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DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICOS MÁS IMPORTANTES
Teoría de la disociación electrolítica. Historia y esencia del descubrimiento científico.
Directorio / Los descubrimientos científicos más importantes. La historia del surgimiento de la teoría de la disociación electrolítica está asociada con el nombre del químico físico sueco Svante Arrhenius (1859-1927). En 1882 se graduó en la Universidad de Uppsala. En 1895 se convirtió en profesor de física en la Universidad de Estocolmo. De 1896 a 1905 Arrhenius fue rector de esta universidad. Es autor de 200 trabajos científicos en el campo de la química, física, geofísica, meteorología, biología, fisiología. Es interesante que la idea que se convirtió en la base de esta teoría surgió sobre la base de experimentos establecidos para resolver un problema completamente diferente. Según Yu.I. Solovyov, "cuando aún era estudiante en la Universidad de Uppsala S. Arrhenius, escuchando las conferencias de su maestro, el profesor P.T. favor", el joven científico decide determinar la conductividad eléctrica de las sales en soluciones que contienen, junto con agua, una gran cantidad de no -electrolitos Al mismo tiempo, partió del principio de que la resistencia de la solución de electrolitos es mayor cuanto mayor es el peso molecular del solvente.Este era el plan de trabajo original. Pero como resultado de las primeras observaciones, S. Arrhenius pierde interés en el tema concebido. Está cautivado por una nueva idea. ¿Qué le sucede a una molécula de electrolito en solución? El joven científico era consciente de que una solución exitosa de este problema permitiría arrojar luz sobre la región oscura de las soluciones. Entonces, en lugar de determinar el peso molecular del no electrolito disuelto, S. Arrhenius comienza a estudiar intensamente el estado de la molécula de electrolito en solución. El trabajo en una nueva dirección pronto dio excelentes resultados. Los datos obtenidos al medir la conductividad eléctrica de soluciones acuosas de electrolitos de varias concentraciones permitieron a S. Arrhenius llegar a una conclusión audaz: las moléculas de electrolitos se disocian en iones sin corriente, y el grado de disociación aumenta con la dilución. Como nos parece ahora, esta fue una conclusión aparentemente obvia y simple de los datos experimentales. Pero no fue nada simple para S. Arrhenius, porque esta conclusión destruyó las duras, "como el granito", las ideas tradicionales sobre el estado de las moléculas de sales, ácidos y bases en solución. Arrhenius no podía dejar de comprender que él, un joven químico, levantaba la mano contra los "fundamentos" químicos. Pero eso no le molestó. En su tesis doctoral (1883), llega a una conclusión excepcional: “El coeficiente de actividad del electrolito indica el número de iones realmente presentes en la solución, en relación con el número de iones que habría en la solución si el electrolito se dividiera completamente en simples moléculas electrolíticas... La sal se divide por completo cuando la cantidad de agua en la solución es infinitamente grande. Sin embargo, quedaban cuatro años antes de la creación de una teoría completa de la disociación electrolítica. De gran importancia para el desarrollo posterior de la teoría de la disociación fue el conocido trabajo de van't Hoff "Equilibrio químico en sistemas de gases y soluciones diluidas" (1885), en el que se encontró que la disminución real en la fusión punto, la presión de vapor y la presión osmótica de sales, ácidos y bases es menor que la calculada teóricamente según la ley de Raoult. Estas inconsistencias confirmaron las disposiciones de la teoría de la disociación, según la cual el electrolito en una solución acuosa se descompone en iones que se mueven libremente. En la primavera de 1887, Arrhenius trabajó en Würzburg con F. Kohlrausch. "Poco antes de irme de Würzburg (marzo de 1887)", recordó Arrhenius, "recibí el trabajo de Van't Hoff publicado por la Academia Sueca de Ciencias. Lo miré una noche, después de terminar mi trabajo diario en el instituto. Inmediatamente se convirtió en me queda claro que la desviación de los electrolitos en solución acuosa de las leyes de van't Hoff-Raoult de bajar el punto de congelación es la evidencia más fuerte de su descomposición en iones. Ahora tenía dos formas de calcular el grado de disociación: por un lado , al bajar el punto de congelación, por el otro, de conductividad Ambos dieron el mismo resultado en la gran mayoría de los casos, y podría hablar abiertamente sobre la disociación de electrolitos. En una carta a van't Hoff en marzo de 1887, el científico sueco escribió: "Ambas teorías se encuentran todavía en el comienzo de su desarrollo, y espero muy vivamente que en un futuro próximo se construyan no uno sino varios puentes entre los dos áreas". Y así sucedió. En 1887 apareció el famoso artículo de Arrhenius "Sobre la disociación de sustancias disueltas en agua". Provocó la admiración de algunos y la indignación de otros. Aquí el científico declara con confianza que las moléculas de electrolitos (sales, ácidos, bases) se descomponen en solución en iones cargados eléctricamente. Arrhenius encontró una fórmula para determinar el grado de disociación electrolítica. Al hacerlo, convirtió una hipótesis puramente cualitativa en una teoría cuantitativa que podía probarse experimentalmente. Después de que se crearon las principales disposiciones de esta teoría, Arrhenius mostró su aplicabilidad en varios campos de las ciencias naturales. Por el desarrollo de la teoría de la disociación electrolítica, Arrhenius recibió el Premio Nobel en 1903. Después de 1887, los estudios de S. Arrhenius, W. Ostwald, N. Nernst, M. Leblanc y otros científicos no solo confirmaron la validez de las principales disposiciones de la teoría de la disociación electrolítica, sino que también ampliaron significativamente el número de hechos individuales que puede ser justificada por la teoría. En 1888, Walter Friedrich Nernst (1864–1941), profesor