Е.В. Савинкина, Г.П. Логинова, С.С. Плоткин - История химии. Элективный курс (1118120), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Так, было установлено, чтонекоторые соли в водном растворе ведут себя подобно кислотами основаниям. Появилось несколько новых теорий. А. Вернер в1907 г. предложил свою теорию кислот и оснований, в которойучитывалось участие воды в кислотно-основном взаимодействии. В 1923 г. были предложены еще две теории кислот иоснований: протонная теория и электронная теория.
^6.4. Учение о растворах153Согласно протонной теории, разработанной английским химиком Томасом Мартином Лоури (1874-1936) и датским физикохимиком Йоханнесом Николаусом Брёнстедом (1879-1947),кислоты являются донорами протонов, а основания — акцепторами протонов.Такое определение кислот и оснований шире, чем определение Аррениуса, данное им с точки зрения электролитическойдиссоциации, так как его можно применить к реакциям влюбом протонном растворителе. Если в теории электролитической диссоциации реакцию нейтрализации между кислотойи основанием можно было рассматривать протекающей тольков воде, то, согласно протонной теории, такая реакция можетпроисходить и в неводной среде, например в жидком аммиаке.
Кислотно-основные реакции протекают между кислотой иоснованием и идут в направлении образования более слабыхкислоты и основания. Таким образом, в основе этой теориилежит признание конкуренции за связывание протона междудвумя кислотами и основаниями. Поэтому одно и то же соединение может в одних условиях выступать в роли кислоты, а вдругих — в роли основания.Электронная теория кислот и оснований была созданаамериканским физикохимиком Гилбертом Ньютоном Льюисом(1875—1946). Эта теория учитывает возможность образованиядонорно-акцепторной ковалентной связи при взаимодействиикислот и оснований.
Льюис считал, что основание являетсядонором свободной пары электронов. К кислотам он относилсоединения, которые могут присоединяться к такой свободнойпаре. При этом любое основание может вступать во взаимодействие с любой кислотой. Одно и то же соединение взависимости от партнера может выступать как основание иликак кислота.Понятия кислот и оснований в теориях Льюиса и Брёнстеда—Лоури в целом совпадают, однако электронная теория охватывает и те вещества, в реакциях которых не участвуют ионыводорода.
Протонная теория Брёнстеда—Лоури и электроннаятеория Льюиса на сегодняшний день используются наиболеешироко.Вопросы1. Рассмотрите взаимодействие между конкретными кислотой и основанием в рамках теорий Аррениуса, Брёнстеда—Лоури и Льюиса.2. Насколько перспективно создание единой теории кислот иоснований?154Часть 6. Развитие физической химии6.4. Учение о растворах1556.4.3. Коллоидная химияКаковы особенности коллоидных систем?Коллоидные растворы были известны еще в средние века.Восстанавливая золото из соединений, растворенных в воде,алхимики готовили коллоидные растворы этого металла (Парацельс называл их «золотым напитком»), В зависимости отсодержания золота такие растворы имеют окраску от зеленойдо рубиново-красной.
М.В. Ломоносов описал метод полученияколлоидного раствора металлического золота в воде. Он такжеразличал кристаллизацию и свертывание — «перевод жидкости тонкой в густую или густой жидкости в мягкое тело,произведенный без заметного выпаривания».Начиная с середины XIX в. стали появляться систематические исследования различных коллоидных систем.
В отличиеот истинных растворов, в таких системах имеются границыраздела фаз между частицами вещества и окружающей ихсредой. Основная заслуга в становлении коллоидной химиипринадлежит английскому химику Томасу Грэму (1805-1869),который изучал проникновение различных жидкостей черезполупроницаемую мембрану из пергаментной бумаги. В 1861 г.он предложил назвать вещества, не проходящие через мембрану, «коллоидами» (клееподобными телами). Грэм также применил термины «золь» — для коллоидных растворов и «гель» —для студнеобразных коллоидных систем. Он разработал методочистки золей.До конца XIX в. происходило накопление фактического материала и установление качественных закономерностей, которым подчиняются коллоидные системы.
