химический каталог




Не только в воде

Автор Ю.Я.Фиалков

одородных, т. е. таких, где водород может проявлять побочную валентность, как например, в ассоциатах:

• • *ОСН2—СН2ОН.. -О—СН2—СН2ОН- ?. или

н н

СНз-Cf ) С-СНз

\он—о/

Нередко причиной образования ассоциатов является также электростатическое взаимодействие дипольных (т. е. обладающих дипольным моментом) молекул:

Таким образом, в растворах может существовать равновесие между одиночными (мономерными) молекулами и их ассоциатами: 2А ч=ь А2, или ЗА ч=ь А3, или А2 + А++ Аз, или

хА 5=t Ах/2 5=* ...Ах.

Молекулярная форма растворенного соединения определяет многое, и прежде всего свойства самого раствора и химическую активность растворенного вещества. Поэтому химик всегда заинтересован в том, чтобы знать, протекают ли в растворе молекулярные ассоциативно-диссоциативные процессы, и если протекают, то в какой степени.

Рассматриваемую форму взаимодействий в растворах часто называют гомомолекулярной ассоциацией, т. е. соединением одинаковых молекул. Процесс гомомолекулярной ассоциации относят к числу основных причин, обусловливающих неидеальность раствора, т. е. отступление от законов, которыми описываются «идеальные» растворы, образованные не взаимодействующими друг с другом и к тому же неассоциированными компонентами. Не приходится говорить, что «идеальный раствор» — всего лишь модель, которая позволяет рассматривать свойства раствора в первом приближении.

Продукты присоединения

Коль скоро в растворах взаимодействуют однородные молекулы, то тем больше причин взаимодействовать молекулам разнородным. Это взаимодействие может протекать как между растворенным веществом А и растворителем S:

A + pS = ASp,

так и между двумя растворенными в этом растворителе веществами А и В:

А + В^ АВ.

Соединение разнородных молекул в растворах называют ге-теромолекуляриой ассоциацией. И разговор о гетеромолекуляр-иых ассоциатах, продуктах присоединения, позволяет рассмотреть явление сольватации, пожалуй, самое важное из всех, которыми сопровождается образование раствора.

Теория Менделеева, согласно которой компоненты раствора всегда образуют химические соединения определенного состава (стехиометрические соединения), внедрялась в мировоззрение химиков далеко не просто и далеко не триумфально. На сотни примеров бесспорного взаимодействия растворенного вещества с растворителем (вспомним столь любимый в школе и вузах демонстрационный эксперимент: почти белый обезвоженный сульфат меди с водой образует раствор цвета безоблачного мартовского неба) оппоненты приводили десятки столь же бесспорных примеров растворов, компоненты которых во взаимодействие вступать никак не могут. Действительно, трудно представить себе, чтобы, например, гексан и циклогексан в совместном растворе образовывали гетеромолекулярный ассоциат.

Представить это, безусловно, трудно, ие совершив диверсии против основ органической химии. Но с другой стороны, химическая термодинамика, которая утверждает, что при образовании гомогенной смеси гексана и циклогексана энергия каждого из них изменяется по сравнению с энергией этих веществ в индивидуальном состоянии, тоже бесспорно права. Так, что же означает изменение энергии компонентов раствора и с чем оно связано?

В подавляющем большинстве случаев энергия любой химической связи состоит из двух составляющих — ковалентной и электростатической . Запомнив это, обратимся к такому важному свойству жидкости, каким является диэлектрическая проницаемость (ДП) — коэффициент, который показывает, во сколько раз энергия электростатического взаимодействия в даииой жидкой среде ослабляется по сравнению с вакуумом. Таким образом, если мы говорим, что какая-то жидкость характеризуется диэлектрической проницаемостью, равной 20,2, это означает, что два каких-то заряженных иона, либо две дипольных молекулы, либо дипольная молекула и ион взаимодействуют друг с другом в этой жидкости с энергией в 20,2 раза меньшей, чем эти объекты взаимодействовали бы друг с другом в вакууме.

Диэлектрическая проницаемость различных жидкостей может изменяться в весьма широких пределах. Так, ДП к-гексана равна 1,88, а ДП амида пропионовой кислоты C2H5CONHCH3 превышает 170. Именно поэтому энергия электростатических взаимодействий, во-первых, изменяется при растворении вещества в любом растворителе, во-вторых, различна в различных растворителях. Этим и объясняется изменение энергии веществ при растворении.

на проблемах природы химической связи. Этим вопросам в серии «Вопросы современной химии» посвящена книга К. В. Овчинникова и С. А. Щукарева «Электрон в атоме».