de química física en Göttingen y Berlín, ganador del Premio Nobel de Química de 1920 por descubrir la tercera ley de la termodinámica, comparando la velocidad de difusión de los iones con la velocidad de movimiento de los iones. durante la electrólisis, mostró que estos números coinciden. En 1889, basándose en la teoría de la presión osmótica y la teoría de la disociación electrolítica, Nernst desarrolló la teoría osmótica de la aparición de corriente galvánica. Según esta teoría, cuando la concentración de iones metálicos (electrodo) es mayor que su concentración en solución, los iones se disuelven. Cuando la concentración de iones es mayor en la solución, estos se depositan en el electrodo y pierden su carga. Pero en ambos casos, las capas eléctricas dobles se encuentran en el camino de los iones. Su carga inhibe la precipitación de iones o la disolución de un metal dado. "En estas simples disposiciones", comentó Ostwald, "está contenida toda la teoría de la precipitación, y todos los fenómenos de disminución y aumento anormal de la solubilidad encuentran su explicación y pueden predecirse de antemano en cada caso individual". Wilhelm Friedrich Ostwald (1853–1932) nació en Riga en el seno de la familia de un artesano tonelero alemán. El niño estudió en un gimnasio real y luego ingresó a la Universidad de Dorpat. Después de completar su educación química, Ostwald se quedó allí como asistente de A. Ettingen (1875). En 1878, Ostwald defendió su tesis doctoral "Investigación volumétrica y optoquímica", en la que comenzó a aplicar sistemáticamente métodos físicos para resolver problemas químicos. En 1881 se convirtió en profesor en la Escuela Politécnica de Riga. Ostwald se dedicó a la medición de la afinidad química, realizó estudios calorimétricos y estudió la dinámica química. Los problemas de la teoría de las soluciones y la electroquímica pasaron a primer plano en el trabajo de Ostwald ya al comienzo de su actividad investigadora. En 1885-1887, Ostwald publicó un "Libro de texto de química general" de dos volúmenes, donde describía las principales disposiciones de la doctrina de los iones, que la mayoría de los químicos se negaban a reconocer, y enfatizó la importancia de la química física como una ciencia independiente. La aparición de este libro de texto y la fundación, junto con Arrhenius y Van't Hoff en 1887, del "Journal of Physical Chemistry" no sólo aseguró la independencia de la nueva disciplina científica, sino que también preparó el camino para la penetración de la física en todas las áreas de la química. Al investigar la conductividad eléctrica de los ácidos en varias diluciones, Arrhenius estableció ya entre 1884 y 1886 que la conductividad eléctrica de los ácidos aumenta con la dilución, acercándose asintóticamente a un cierto valor límite. Encontró que para soluciones de ácidos débiles (succínico, etc.) y bases, el aumento de la conductividad eléctrica molecular con la dilución es mucho más notable que para los ácidos fuertes, como el sulfúrico, etc. En 1888, propuso un método para determinar la basicidad de los ácidos por la conductividad eléctrica de sus soluciones y demostró que la velocidad de una reacción química en soluciones depende únicamente de la parte disociada del soluto (de la concentración de iones). En el mismo año, Ostwald derivó una relación para electrolitos débiles binarios, a la que llamó ley de dilución. En este caso particular de la ley de acción de masas, se formulan las relaciones entre la constante de disociación del electrolito, la conductividad eléctrica y la concentración de la solución. La nueva ley se convirtió en la base de la química de las soluciones acuosas. En una de sus obras, Ostwald dio una formulación matemática de la ley de dilución. "La ley de dilución de W. Ostwald", escribe Yu. es inaplicable. Fueron necesarios numerosos estudios de científicos de finales del siglo XIX y principios del XX para explicar la razón de la no subordinación de los electrolitos fuertes a la ley de dilución. La fecundidad de la teoría de la disociación electrolítica se manifestó especialmente claramente en el hecho de que se utilizó con éxito para explicar el mecanismo de muchas reacciones químicas y la naturaleza de varios compuestos, como complejos. En 1889, un científico, considerando los resultados de los análisis de aguas minerales, notó una discrepancia entre estos datos y la teoría de la disociación electrolítica. Dado que todas estas sales son electrolitos, Ostwald cree que se disocian en iones. Esta fue la razón por la que revisó el material de química analítica y creó el libro de texto "Fundamentos científicos de la química analítica" (1894), que desempeñó un papel importante en el desarrollo de la química analítica moderna. La teoría de la disociación electrolítica fue capaz de combinar tanto la teoría de las soluciones como la teoría electroquímica. Como sugirió Arrhenius, ambas corrientes se fusionaron en una sola. "Después de la fundación de la teoría mecánica del calor", escribió Ostwald en 1889, "no ha habido una sola serie de ideas en las ciencias físicas tan completas como la teoría de las soluciones de van't Hoff y Arrhenius". Las objeciones a la teoría se basaron principalmente en el hecho de que la propuesta por Arrhenius era adecuada solo para explicar las propiedades de los electrolitos débiles. Para superar esta deficiencia, Arrhenius llevó a cabo numerosos experimentos, buscando probar la aplicabilidad de la teoría a todos los electrolitos. Pero estos brillantes fundamentos de la teoría de la disociación electrolítica se desarrollaron aún más en los trabajos de la siguiente generación de científicos. La teoría de la disociación electrolítica fue posteriormente mejorada gracias al trabajo, en primer lugar, de N. Bjerrum, P. Debye y E. Hückel. Desarrollaron las ideas expresadas anteriormente por I. Van Laar de que el comportamiento inusual de los electrolitos fuertes puede explicarse por la acción de las fuerzas de Coulomb. Autor: Samin D.K.
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