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WICHTIGSTEN WISSENSCHAFTLICHEN ENTDECKUNGEN
Das Gesetz der aktiven Massen. Geschichte und Wesen der wissenschaftlichen Entdeckung
Verzeichnis / Die wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen Das Massenwirkungsgesetz ist in der wissenschaftlichen und pädagogischen Literatur als eines der Grundgesetze der Chemie enthalten. Die Tatsache, dass der Prozess der chemischen Wechselwirkung von der Anzahl der aktiven Massen abhängt, wurde durch Fakten sowohl aus dem Bereich der organischen als auch der anorganischen Chemie bestätigt. G. Rose (1851), R. Bunsen (1853), D. Gladstone (1855) lieferten Material zum Nachweis der Existenz umkehrbarer chemischer Umwandlungen und der Möglichkeit, die Richtung der Reaktion durch Wahl geeigneter Bedingungen für ihren Ablauf zu ändern. Der französische Chemiker Saint-Clair Deville (1818-1881) bewies 1857, dass die Zersetzung chemischer Verbindungen auch unterhalb der Temperatur ihrer vollständigen Zersetzung beginnen kann. Zum Zeitpunkt dieser Entdeckung war Henri Etienne Sainte-Clair Deville bereits Professor an der Higher Normal School in Paris. 1861 wurde er Mitglied der Pariser Akademie der Wissenschaften. Es war St. Clair Deville, der das erste industrielle Verfahren zur Herstellung von Aluminium entwickelte (1854). Der französische Wissenschaftler schlug auch eine neue Methode zum Schmelzen und Raffinieren von Platin vor. Er synthetisierte auch verschiedene Mineralien. Interessanterweise wurde Saint-Clair Deville 1869 zum korrespondierenden Mitglied der St. Petersburger Akademie der Wissenschaften gewählt. So zeigte St. Clair Deville in dem Artikel von 1857 "Über die Dissoziation oder spontane Zersetzung von Substanzen unter Wärmeeinfluss" (1857), dass sich Wasserdampf unter Temperatureinfluss am Schmelzpunkt in Sauerstoff und Wasserstoff zersetzt von Platin (1750 °C) und am Schmelzpunkt von Silber (950 °C). Später formuliert Saint-Clair Deville in Vorträgen über Dissoziation, die er 1864 vor der Französischen Chemischen Gesellschaft hielt, die endgültige Schlussfolgerung seiner Experimente: „Die Umwandlung von Wasserdampf in ein Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff ist eine vollständige Zustandsänderung, die einem bestimmten Zustand entspricht Temperatur, und diese Temperatur ist während des Übergangs von einem Zustand in einen anderen konstant, in welcher Richtung auch immer diese Änderungen stattfinden mögen. Dieses "Phänomen der spontanen Zersetzung von Wasser schlage ich vor, Dissoziation zu nennen." Es sei darauf hingewiesen, dass eine solche Definition nur Fälle abdeckt, "in denen die Zersetzung teilweise und bei einer Temperatur erfolgt, die niedriger ist als die Temperatur, die der vollständigen Zerstörung der Verbindung entspricht". Der französische Wissenschaftler zeigte, dass einige Verbindungen, selbst die stabilsten, bei hohen Temperaturen (1200–1500 °C) leicht dissoziieren. Das dabei eingestellte chemische Gleichgewicht kann durch Veränderung von Temperatur und Druck gesteuert werden. St. Clair Deville schlug auch ein Verfahren zum „Härten“ chemischer Reaktionen vor. „Es stellte sich heraus“, schreibt Yu, „Kalt-Heiß-Rohr“ war wie folgt: Durch ein auf hohe Temperatur erhitztes Porzellanrohr wurde das Testgas langsam geleitet. In der Mitte des Porzellanrohrs führte ein dünnes Silberrohr hindurch aus dem kaltes Wasser floss, beim Durchgang durch ein heißes Porzellanrohr in entgegengesetzter Richtung lagerte sich Kohlenmonoxid auf Silberkohle im Rohr ab, und durch Hindurchleiten von Chlorwasserstoff wurde Silberchlorid gewonnen.V. Saint Clair Deville verband das chemische Gleichgewicht mit zwei voneinander abhängigen Prozessen: Kombination und Zersetzung. Seine Arbeiten zur thermischen Dissoziation waren von überragender Bedeutung für die Weiterentwicklung der Theorie des chemischen Gleichgewichts. „... Die Studien von Henri Saint-Clair Deville, die sich dem Phänomen der Dissoziation widmen“, schrieb J. Dumas, „sind die größte Errungenschaft nicht nur der Chemie, sondern