Если вослед одному из наиболее видных представителей учения о растворах Г. А. Крестову под сольватацией понимать всю совокупность изменений, происходящих как с молекулами растворяемого вещества, так и с молекулами растворителя при образовании раствора, то следует признать, что процесс сольватации всегда сопровождает образование любого раствора. Чтобы различить (в значительной степени условно) сольватацию, связанную с изменением энергии электростатических взаимодействий в растворе, и сольватацию, связанную с образованием химических соединений, их, соответственно, называют универсальной и специфической сольватацией. Таким образом, энергия взаимодействия растворяемого вещества с растворителем (энергия сольватации) состоит из двух составляющих:

AG сольв — ЛСунив + AG спец»

где AGyH«B — энергия универсальной сольватации; AGCneU — энергия специфической сольватации.

Поскольку ДП растворителя всегда отличается от ДП вакуума (у которого эта величина, по определению, равна 1), процесс сольватации всегда (всегда!) сопровождает образование раствора и, можно сказать, является синонимом этого процесса.

Как видим, в споре представителей химической теории растворов Менделеева и физической теории растворов, предложенной Аррениусом, Оствальдом и Вант-Гоффом, правы были обе стороны. Действительно, взаимодействие между компонентами раствора, сольватация, протекает всегда, однако не всегда это взаимодействие сопряжено с образованием стехиометри-ческих соединений. Но как бы то ни было, растворенные соединения всегда сольватированы и поэтому взаимодействие в растворе двух соединений А и В точнее следовало бы описать схемой:

Асольв ~\~ В^ольв == АВсольв*

После сказанного становится очевидным, каким глубоким смыслом преисполнен этот индекс «сольв».— сольватированный.

«Химические привидения»

К соединениям, образующимся в растворах (сольватам), у химиков долгое время бытовало несколько настороженное отношение, граничащее подчас с неприкрытой иронией. Истоки подобного скепсиса очевидны: эти соединения, так сказать, неосязаемы. В подавляющем большинстве случаев их принципиально невозможно индивидуализировать, т. е. выделить из раствора. И стало быть, невозможно провести весь цикл обязательных манипуляций, который осуществляет каждый химик, выделивший новое соединение — определение элементного состава, температур кипения, плавления, основных физических свойств и т. д. Вот почему многие сомневались, а стоит ли называть эти «невидимки» соединениями?

В проблеме уравнивания «в гражданских правах» сольватов и продуктов присоединения, образующихся в растворах, значительную роль сыграл физико-химический анализ — метод, основы которого были заложены Д. И. Менделеевым и который получил великолепное теоретическое и экспериментальное развитие в исследованиях выдающегося советского академика Н. С. Курнакова и его учеников. В основе физико-химического анализа лежит построение и анализ зависимостей различных свойств химической системы — плотности, вязкости, электропроводности и т. д. — отсостава. Подобный подход позволяет устанавливать образование в системе различных стехиометрических соединений.

С помощью физико-химического анализа и иных методов исследования жидких систем и растворов был открыт громадный по числу представителей и разнообразию форм мир химических соединений, существующих только в растворах. Сегодня сольваты — такие же равноправные химические соединения, как и те, которые химики осаждают, перекристаллизовывают, перегоняют и экстрагируют. А что до того, что их нельзя «подержать в руках», то не отрицаем же мы существование далекого Плутона только потому, что пока никому из землян не удалось «оставить следы на его пыльных тропинках».

Существенный сдвиг в подходе химиков к сольватам произошел в последние годы. Сегодня мало кто из химиков сомневается, что сольват [Li(Н2О)4] + — такое же «равноправное» комплексное соединение, как, например, [Со (ЫНз)б]3 + - Знаменательно, что конференции специалистов в области растворов, регулярно проводимые Институтом химии неводных растворов АН СССР, называются «Комплексообразование и сольватация в растворах».

Дискуссии, споры...

Тут автору хочется предпринять небольшой экскурс в историю учения о растворах, вернее, в тот его раздел, который посвящен дискуссии между сторонниками физической и химической теории растворов. В учебниках пишут, что дискуссия эта была продолжительна и весьма оживленна. Что ж, в учебнике большего и не скажешь, А между тем, в истории науки немного можно отыскать научных споров такой продолжительности и, главное, такого эмоционального накала.

Вряд ли стоит смаковать сейчас ошибки и заблуждения представителей каждого из направлений, тем более, что все они были по-своему правы. Но как здесь не вспомнить видного немецкого физико-химика, представителя физического направления в теории растворов, который, прежде чем принять приехавшего на стажировку в его лабораторию русского доцента, выслал камердинера, дабы тот осведомился у приезжего, какую теорию растворов — физическую или химическую — он исповедует. Но, с другой стороны, достаточно колоритным можно считать поведение солидного русского профессора, который едва ли не каждую лекцию по своему предмету начинал с заявления: «В то, что пророк Иона три дня и три ночи провел во чреве кита, в это я, господа, быть может, еще и поверю, но в то, что соли при растворении в воде распадаются на эти, как их... ионы, в это меня поверить никто не заставит!»

Немного теорий в истории хим

страница 6
< 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
барвиха хиллс отзывы
электроприводы для вентиляции
вебасто цена с установкой
asking alexandria 18 апреля купить билет

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
(28.03.2017)