de la química dinámica. Nikolai Nikolaevich Beketov (1827–1911) se graduó de la Universidad de Kazan en 1848. De 1859 a 1887 fue profesor de química en la Universidad de Járkov. En 1886, Nikolai Nikolaevich se convirtió en académico de la Academia de Ciencias de San Petersburgo. Los principales trabajos del científico están dedicados al estudio de la naturaleza de la afinidad química, el equilibrio químico y la termoquímica. En 1864, Beketov organizó un departamento de física y química en la Facultad de Física y Matemáticas de la Universidad de Jarkov, donde él mismo impartió un curso sistemático de conferencias sobre química física. En 1859-1865, Beketov estudió la dependencia de los fenómenos de desplazamiento de algunos elementos por otros de las condiciones físicas externas (temperatura, presión, etc.). Sobre el ejemplo de una de las reacciones, el desplazamiento de los metales de las soluciones de sus sales por el hidrógeno, mostró que "esta acción del hidrógeno depende de la presión del gas y la fuerza de la solución del metal, o, en otras palabras, de la masa química del cuerpo recuperado". Encontró que "la acción química de los gases depende de la presión y, dependiendo de la magnitud de la presión, incluso puede realizarse en la dirección opuesta". El científico aclara la posición diciendo que la acción de un gas es proporcional a la presión oa la masa. Sin duda, los datos de investigación del científico ruso fueron de gran importancia para el desarrollo de la teoría del equilibrio químico y para la preparación del descubrimiento de la ley de acción de masas. En 1862, apareció el trabajo de M. Berthelot y L. Pean de Saint-Gilles, que resume una gran cantidad de material fáctico sobre la dependencia del límite de las reacciones de esterificación y saponificación de las cantidades de sustancias que interactúan: "Estudios sobre afinidad. Sobre la formación y descomposición de los éteres". El siguiente paso lo da Henri Debret (1827-1888), un químico francés que trabajó en 1855-1868 como asistente de St. Clair Deville en la Escuela Normal Superior. En 1867-1868, un profesor de la École Polytechnique de París generaliza que la presión de un constituyente o constituyentes gaseosos obtenidos en el proceso de disociación es constante a cualquier temperatura dada y no depende de la cantidad de sustancia original que haya sufrido. descomposición. Debreux demostró que en muchos casos cuando un sólido se disocia, la presión de disociación no depende de la cantidad de sustancias presentes, sino solo de la temperatura. Inicialmente, se hicieron intentos para establecer los coeficientes de afinidad para cada proporción de masas tomadas por separado. Sin embargo, más adelante surge la idea de encontrar una forma general de calcular las condiciones de equilibrio para cualquier cantidad de reactivos. Kato Maximilian Guldberg (1836–1902), físico-químico noruego, profesor de tecnología en la Universidad de Christiania (ahora Oslo), y Peter Waage (1833–1900), químico noruego, profesor de química en la Universidad de Christiania, presentaron el equilibrio en 1862-1867 reacción de intercambio reversible como la igualdad de dos fuerzas de afinidad que actúan en direcciones opuestas. Los autores formularon matemáticamente la ley de acción de masas, construyendo su teoría sobre la condición de equilibrio general, y para ello se basaron en los datos experimentales de M. Berthelot y Pean de Saint-Gilles, así como en sus propios resultados. Se adhirieron a la interpretación mecánica de la naturaleza de las fuerzas de afinidad adoptada en los años sesenta. Guldberg y Waage escribieron: “Creemos que para determinar la magnitud de las fuerzas químicas, es necesario estudiar los procesos químicos siempre en condiciones tales que ambas direcciones opuestas se manifiesten simultáneamente... Si asumimos que actúan dos fuerzas opuestas en un proceso químico dado: uno, que tiende a formar nuevas sustancias, y el otro es restaurar los compuestos originales a partir de otros nuevos, entonces se vuelve obvio que cuando estas fuerzas en el proceso químico se vuelven las mismas, el sistema está en equilibrio. En 1867, en su monografía "Investigaciones sobre las fuerzas de afinidad química", Guldberg y Waage demostraron que las reacciones químicas se desarrollan tanto en dirección directa como inversa. "La fuerza que causa la formación de A y B aumenta en proporción al coeficiente de afinidad para la reacción A + B = A' + B', pero, además, depende de las masas de A y B. Deducimos de nuestros experimentos que la fuerza es proporcional al producto de las masas actuantes dos cuerpos A y B... Las "fuerzas" de las reacciones directa e inversa están equilibradas..." Esta es la ley de las masas actuantes. Guldberg y Waage concluyen su trabajo de la siguiente manera: “Aunque no hemos resuelto el problema de la afinidad química, esperamos haber expresado una teoría general de las reacciones químicas, a saber, la consideración de aquellas reacciones en las que se produce un estado de equilibrio entre fuerzas opuestas. lugar... El propósito de nuestro trabajo era mostrar, en primer lugar, que nuestra teoría explica los fenómenos químicos en general, y, en segundo lugar, que las fórmulas basadas en esta teoría concuerdan bastante bien con los experimentos cuantitativos... Todos nuestros deseos se cumplirían si, a través de este trabajo, tuviéramos tiempo de llamar la atención seria de los químicos sobre una rama de la química que, sin duda, ha sido demasiado descuidada desde principios de este siglo". En 1879, apareció un nuevo artículo de Guldberg y Waage: "Sobre la afinidad química". Aquí, los científicos dan una explicación cinética molecular de las reacciones químicas y los equilibrios en lugar de ideas sobre la acción de "fuerzas" estáticas. Al explicar el proceso de equilibrio de reacciones opuestas, los autores creen que "una simple suposición sobre las fuerzas de atracción entre sustancias o sus partes constituyentes no es suficiente... Es necesario tener en cuenta el movimiento de átomos y moléculas... El estado de equilibrio que ocurre en tales procesos químicos es el estado de equilibrio móvil, ya que dos reacciones químicas opuestas tienen lugar simultáneamente: no solo se produce la formación de A' y B', sino también la formación inversa de A y B. Si cantidades iguales de cada uno de estos pares se forman por unidad de tiempo, existe un equilibrio. Con base en su interpretación del equilibrio químico, Guldberg y Waage dan por primera vez una derivación cinética de la ley de acción de masas. Concluyen que la velocidad de reacción está determinada por la probabilidad de colisión de las partículas que interactúan. En 1880, apareció una gran cantidad de obras en apoyo de la ley de acción de masas. Posteriormente, se pudo establecer la inaplicabilidad de esta ley a sistemas no ideales. La "modernización" de la fórmula de concentración hizo posible aplicar con éxito la ley de acción de masas para estudiar el equilibrio de las reacciones químicas. Hoy, la ley sirve como la ecuación básica de la cinética química utilizada para calcular procesos tecnológicos. Autor: Samin D.K.
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