auch der Physik. Dank der Entdeckung dieses Kapitalphänomens ( thermische Dissoziation. - Ca. Aut.), entdeckte er einen neuen Weg in der Wissenschaft – den Weg der Konvergenz chemischer Phänomene mit rein physikalischen. St. Clair Devilles Arbeiten zur Dissoziation wurden von seinem Nachfolger, dem russischen Physikochemiker N. N. Beketov, hoch geschätzt. Sie stellen nicht nur eine „historische Epoche in der Entwicklung der Chemie“ dar, sondern auch „eine Wendung in Richtung des Studiums der Chemie Studium der Zusammensetzung und Struktur von Verbindungen), d.h. die Chemie ging Seite an Seite mit dem Studium der dynamischen Chemie. Nikolai Nikolaevich Beketov (1827–1911) graduierte 1848 an der Kasaner Universität. Von 1859 bis 1887 war er Professor für Chemie an der Universität Charkow. 1886 wurde Nikolai Nikolaevich Akademiker der St. Petersburger Akademie der Wissenschaften. Die Hauptwerke des Wissenschaftlers sind der Erforschung der Natur der chemischen Affinität, des chemischen Gleichgewichts und der Thermochemie gewidmet. 1864 organisierte Beketov eine physikalische und chemische Abteilung an der Fakultät für Physik und Mathematik der Universität Charkow, wo er selbst systematisch Vorlesungen über physikalische Chemie hielt. In den Jahren 1859-1865 untersuchte Beketov die Abhängigkeit der Phänomene der Verschiebung einiger Elemente durch andere von äußeren physikalischen Bedingungen (Temperatur, Druck usw.). Am Beispiel einer der Reaktionen – der Verdrängung von Metallen aus Lösungen ihrer Salze durch Wasserstoff – zeigte er, dass „diese Wirkung von Wasserstoff vom Druck des Gases und der Stärke der Metalllösung abhängt, oder anders gesagt: auf die chemische Masse des geborgenen Körpers.“ Er fand heraus, dass „die chemische Wirkung von Gasen vom Druck abhängt und je nach Größe des Drucks sogar in die entgegengesetzte Richtung erfolgen kann.“ Der Wissenschaftler verdeutlicht den Sachverhalt damit, dass die Wirkung eines Gases proportional zum Druck oder zur Masse sei. Zweifellos waren die Forschungsdaten des russischen Wissenschaftlers von großer Bedeutung für die Entwicklung der Theorie des chemischen Gleichgewichts und für die Vorbereitung der Entdeckung des Massenwirkungsgesetzes. 1862 erschien die Arbeit von M. Berthelot und L. Pean de Saint-Gilles, die eine große Menge an Tatsachenmaterial über die Abhängigkeit der Grenze von Veresterungs- und Verseifungsreaktionen von den Mengen interagierender Substanzen zusammenfasste - "Studies on Affinity. On die Bildung und Zersetzung von Ethern." Den nächsten Schritt unternimmt Henri Debret (1827-1888), ein französischer Chemiker, der von 1855-1868 als Assistent von Sainte-Clair Deville an der Higher Normal School arbeitete. In den Jahren 1867-1868 verallgemeinert ein Lehrer an der École Polytechnique in Paris, dass der Druck eines gasförmigen Bestandteils oder von Bestandteilen, die beim Dissoziationsprozess erhalten werden, bei jeder gegebenen Temperatur konstant ist und nicht von der Menge der ursprünglichen Substanz abhängt, die er durchlaufen hat Zersetzung. Debreux zeigte, dass in vielen Fällen, in denen ein Feststoff dissoziiert, der Dissoziationsdruck nicht von der Menge der vorhandenen Substanzen, sondern nur von der Temperatur abhängt. Anfänglich wurde versucht, die Affinitätskoeffizienten für jedes Verhältnis der aufgenommenen Massen separat zu ermitteln. Später kommt jedoch die Idee auf, einen allgemeinen Weg zu finden, um die Gleichgewichtsbedingungen für beliebige Mengen an Reaktanten zu berechnen. Kato Maximilian Guldberg (1836–1902), norwegischer physikalischer Chemiker, Professor für Technologie an der Universität Christiania (heute Oslo), und Peter Waage (1833–1900), norwegischer Chemiker, Professor für Chemie an der Universität Christiania, stellten das Gleichgewicht vor 1862–1867 reversible Austauschreaktion als Gleichheit zweier gegenläufig wirkender Affinitätskräfte. Die Autoren formulierten das Massenwirkungsgesetz mathematisch und stützten sich dabei auf die experimentellen Daten von M. Berthelot und Pean de Saint-Gilles sowie auf eigene Ergebnisse, wobei sie ihre Theorie auf der allgemeinen Gleichgewichtsbedingung aufbauen. Sie hielten an der in den sechziger Jahren angenommenen mechanischen Interpretation des Wesens der Verwandtschaftskräfte fest. Guldberg und Waage schrieben: „Wir glauben, dass es zur Bestimmung der Größe chemischer Kräfte notwendig ist, chemische Prozesse immer unter solchen Bedingungen zu untersuchen, dass sich ihre beiden entgegengesetzten Richtungen gleichzeitig manifestieren ... Wenn wir annehmen, dass zwei entgegengesetzte Kräfte wirken.