химический каталог




Не только в воде

Автор Ю.Я.Фиалков

свою, тринадцатую, химик не обретает душевного комфорта, потому что старое и доброе алхимическое правило «simila similibus solventur» доныне остается едва ли не самым надежным физико-химическим обобщением по связи химической природы компонентов раствора с растворимостью.

Впрочем, несмотря на убедительную афористичность, алхимическое правило содержит лишь качественное предсказание растворимости. С теориями же, которые позволяли бы количественно предсказывать величину растворимости данного вещества в данном растворителе, дело обстоит плохо. Можно лишь говорить о некоторых более или менее общих закономерностях.

Растворимость и взаимодействие

Прежде всего, следует отметить четко проявляющуюся связь между химическим взаимодействием растворенного вещества с растворителем и растворимостью. Естественно, что растворимость тем выше, чем сильнее взаимодействие между компонентами раствора. Вот почему кислые растворители лучше растворяют вещества основной природы, а основные — вещества кислотного характера. Здесь нет противоречия с только что приведенным и, несомненно, верным правилом алхимиков. Ведь в данном случае мы говорим о таких процессах растворения, которые сопровождаются одновременным химическим изменением растворяемого вещества. Так вот, сильноосновный гидразин практически не растворяет едкий натр, но зато неплохо растворяет кислый сернокислый калий KHSO4, кислотная природа которого очевидна. Муравьиная же кислота отлично растворяет едкий натр, но кислые сульфаты, можно сказать, не растворяет вовсе.

Связь между сольватацией и растворимостью наиболее прямо усматривается в случае растворов электролитов. Поучительно было бы сопоставить растворимость солей щелочных металлов, у которых, как мы видели (см. раздел о кислотах и основаниях), при переходе от катиона Li+ к катиону Cs+ существенно ослабевают кислотные свойства. В соответствии с этим в растворителе, обладающем достаточно четко выраженными основными свойствами,— диметилформамиде (ДМФА) при переходе от LiCI к NaCI растворимость падает чуть ли не в 1000 раз; растворимость же еще более слабой «кислоты» (по отношению к основанию ДМФА) КО в свою очередь хуже, чем у NaCI. .

Если же учесть, что энергия кристаллической решетки (а растворение ионного кристалла — это прежде всего разрушение кристаллической ионной решетки) в ряду солей с общим анионом увеличивается от цезия к литию, то роль химических, кислотно-основных взаимодействий, определяющих растворимость солей-кислот» в растворителе-«основании», становится, очевидной.

В ряду солей с общим катионом LiF — LiCI — Lil — L1CIO4 сила оснований (анионов) падает от фторида к перхлорату, соответственно в этом ряду растет кислотность, а следовательно, в основных растворителях в том же направлении растет энергия сольватации. Вот почему растворимость LiCI в основном растворителе диметилсульфоксиде почти в 300 раз выше растворимости LiF; Lil же и LiC104 растворяются еще лучше.

Связь растворимости с химическим взаимодействием особенно четко проявляется в системах с комплексообразованием. Здесь можно напомнить широко известный факт резкого повышения растворимости молекулярного иода в воде в присутствии йодистого калия вследствие образования полииодида: Ь + KI = КЬ- Хлористый натрий, например, практически нерастворим в нитробензоле, но в присутствии хлористого алюминия растворимость его резко повышается вследствие образования комплексной соли NaAlCU, которая отлично растворяется в том растворителе.

Комплексообразование как метод, позволяющий повышать растворимость или, точнее, переводить в раствор различные соли, широко используют в химии неводных растворов. Особенно часто прибегают к этому приему, когда необходимо повысить концентрацию соли в растворе для проведения реакций синтеза или для электролиза (чем выше концентрация электролита, тем выше электропроводность и тем эффективнее идет электролиз).

Некоторые количественные закономерности

Было бы, конечно, неверным считать, что золотой век теории растворимости пришелся на период алхимии. Некоторые количественные зависимости растворимости от свойств растворителя вскрыты, и их достаточно широко используют.

Прежде всего существует несомненная зависимость растворимости от ДП растворителя, обусловленная рядом факторов.

В общем случае, чем больше дипольные моменты молекул растворителя, тем выше его ДП и тем больше энергия ион-диполь-ного взаимодействия молекул растворителя с ионами, образующими кристалл соли. Разрушение же кристалла — необходимое условие и первая стадия процесса растворимости. Итак, чем выше ДП растворителя, тем растворимость ионного кристалла должна быть больше.

Однако этим влияние диэлектрической проницаемости на растворимость не ограничивается. Уже отмечалось (см. с. ООО), что в неводных растворителях электролиты часто находятся в форме ионных пар. Собственный дипольный момент ионных пар, как правило, очень велик, соответственно, велика и энергия диполь-ди-польного взаимодействия между молекулами ионных пар, заставляющая их собираться в агрегаты, размеры и сложность которых увеличиваются с ростом этой энергии, т. е. с понижением ДП растворителя. Степень агрегации при этом нередко становится столь внушительной, что в растворе образуются микрокристаллы, которые, объединяясь в макрокристалл, выделяются в отдельную твердую фазу, выпадая из раствора . Вот почему повышение ДП и здесь увеличивает растворимость.

