О.Н. Зефирова - Краткий курс истории и методологии химии (1118122), страница 11
Текст из файла (страница 11)
СТЕКИВМЕТРИЯ Широкое использование количественных методов в химии второй половины ХЧИ1 в, привело к появлению работ, направленных на изучение измеримых свойств веществ. В зто время были проведены важные исследования по определению количественных соотношений веществ, вступающих в химические реакции. В середине 1770-х гг. шведский ученый Т.У. Бергман и английский химик Р. Кирван. основываясь на известном еще в средние века факте, что для нейтрализации определенного количества основания необходимо строго определенное количество кислоты, установили веса разных кислот, требующиеся для нейтрализации одинакового количества основания. Работы по определению соединительных весов кислот и оснований в нейтральных солях проводил также немецкий химик К.Ф.
Венцель. Он высказал предположение о том, что зти вещества соединяются в постоянных соотношениях„не зависящих от внешних условий. К подобному заключению пришел и немецкий ученый И.В. Рихтер, подтвердивший на многих примерах, что количество основания в средней соли находится в постоянном отношении к кислоте, (Отметим, что в ХУИ1 в. соли считались продуктом присоединения безводных окислов— кислот и металлических известей. Например, сульфат кальция с использованием современной символики представлялся бы как СаО'$03). В 1793 г. Рихтер провел важное исследование Стехиоыетри- весовых отношений между кислотами и нейтрализующимн их основаниями, позволившее ему ввести в химию понятие с«зсхиомеш3тии.
Рихтер показал, что количества кислот, насыщающих олно и то же количество одного основания, находятся в таком же соотношении, как и количества тех же кислот, насыщающих олинаковое количество другого основания!. Иначе говоря, в реакциях нейтрализации соблюдалось «равмю экнивале«г««ык весов. Рихтер составил таблицы весов различных оснований, нужных лля нейтрализации 1ООО частей лапкой кислоты, н весов различных кислот. нужных для нейтрализации !ООО частей данного основания. Эти таблицы были систематизированы и в 1802 г, опубликованы ' Напримср. одно и то жс количество сорной кислоты. допустим.
цВО частой. момст нсйтрализовать либо 700 частей извести. либо ! ! йо частей слкого поташа. '3ти жс ко!!ичсстан извести и поташа могут быть нсйтралнзоваиы одинаковым ам колнчсством азотной кислоты, равным !350 частям. Таким образом. в рсакниял псйтрализапии !000 частой серной кислоты жвившиипны !350 частям азопшй кислоты (а 7(Х! частой извссги. соотвстсгвснно.
зквнвалсптны ! ! 80 чашам слкого поташа!. а б.2. Теория Даеьтона Г.Э. Фишером, (Ниже приведен фрагмент такой таблицы. В скобках даны современные значениа, полученные с использованием величин малярных масс компонентов реакции, например, для образования СаО'8Оз. 56х ПЮОЗ~700). Данные таблицы давали возможность рассчитать состав солей, которые еще не были разложены, эти расчепа Рихтер и назвал стехиометрией (измерением стихий), Значения эквивалентных весов Рихтера существенно отличаются от современных атомных (и молекулярных) весов, но они (если не принимать во внимание неточности, связанные с несовершенством аналитических методов) могуг быть приведены к ним умножением на общий коэффициент. Именно поэтому некоторые исследователи полагают, что развитие таких работ, в принципе могло бы привести к представлению об атомном весе. Однако работы Рихтера по сгехиометрин обратили на себя мало внимания современников.
а понятие об атомных весах исторически вошло в химию из попыток объяснения газовых законов. Стехиометрические же правила в то время были чисто эмпирическими обобщениями, теоретическое содержание которых оставалось неизвестным. Стехиометрические закономерности получили обьяснение в начале Х!Х в.„когда была найдена связь между внутренним иустройствомн веществ и их количествамн в химических реакциях. Гипотеза о сушно" Рне, 18. Дж. Дальтон сги этой связи, ставшая основой химической атомистикн н во многом определившая формирование научного химического мышления, принадлежала английскому физику и химику Дж. Дальтону. 6.2.
ТЕОРИЯ Даяътема В начале Г800-х гг. Дальтон попытался ре- Проблема днффу- шить обсуждаемую в то время проблему одзни в смеси газов нородности атмосферного воздуха. Причину того, что газы различного удельного веса в смеси не расслаиваются (как это происходит у несмешивающихся жидкостей), а диффундируют друг в друга, некоторые химики видели в химическом сродстве газов, благодаря которому олин газ как бы растворяет 43 ГЛАВА 6. )г'имггческал агломисглика Длльтона другой.
