|
Иллюстрация к статье на тему "Химия". Статьи для написания рефератов, курсовых работ, научные статьи, биографии, очерки, аннотации, описания.
Химия - — Первоначальное значение и происхождение этого слова неизвестно; возможно, что оно просто старое название северного Египта, и тогда наука Chemi значит — египетская наука; но так как Chemi, кроме Египта, обозначало еще черный цвет, a μελάνοσις (чернение) считалось операцией, неизбежной при превращениях металлов, то, может быть, что τέχνη τής χημείας — Олимпиодора, есть искусство приготовления этого чернящего вещества (ср. H. Kopp, "Geschichte der Chemie", II, 1844, 4 — 6, и M. Berthelot, "Introduction а l 'é tude de la chimie des anciens et du moyen вge", 1889). "От большинства других наук X. в своем развитии отличается тем, что цель ее понималась различно в разные времена... В то время, как в других областях духовной деятельности, каково бы ни было отношение к ним в иные периоды, всегда ясно сознавалась цель, и она неуклонно имелась в виду, в истории X. этого совершенно не наблюдается. У этой науки меняются не только выбор вспомогательных средств и применений, но и вся задача, и условия ее существования (ср. Алхимия, Иатрохимики, Флогистон)... В настоящее время, — продолжает Г. Копп ("Geschichte der Chemie", I, 1843, 5), задачей X., взятой самой по себе (an und f ü r sich), является разложение соединений на составные части и образование из составных частей снова соединений [Это определение ведет свое начало еще с середины XVII стол., когда Лемери, в своем "Cours de Chymie", говорит, что "La Chymie est un art, qui enseigne а s é parer les differentes substances qui se rencontrent dans un mixte" (Корр. "Geschich.". II, 8), а Сталь прибавлял к этому "и искусство образования снова смесей из составных частей" (Корр, l. с.). Понятие о составных частях смесей менялось; современное намечено уже Бойлем, но общепринято только после Лавуазье (см. Лавуазье и Флогистон).]. Задачей является, следовательно, знание состава всех тел и того именно, как они образованы и как могут быть образованы". Д. И. Менделеев ("Основы X.", 6-е изд., 1895, 2) определяет X., как естественно-историческую науку, ближайшим предметом которой является "изучение однородных веществ, из сложения которых составлены все тела мира, их превращений и явлений, сопровождающих такие превращения". По Оствальду (W. Ostwald, "Grundlinien der anorg. Ch.", 1900, 1), "эти превращения можно разбить на две больших, не совсем строго обособленных группы. Иногда превращения касаются только одного, или же немногих отношений и свойств изучаемого тела; иногда же они таковы, что изучаемое тело исчезает, как таковое, а вместо него являются новые тела с новыми свойствами. Явления первого рода входят в область физики, второго — в область X.", и, как пример, Оствальд рассматривает отношение серы к механическим толчкам (изменяется относительное положение тела, но не меняются: цвет, вес и т. п., так назыв. физические свойства его), к слабому нагреванию (изменяются — температура, удельный вес и объем, давление пара, другие (?) свойства остаются неизмененными), к электризации и находит, что явления такого рода должно считать физическими. Но "если привести (l. с., 2) кусок серы в соприкосновение с огнем, он загорается и горит синим пламенем. При этом чувствуется общеизвестный запах горящей серы, и после того, как горение шло несколько времени, сера, как таковая, исчезает: она сгорела. При этом процессе не только изменяются отдельные свойства серы, но... вместо нее образовалось что-то другое; это мы можем судить по запаху, который появился одновременно с началом явления, а раньше не был заметен. В этом случае сера участвовала в химическом процессе... Наука X. имеет задачей установление законов всяких таких превращений". В других учебниках физические превращения определены, как такие, при которых остаются неизмененными свойства материи, при восстановлении первоначального состояния ее; во время же процесса нельзя, кроме того, данную однородную часть превращающейся системы разделить на разнородные никаким механическим способом, по крайней мере, если мы исходим из физически однородного тела; так, напр., нагревание льда, его плавление, превращение образовавшейся