khimie.ru

Во второй половине XIX в. аналитическая химия потеряла свое прежнее безусловное лидерство среди других химических наук. Это произошло не потому, что прекратились оригинальные исследования или перевелись выдающиеся химики-аналитики. Правда, выдающиеся ученые в те времена не вели исследования только в области химического анализа, их имена принадлежат химии в целом. Причиной отставания аналитической химии стало то, что другие химические науки, получив необходимый фундамент в виде атомно-молекулярного учения и используя для своего развития только что созданные химические методы анализа, начали интенсивно развиваться. На основе Периодического закона стало возможно прогнозировать свойства еще не открытых химических элементов и объяснять закономерности в изменении свойств элементов и их соединений. За сравнительно короткий срок и органическая, и физическая химия достигли поразительных результатов, причем достижения этих наук лежали не столько в практической плоскости, сколько в области теории. Можно указать на открытие и научное объяснение явлений гомологии и изомерии, формирование теории строения органических соединений (Э. Франкланд, А. М. Бутлеров, Ф. Кекуле, Я. Вант-Гофф), а также на применение этой теории для направленного синтеза органических веществ и прогнозирования их свойств. Еще более впечатляющими были достижения физикохимиков. В частности, им удалось решить вековую проблему количественной оценки химического сродства (Дж. Гиббс). Были глубоко изучены явления, протекающие при растворении веществ и при пропускании тока через раствор. Удавалось как-то объяснять даже такое загадочное явление, как катализ.

На этом фоне достижения аналитиков в области химических методов анализа казались весьма скромными, а сами методы — чисто эмпирическими. Даже К. Р. Фрезениусу не удавалось прогнозировать возможность обнаружения или количественного определения какого-либо вещества тем или иным методом, а priori подбирать подходящие реагенты и индикаторы или, тем более, оптимизировать конкретную методику анализа. В большинстве случаев оставались неизвестными уравнения реакций, на которых основывались те или иные методики. Было заметно, что методы анализа во многом базируются на предположениях, что в них практически не применяется современная математика. А ведь в XIX в. уже появилось убеждение в огромной важности математики для любой науки; популярной стала довольно спорная мысль о том, что каждая наука является наукой лишь в той мере, в какой она использует достижения математики.

Еще А. Л. Лавуазье писал: «Я приучился к той строгости рассуждений, которой отличаются труды математиков. Они никогда не доказывают какого-либо предложения, не доказав предшествующего ему. Все в этих трудах увязано, все сцеплено друг с другом… Совершенно иной подход существовал в химии. С первых же шагов начинали предполагать, вместо того, чтобы доказывать». Упрек более всего относился к аналитической химии. В середине XIX в. справедливо считали, что аналитические методы возникли на почве инстинктивных или совершенно случайных, а не строго научных изысканий. А позднее В. Оствальд замечал, что научная разработка аналитической химии находится в разительном противоречии с тем развитием, которое испытала ее техника; она ограничивается, даже в лучших работах, почти исключительно изложением уравнений реакций, которым последние должны следовать в предельных идеальных случаях. Особенно доставалось аналитической химии как учебной дисциплине; так, Л. В. Писаржевский писал, что большинство учебников по аналитической химии представляли собой лишь сборники рецептов без всякой теоретической подкладки.

Необходимость развития теоретических аспектов аналитической химии стала очевидной к концу XIX в. Предпосылками достижения этой цели были:

• применение в науке (первоначально в физике) экспериментального метода, точных количественных измерений, математических методов и моделей;

• • накопление общехимических знаний о свойствах веществ и их превращениях, развитие атомно-молекулярного учения и создание основных химических законов;
• • довольно высокий уровень эмпирического развития классических методов химического анализа.

Теоретический фундамент химических методов анализа не мог быть создан без привлечения и творческого применения более универсальных теорий.

Напомним важнейшие достижения естествознания, на основе которых на рубеже XIX и XX в. создавались теоретические основы химических методов анализа.

Атомно-молекулярная теория. Атомистические представления древних были воскрешены в эпоху Возрождения (Декарт), развиты Р.Бойлем, Н.Лемери, М. В.Ломоносовым, А.Авогадро (идея о молекулах), Дж.Дальтоном (понятие атомного веса), Й. Я. Берцелиусом (предположение о наличии электрических зарядов у атомов, объясняющее существование межатомных связей и др.). Атомно-молекулярная гипотеза не имела прямого экспериментального подтверждения, но на ее основе можно было объяснить закон сохранения суммарной массы веществ при протекании химических реакций, закон постоянства состава химических соединений. После 1860 г. (Международный съезд химиков в Карлсруэ) эта гипотеза стала общепризнанной. Позднее атомно-молекулярная теория выдержала кризис, связанный с исследованиями радиоактивности (атомы перестали быть неделимыми, но не исчезли). Атомно-молекулярное учение издавна положительно принималось химиками-аналитиками, но, как показал пример К. Р.Фрезениуса, одного этого учения было недостаточно, чтобы теоретически обосновать химические методы анализа.

Периодический закон. Созданные Д. И. Менделеевым в 1869 г. Периодический закон и Периодическая таблица химических элементов, несомненно, имели огромное значение для развития аналитической химии, для ее теоретического обоснования. Поиск новых элементов (объектов обнаружения и количественного определения) получил основы. Стало ясно, какие элементы уже известны и исследованы, а какие еще предстоит отыскать, можно было даже обоснованно предполагать, где и как следует искать эти элементы. Стало возможно прогнозировать химико-аналитические свойства элементов и их соединений (например, кислотно-основные и окислительно-восстановительные). Теперь можно было думать, что аналитическая классификация элементов по Фрезениусу не является искусственной, связанной всего лишь с растворимостью случайно выбранного ряда соединений (сульфидов); эта классификация отражает свойства элементов, в значительной степени определяемые положением элементов в Периодической таблице. Довольно сложную взаимосвязь аналитических свойств элементов с Периодическим законом с большим или меньшим успехом исследовали и в XX в. (Н. И. Блок и др). Вместе с тем не следует переоценивать значение Периодического закона для аналитической химии — вне сферы его влияния оставалась важнейшая ее часть: анализ органических веществ. Кроме того, в химических методах анализа реакции практически всегда проводятся в растворах, а влияние растворителя на свойства растворенных веществ существенно осложняет и маскирует периодические закономерности в изменении свойств этих веществ. Поэтому попытки построить «естественную» аналитическую классификацию элементов (разделять элементы прямо по подгруппам Периодической таблицы) оказались неудачными. В целом появление Периодического закона при всей его значимости для химии и других наук не привело к коренному изменению характера нашей науки.