“ Wenn in einem bestimmten chemischen Prozess die Kräfte zum einen dazu neigen, neue Substanzen zu bilden, und zum anderen die ursprünglichen Verbindungen aus neuen wiederherzustellen, wird deutlich, dass sich das System im Gleichgewicht befindet, wenn diese Kräfte im chemischen Prozess gleich werden. 1867 zeigten Guldberg und Waage in ihrer Monographie „Investigations into the Forces of Chemical Affinity“, dass chemische Reaktionen sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung ablaufen. „Die Kraft, die die Bildung von A und B verursacht, wächst proportional zum Affinitätskoeffizienten für die Reaktion A + B = A‘ + B‘, hängt aber außerdem von den Massen von A und B ab. Das haben wir aus unseren Experimenten gefolgert die Kraft ist proportional zum Produkt der wirkenden Massen zweier Körper A und B ... Die "Kräfte" der direkten und der umgekehrten Reaktion sind ausgeglichen ..." Dies ist das Gesetz der wirkenden Massen. Guldberg und Waage schließen ihre Arbeit wie folgt: „Obwohl wir das Problem der chemischen Affinität nicht gelöst haben, hoffen wir, dass wir eine allgemeine Theorie chemischer Reaktionen zum Ausdruck gebracht haben, nämlich die Betrachtung jener Reaktionen, bei denen ein Gleichgewichtszustand zwischen entgegengesetzten Kräften eintritt Ort ... Der Zweck unserer Arbeit war es, erstens zu zeigen, dass unsere Theorie chemische Phänomene im Allgemeinen erklärt, und zweitens, dass die auf dieser Theorie basierenden Formeln ganz gut mit quantitativen Experimenten übereinstimmen ... Alle unsere Wünsche würden erfüllt wenn wir durch diese Arbeit Zeit hätten, die ernsthafte Aufmerksamkeit der Chemiker auf einen Zweig der Chemie zu lenken, der zweifellos seit Beginn dieses Jahrhunderts zu sehr vernachlässigt wurde." 1879 erschien ein neuer Artikel von Guldberg und Waage - "Über chemische Affinität". Anstelle von Vorstellungen über die Wirkung statischer „Kräfte“ geben Wissenschaftler hier eine molekularkinetische Erklärung chemischer Reaktionen und Gleichgewichte. Die Autoren erklären den Prozess des Gleichgewichts gegensätzlicher Reaktionen und glauben, dass "eine einfache Annahme über die Anziehungskräfte zwischen Substanzen oder ihren Bestandteilen nicht ausreicht ... Es ist notwendig, die Bewegung von Atomen und Molekülen zu berücksichtigen ... Der Gleichgewichtszustand, der bei solchen chemischen Prozessen auftritt, ist der Zustand mobiles Gleichgewicht, da zwei entgegengesetzte chemische Reaktionen gleichzeitig ablaufen: Es läuft nicht nur die Bildung von A' und B' ab, sondern auch die umgekehrte Bildung von A und B. Wenn gleiche Mengen von jedem dieser Paare pro Zeiteinheit gebildet werden, liegt ein Gleichgewicht vor. Basierend auf ihrer Interpretation des chemischen Gleichgewichts geben Guldberg und Waage erstmals eine kinetische Ableitung des Massenwirkungsgesetzes. Sie schließen daraus, dass die Reaktionsgeschwindigkeit durch die Kollisionswahrscheinlichkeit wechselwirkender Teilchen bestimmt wird. 1880 erschien eine große Anzahl von Werken zur Unterstützung des Massenaktionsgesetzes. Anschließend konnte die Unanwendbarkeit dieses Gesetzes auf nichtideale Systeme festgestellt werden. Die „Modernisierung“ der Konzentrationsformel ermöglichte die erfolgreiche Anwendung des Massenwirkungsgesetzes zur Untersuchung des Gleichgewichts chemischer Reaktionen. Heute dient das Gesetz als Grundgleichung der chemischen Kinetik zur Berechnung technologischer Prozesse. Autor: Samin D. K.
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