жидкой воды при кипения в пар — суть процессы физические, потому что при восстановлении первоначальной температуры (и давления) лед оказывается в прежнем количестве со всеми присущими ему при данных условиях физич. свойствами; и хотя при температуре плавления льда мы можем иметь вещество воды одновременно в трех состояниях — твердом (лед), жидком (вода) и газообразном (пар) и можем их механически разделить (лед можно, напр., отфильтровать от жидкой воды), но ни лед, ни вода, ни пар никакими известными нам механическими способами далее не могут быть разделены на физически разнородные вещества. Если же лед испарить и образовавшийся пар нагреть до температуры 1500° — 2000°, то механическим процессом (с помощью диффузии, см. Диссоциация) можно выделить из массы перегретых паров газ, отличный от них по свойствам (смесь водорода с кислородом). При обратном охлаждении одна неизмененная вода превратится в лед, а газообразное тело, собранное отдельно и быстро охлажденное, сохранит свою газообразную природу; это будет, следовательно, пример химического превращения льда. Несмотря на то, что в учебниках легко подыскать еще много подобных примеров, и несмотря на то, что деление превращений материи на физические и химические освящено временем, оно, несомненно, резко односторонне, и потому неверно. Оствальд не прав уже потому, что в своем примере он сопоставляет совершенно несравнимые превращения. Изменения в свойствах серы, которые происходят в ней при изменении ее "энергии положения", можно оставить в стороне; теоретически они необходимы, но, во всяком случае, столь ничтожные, что они неуловимы не только с помощью наших чувств, но и с помощью чувств, изощренных самыми чувствительными современными приборами. Когда же мы слабо нагреваем серу, то имеем дело со следующими явлениями. Изучаемую систему, которую Оствальд называет серой, должно считать сложенной из двух независимых слагаемых (см. Правило фаз): из серы и кислорода воздуха [Азот и все остальные газообразные составные части его принимают в превращении слишком ничтожное участие, за исключением, может быть, следов влажности — см. Контактные явления, — и потому их присутствие можно игнорировать]; она находится при таких температурных условиях (переохлаждена), когда благодаря пассивным сопротивлениям взаимодействие между этими телами почти невозможно, или, если оно и идет, то со столь ничтожной, близкой к нулевой, скоростью, что уловить его мы совершенно не в состоянии. Всю систему в совокупности мы можем, следовательно, считать находящейся в состоянии ложного равновесии (faux equilibre) Дюгема, иначе малоустойчивой (ср. А. Горбов, "Закон Фаз", в "Физико-математич. Ежегоднике", II), способной при небольшом изменении условий равновесия к полному превращению; серу же, рассматриваемую в отдельности, т. е. — пренебрегая ее бесконечно медленной реакцией с кислородом, мы можем считать моновариантной системой из одного слагаемого (сера твердая + пар при наличности двух внешних факторов равновесия: темп. и давления), и известно, что законы, которым такая система подчинена (см. Правило фаз, l. с.), ничем не отличаются от законов, которым подчинена любая моновариантная система с любым числом независимых слагаемых, система соединяющихся СаО + СО 2 (или диссоциирующей CaCO 3), напр.; в механическом смысле твердая сера с ее парами образуют безразлично устойчивую систему. Но нагреем серу + кислород до 500° приблизительно; сейчас же по поверхности соприкосновения начинается их взаимодействие, сопровождаемое появлением света и тепла (система была переохлаждена): сера, как обыкновенно говорят, горит, но одинаково горит и кислород, встречаясь с парами серы; для обоих слагаемых мера устойчивости при взаимном соприкосновении превзойдена нагреванием, и система превратилась в неустойчивую, и очевидно, что незаконно сближать безразлично устойчивое состояние серы с неустойчивым состоянием ее же + кислорода; а пока сера оставалась в безразлично устойчивом состоянии, тогда, повторяем еще раз, физические изменения ее свойств, подчинялись такому же закону, как и "химическое" превращение в системе СаО + CO 2. С очень ничтожным изменением сказанное приложимо и к системе нагреваемых: льда, жидкой воды и ее паров. Пока