На рис. 7 изображена зависимость растворимости выраженной в мольных долях , от обратной величины ДП растворителя. Из рисунка видно, что в растворителях одинаковой химической природы — алифатических спиртах — зависимость логарифма мольной доли от обратной ДП прямолинейна. Растворители же иной химической природы — диметилформамид и ацетон — выпадают из этой закономерности, иллюстрируя тем самым влияние химических свойств растворителя на растворимость ионного кристалла.

Весь предыдущий материал о свойствах неводных растворов и о влиянии растворителя на протекание химических процессов позволяет обратиться к теме, сама постановка которой кажется неожиданной для этой книги. Но, во-первых, речь пойдет о проблеме, крайне важной для формирования материалистического мировозРис. 7. Зависимость растворимости хлористого лития от обратной диэлектрической ироиицаемости растворителя (25 °С).

зрения, во-вторых, проблема эта служит выразительной иллюстрацией того, насколько глубоко проникают нынче друг в друга еще недавно, казалось бы, никак не соприкасавшиеся области естествознания, и в-третьих, проблема эта просто интересна. Речь идет

О ХИМИЧЕСКИХ ФОРМАХ СУЩЕСТВОВАНИЯ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА ВО ВСЕЛЕННОЙ

Отступление о научной фантаскике и научной реальности

Еще несколько лет назад вопрос о возможных формах существования жизни во Вселенной проходил по ведомству научной фантастики. При этом у фантастов сложились две, можно сказать, взаимно исключающие тенденции. Одни, опираясь на исходное положение о тождественности путей развития материи во Вселенной, населяли далекие миры обитателями, ничем не отличающимися от жителей Земли. Отступления допускались лишь в степени, близкой к вариациям летней и осенней моды этого года. Зато другая группа фантастов населяла страницы своих произведений такими созданиями, что читатели, обладающие достаточно развитым воображением, старались не читать эти сочинения на ночь.

Интересно, что при этом фантазия авторов большей частью обращалась к формам жизни, построенным на различных неводных растворителях; жидком аммиаке (С. Лем), жидком фтористом водороде (И. Ефремов) и т. д. И уже это одно дает основания вспомнить об этой пышной ветви научной фантастики на страницах книги, посвященной неводным растворам.

Впрочем, сегодня вопрос о возможных формах, уточним, химических формах, существования живого вещества во Вселенной со страниц научной фантастики перешел на страницы научных журналов и монографий и, более того, стал одним из центральных в дискуссии о внеземных формах жизни. Во всяком случае, нынче ни одна из книг, посвященных происхождению жизни, не пройдет мимо обсуждения проблемы: является ли вода обязательным условием самопроизвольного синтеза живого вещества, либо возможно допустить существование форм жизни, построенных на иных, неводных растворителях?

Эта проблема, как очевидно, имеет множество аспектов, начиная от астрономических и кончая философскими. Мы же, понятно, затронем лишь один из них — химический. И менее того — лишь ту часть, какая касается физико-химических условий протекания реакций, предшествовавших самопроизвольному синтезу живого вещества.

Известно, что каждый живой (добавим — земной) организм с достаточно высокой степенью справедливости и строгости может рассматриваться как водный раствор. Именно отсюда проистекают различного калибра остроумия шутки, что если человек чем-либо и отличается от огурца, то лишь несколько меньшим содержанием воды. Но факт остается фактом: практически все химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность любого живого организма от амебы до слона — это процессы в водных растворах. Отсюда следует как логичное, так и бесспорное заключение о том, что и те химические реакции, предшествующие возникновению живого вещества, также протекали в воде.

Эта недлинная цепочка рассуждений сразу вызывает вопрос: следует ли считать наличие воды общим и категорически необходимым условием возникновения и развития живого вещества? Ведь химические процессы протекают и в неводных растворах. И в конце концов вода — лишь одна из внушительного числа жидкостей, которые могут заполнять моря и океаны далеких планет.

Таковы исходные предпосылки, от которых отталкиваются специалисты, обсуждающие проблемы внеземных форм жизни и допускающие (уже не на научно-фантастическом, а просто на научном уровне обсуждения проблемы) существование аммиачных, фторидных и т. д. форм жизни. Итак, предстоит выяснить, насколько существенны опасения, что от инопланетянина, которого, возможно, когда-нибудь повстречают земляне, будет нести густым запахом нашатырного спирта или, что было бы уже совсем неприятн

страница 15
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Скачать книгу "Не только в воде" (4.15Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
цена металлочерепицы псков
Стол компьютерный Мэрдэс СР-420/130
вешалка напольная со стулом
малогабаритные прихожие

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(03.12.2016)