В XX в. появилисьпервые теоретические обобщения. Основываясь на способностиколлоидных частиц двигаться в электрическом поле, химикипредположили, что они ведут себя подобно ионам. Однако, вотличие от ионов, коллоидные частицы можно было наблюдатьв ультрамикроскоп, сконструированный в 1903 г. австрийским ,физикохимиком Рихардом Адольфом Зигмонди (1865—1929).С помощью ультрамикроскопа и других методов он исследовалсвойства коллоидных растворов и их коагуляцию. За фундаментальные исследования в области коллоидных систем он былудостоен в 1925 г.
Нобелевской премии.Работы Зигмонди и проведенные французским физикохимиком Жаном Батистом Перреном (1870-1942) в 1908-1913 гг.Лэнгмюр Ирвинг (1881-1957) — американскийфизик и физикохимик. Основные исследованияпосвящены изучению химических реакций привысоких температурах и низких давлениях,термических эффектов в газах, химическихвзаимодействий в твердых телах, жидкостях иповерхностных пленках. В 1932 г.
был удостоенНобелевской премии по химии за открытия иисследования в области химии поверхностныхявлений.экспериментальные исследования коллоидных систем и броуновского движения подтвердили реальность существованиямолекул и правильность молекулярно-кинетической теории.Исходя из полученных результатов, Перрен определил значение числа Авогадро, которое хорошо согласовывалось созначениями, полученными другими методами.
В 1926 г. он сталлауреатом Нобелевской премии по физике.Броуновское движение коллоидных частиц изучал такжешведский физикохимик Теодор Сведберг (1884-1971). Для исследования коллоидных систем он решил использовать центрифугу. В 1923 г. Сведберг построил первую ультрацентрифугу,с помощью которой стало возможным выделение коллоидныхчастиц из раствора и определение молярных масс соединений,образующих коллоидные системы. Таким способом он определил молярные массы гемоглобулина и различных белков.За работы в области дисперсных систем он был удостоенНобелевской премии по химии в 1926 г.Одним из тех, кто разрабатывал теоретические вопросыустойчивости коллоидных систем, был американский исследователь И. Лэнгмюр.
Исследуя поверхностное натяжение жидкостей, он в 1916 г, установил, что его изменение при добавлениив воду посторонних веществ связано с изменением структурыповерхностного слоя на границе вода—воздух. Лэнгмюр изучил свойства мономолекулярных слоев поверхностноактивныхвеществ, стабилизирующих коллоидные системы, и пришелк выводу, что поверхностная активность молекул карбоновыхкислот связана с тем, что их карбоксильная группа обращена вводу, а углеводородный «хвост» — в противоположную сторону1566.5. Строение веществаЧасть 6. Развитие физической химии(в воздух). За исследования в области химии поверхностныхявлений Лэнтмюру присудили Нобелевскую премию в 1932 г.Присуждение в течение короткого периода времени (19251932 гг.) трех Нобелевских премий за исследования в областиколлоидной х и м и и явилось признанием большого значенияэтой науки.
Коллоидная химия продолжает успешно развиваться и в настоящее время, что обусловлено большим разнообразием ее объектов — от сырой нефти и строительных материаловдо пищевых продуктов и косметических средств.157Склодовская-Кюри Мария (1867-1934) — физик ихимик, одна из основоположников учения о радиоактивности. Единственная женщина, дваждыставшая лауреатом Нобелевской премии. Премияпо физике присуждена в 1903 г.; в 1911г. — премия по химии за открытие и изучение радия иполония.Вопросы1. Почему исследования коллоидных систем выделились в отдельную науку?2. Почему химию высокомолекулярных соединений считаютпограничной между органической и коллоидной химией?6.5. Строение веществаКакое представления о строении веществак концу ШХв,?сложилисьДолгие годы химики разрабатывали представления о том,что сложные вещества состоят из элементов, а мельчайшаянеделимая часть элемента — это атом.