Дальтон придерживался иной, высказанной еще И. Ньютоном механической гипотезы ггустройствав газов, согласно которой их атомы соединены друг с другом посредством силы притяжения, но между ними действует и сила отталкивания. Эту последнюю Дальтон, согласно приня- ф ф ф той тогда в физике теории теплорода приписал дейф ф ф ф ствню тепла. Кюклый атом газа представлялся окф ф ф руженным теплородной оболочкой (не дающей аюмам прийти в непосредственное соприкосновеф ф ф ф ние друг с другом), а плотность оболочки считалась ф ф ф убывающей с увеличением расстояния от центра ф ф ф ф атома(схематично показано парис. г'9). ффф Выдвигая различные гипотезы, Дальтон попы- ф ф ф тался согласовать атомистическое учение Ньютона ф ф ф ф о строении воздуха с явлением диффузии газов'.
Успешное объяснение факту образования однородгазообразноговсщсствв ной смеси давала гипотеза об отталкивании только нодальтоиу однородных атомов, но не атомов разнородных ве- ществ. В этом случае каждый газ смеси должен вести себя независимо от присутствия других газов н распространяться на весь объем системы. Так Дальтон пришел к известному такому о ларяггальных давленилк, сущность которого заключается в том, что каждый газ в смеси оказывает такое давление на стенки сосуда, как еслм бы он один занимал все пространство . Однако, гипотеза об отталкивании только од- 2 породных атомов требовала принятия существования стольких типов сил отталкивания, сколько существует газов, а также признания того факта, что теплота такой силой не является (раз атомы разнородных веществ не отталкивается).
Это последнее предположение оказывалось противоречащим общим представлениям Дальтона о сзроенни газов. Дальтон попытанся модифицировать зту гипотезу и показать, что отталкивающая сила у всех атомов одна и та же — это теплород, но проявляется она так, что одинаковые частицы отталкиваются друг от друга, а различные — не взаимодействуют вовсе. В начале !800-х гг. он выдвинул идею о том. что частицы разных газов (вместе с окружаюшимл их теплороднымн оболочками) имеют различную величину (фактически это означало, что у атомов разных газов теплородные оболочки различньг по размерам и плотности). Экспериментальным подтверждением этого предположения Дальтон счел образование двух объемов окиси азота из одного обьема азота и одного объема кислорода.
Поскольку два объема окиси азота не могут содержать больше атомов, чем один обьем азота или кислорода (оба газа считались Во времена Ньютона ьзне не было измстно о сложном составе атмосферною воздуха. Именно этот закон лежит в основе процесса диффузии газов, 44 6.2. Теория Даяылола одноатомньзми), атомы окиси азота должны иметь большую величину (схематично зто показано парис. 20 с использованием символики Дальтона).
Кисл прог) Азою Окись азота Рнс. Ж Образование оююн язшь (селнтренного газа) по Дзльтону Представление о различиях в величине частиц газов легко объясняло диффузию одного газа в другой нарушением рав- Азош навесил между частицами разных размеров. Действительно, такие частицы должны были бы оказывать друг на друга давление, обусловленное отталкивающей силой теплородных оболочек. Интересно, что Дальтон проиллкзстрироввл зто при помол(и наложения рисунков атомов одного газа друг на друга.
Он показал, что при полном совпадении атомов равной величины каждый луч тсплородной атмосферы налагается на соответствующий луч другого атома. Следовательно, если зти атомы Располагаютса РЯДом, то лУчи их теп- Рис т) И ц породных оболочек как бы наталкиваются друг на сбьясняюцмя ю$фвузню друга н поддерживают общее равновесие мелгду в йо)( У атомами.
Если же в системе есть атомы различных размеров, то их лучи не иалагаются, и, следовательно, не наталкившотся друг на друга. что и вызывает движение частиц и взаимопроникновение газов в смеси (рис, 21). Чтобы доказать, что механизм диффузии именно Поннтме таков, Дальтон попытался рассчитать математически относительные размеры теплородных оболочек у атоммого песа атомов разных газов. Но для вычисления этих размеров, помимо известных величин плотностей газов, ему потребовалось знание их ашнасшиельных атомных весов . Таким образом, предположение 1 Дальтоиа о различив в величинах теплородных оболочек частиц привело ' Очсвнлно„что отношение объемов частиц (ятомов) двух газов (тртз) равно отношению общих объемов»тнх гвзов, деленных нв число атомов (Чцп~ .' 'тзlпз).
Число же чвсгнц каждого газа можно получить, ръздслнв общий вес звннмвюшего данный объем газа ня вес одного атома (п~=ырш~. и„-Мзlшък Отсюда получается, что отношение объемов атомов юзов тяково: тйтз =рйр~ х шд шь где р — плотность газа. В»арой множитель в»том урявнсн ни фяктнчсскн прелстввляет собой амносгаветьнмй ашоиимй яес. 45 ГЛАВА 6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