лед, жидкая вода нагреваются одни, до тех пор при данном объеме системы возможно (при целом ряде температуры и давлений) сосуществование двух фаз: льда + пара, льда + воды жидкой, воды жидкой + пара; все это системы моновариантные и, как таковые, ничем не отличающиеся от диссоциирующего мела, от образующегося (диссоциирующего) треххлористого йода (см. Правило фаз, l. с.), т. е. от систем, для которых обычно предполагается, что происходящие в них превращения не физического, а химического характера. Но мы перегрели пары воды, с помощью особого приема (диффузии) [Этим способом вводится в условия равновесия системы новый фактор, а именно, капиллярные натяжения, и очень возможно, что этим изменяется характер равновесия (ср. следующее примечание).] нам удалось отделить часть такой системы, и мы предполагаем, что остальная, неотделенная масса пара отличается по физическим свойствам от отделенной части, что от обыкновенного пара она только отличается другим, большим содержанием энергии; но, очевидно, это только предположение, хотя, может быть, и наиболее простое, и наиболее вероятное; что же касается переохлажденной "гремучей смеси", то она не подлежит сравнению с водой, потому что такое сравнение было бы так же неудачно, как сравнение переохлажденной воды со льдом той же температуры; одна система (переохлажденная вода) малоустойчивая, с пассивными сопротивлениями (по Гиббсу), другая безразлично устойчивая, по крайней мере, при наличности двух внешних факторов равновесия: температуры и давления [Устроим мы из водорода, кислорода и воды газовую батарею Грове, т. е. введем мы в нее несколько добавочных факторов равновесия, и она станет равновесной, и превращения ее возвратимыми и при обыкновенной температуре.]. Резюмируя предыдущее, мы приходим к заключению, что обычные определения X. несколько узки, а более общее такое: X. есть точная естественно-историческая наука, изучающая законы изменений состояния материи [При этом совершенно не предрешается вопрос об единстве или сложности этой материи.]; она классифицирует их вокруг "химических" соединений, а эти последние — вокруг особых, стойких разновидностей материи, называемых "элементами" (о значении выражений "химическое соединение" и "элемент" — см. ниже закон постоянства состава). Можно, при этом изучении, возвратимые изменения состояния материи называть физическими и отличать от тех "химических" превращений, которые в наших условиях невозвратимы и протекают односторонне, но надо помнить, что до последнего времени и между этими превращениями часть признается физическими, таковы, напр., переход переохлажденных жидкостей в твердое состояние, кристаллизация пересыщенных растворов [Если подобные растворы рассматривать не с точки зрения концентрации независимых слагаемых а с точки зрения влияния на них температуры, как внешнего фактора равновесия, то их тоже должно признать переохлажденными системами.], хотя они ничем не отличаются от "химических" явлений, каковы: взрыв жидкой перекиси водорода, жидкого озона, гремучей смеси (водорода с кислородом, хлора с водородом [Наблюдения показали, что и на смесь кислорода с водородом влияет свет, ускоряющий превращение.]) и т. д. С изложенной точки зрения ясно, что обычно сообщаемые в химиях сведения являются односторонними и отрывочными, и что к ним должны быть присоединены многочисленные данные, включаемые обыкновенно в курсы физики, в курсы кристаллографии и т. д., и которые только в самое последнее время вошли в руководства так наз. физической химии. Намеченная эволюция началась сравнительно недавно, и нельзя предвидеть объема X. даже в недалеком будущем, но до известной степени прав Мах, говоря, что "в новейшее время открыты многие соотношения между физикой и X. Старая мысль, что X. можно рассматривать, как прикладную физику, в частности — прикладную механику, получила в этом новое ободрение... При отсутствии предвзятого взгляда кажется скорее вероятным, что X. будущего обнимет собой физику, а не наоборот" ("Prinzipien der Wдrmelehre", 1900, 5, 354); несомненно, что обе науки выиграют в однородности, если из физики будут перенесены в X. все те отделы, в которых изучаются изменения состояния материи, в зависимости от изменений запаса ее энергии.
|