Но когда, наконец, атомистическая теория восторжествовала, стали открывать такиесвойства вещества, которые, казалось, противоречили основньш понятиям химии. Оказалось, что атом является болеесложной частицей, чем считали в течение тысячелетий.6.5.1. Открытие радиоактивностиКакими способами человек может обнаружить радиоактивное излучение?Большинство химиков XIX в., в том числе Д. И. Менделеев,полагали, что химические элементы не изменяются во времени.
Они лишь переходят из одной формы существования вдругую, входят в состав то одних, то других веществ. Однаконекоторые ученые сомневались в такой постановке вопроса. |А.М.Бутлеров считал, что «предположение о сложности наших нынешних элементов далеко не невероятно, и алхимики, )стремясь превращать одни металлы в другие, быть может,преследовали цели не столь химерные, как это часто думают».И это предположение подтвердилось на рубеже XIX и XXвеков. В 1896 г.
французский физик Антуан Анри Беккерель(1852-1908) обнаружил, что уран и его соли испускают лучи, способные проникать через черную бумагу и затемнятьфотографическую эмульсию. Узнав об открытии Беккереля,выдающаяся исследовательница М. Склодовская-Кюри вместесо своим мужем П.
Кюри приступила к изучению минералов иРУД> содержащих уран, и выяснению природы невидимых лучей, воздействующих на фотографическую пластинку. В 1898 г.было обнаружено, что подобные лучи испускают соли тория.Это явление Склодовская-Кюри предложила назвать радиоактивностью. За открытие самопроизвольной радиоактивности в1 9 0 3 г. супруги Кюри и Беккерель были удостоены Нобелевской премии по физике.М, Склодовская-Кюри и П. Кюри сумели понять природурадиоактивности.
Они пришли к выводу, что радиоактивностьурана и тория — это свойство их атомов, а значит, радиоактивное излучение имеет материальный характер.Заметив, что смоляная обманка (урановая руда) из рудникав Чехии обладает большей радиоактивностью, чем сам уран,Склодовская-Кюри пришла к выводу: в этом минерале присутствует какой-то пока неизвестный элемент с высокой радиоактивностью.
В 1898 г. супругам Кюри удалось обнаружитьдаже не один, а два элемента, которые они назвали радием иполонием. Лишь в 1902 г., вручную переработав одиннадцатьтонн руды, проведя несколько тысяч циклов кристаллизации,супруги Кюри смогли выделить несколько миллиграммов ра-158Часть 6. Развитие физической химииСодди Фредерик (1877-1956) — английский радиохимик. Основные работы посвящены исследованию радиоактивности. В 1902 г.
совместнос Э. Резерфордом разработал основы теориирадиоактивного распада, а в 1903 г. сформулировал закон радиоактивных превращений.В 1913 г. ввел понятие об изотопах.дня. Радиоактивное излучение этого металла оказалось в тримиллиона раз сильнее, чем урана.Вскоре было обнаружено еще несколько радиоактивныхэлементов, что привело к возникновению новой науки — радиохимии.
Теория радиоактивного распада была разработанав 1902 г. Э. Резерфордом совместно с Ф. Содди. В 1908 г. заисследования в области распада элементов и химии радиоактивных веществ Резерфорд был удостоен Нобелевской премиипо химии.Вопросы1. Почему радиоактивность соединений урана и тория была открыта лишь в самом конце XIX в., хотя сами эти элементыбыли известны химикам задолго до этого?2. Почему открытие радиоактивности привело к выводу о делимости атома?6.5.2. Развитие представлений о строении атомаКакими методами можно обнаружить составные частиатома?Физики, изучавшие электричество, первыми начали полдозревать о существовании частиц более мелких, чем атом.В 1881 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
