khimie.ru

Одним из самых крупных научно-философских обобщений, имевших большое значение, в частности, и для развития физической химии, было положение; о взаимосвязи всех явлений природы, о взаимосвязи энергии и материи и рассмотрение всех явлений природы как проявления движения материи. Конкретно это обобщение выразилось в идее превращения различных форм энергии друг в друга, нашедшей ясную формулировку в законе сохранения и превращения энергии.

Выполненные в конце XVIII в. и в течение первых трех десятилетий XIX в. различные термометрические, калориметрические, электрохимические и фотохимические исследования, посвященные изучению превращения одного вида энергии в другой, постепенно подготовили фактический материал для открытия и обоснования этого закона.

Закон сохранения и превращения энергии был открыт в результате работ главным образом Р. Майера и Д. П. Джоуля в 1842 г.

Основное значение закона сохранения и превращения энергии для развития физической химии заключается в том, что этот закон подвел теоретическую базу под все физико-химические исследования, связанные с изучением перехода одного вида энергии в другой при химических процессах.

«Изучать силу в ее различных формах, исследовать условия ее превращения, − писал Р. Майер, − такова единственная задача физики, ибо порождение силы или ее уничтожение находится вне сферы мышления и действия человека. Можно доказать а рriori и во всех случаях подтвердить на опыте, что различные силы могут превращаться друг в друга. В действительности существует только одна единственная сила. Эта сила… циркулирует как в мертвой, так и в живой природе. Нигде нельзя найти ни одного процесса, где не было бы изменения силы со стороны ее формы».

Особое внимание в то время привлек вопрос о сущности перехода механического движения в тепловое и обратного перехода тепловой энергии в механическую. Исследования в этом направлении привели к научному обоснованию механической теории теплоты, термодинамики и кинетической теории газов.

Кинетическая теория позволила углубить идею о взаимопревращаемости форм движения материи. В 60-е и последующие годы широкое распространение получает мысль о единстве и взаимных превращениях различных форм движения материи.

Близкая связь химического сродства с другими физическими «силами» обусловливала необходимость совместного (как со стороны химиков, так и физиков) изучения превращения химического движения в другие формы движения.

Если химические явления всегда сопровождаются различными физическими движениями или явлениями, то, обратно, физические виды энергии (тепловая, световая, электрическая), сообщая веществу часть своего движения, должны влиять на химический процесс.

«Фактическая связь между химизмом, теплотою, светом и другими проявлениями деятельности материи очевидна… Если наступит время, которое уяснит причинную связь между всеми видами этого движения,— писал Л. М. Бутлеров в 1864 г.,— то явления химизма получат свою механическую теорию,— теорию в полном смысле слова,— и, заняв свое место в науке, как определенная часть стройного целого, теория эта, наравне с другими частями — теориями другого рода движений, подчинится математическому анализу».

«Еще до середины XIX столетия,— писал Герц,— казалось, что окончательная цель и окончательное объяснение явлений природы, к которому следует стремиться, состоит в приведении этих явлений к бесчисленным силам, действующим на расстоянии между атомами… Но под влиянием открытия принципа сохранения энергии физическая наука рассматривает теперь относящиеся к ее области явления как превращения одной формы энергии в другую и считает своей конечной целью сведение явлений к законам превращения энергии».

Открытие закона сохранения и превращения энергии повело далее к поискам и раскрытию связи между химической и физической формами движения и, соответственно, между химическими и физическими свойствами вещества.

Закон сохранения энергии уже в 60-х годах получил отражение в химической литературе, примером чего может служить «Введение к полному изучению органической химии» А. М. Бутлерова (1864) и «Основы химии» Д. И. Менделеева (1869).

Взаимная связь теплоты и механической силы, теплоты и света, электричества и магнетизма, естественно, стала особенно интересовать ученых. Учение о единстве сил и материи объединяло физические и химические знания в одну науку, в основу которой, по мнению многих ученых второй половины XIX в., должна была лечь молекулярная механика.

«Естествознание,— писал Менделеев,— нашло всюду в мире единство плана, единство сил и единство вещества, и убедительные доводы науки нашего времени заставляют каждого увериться и этих видах единства».

В 1856-1857 гг. Р. Клаузиус математически разработал кинетическую теорию газов.

Кинетическая теория в середине XIX в. больше, чем что-либо другое, тесно соединила между собой химию и физику, подведя под них единую атомно-молекулярную основу. С помощью кинетической теории удалось уяснить я привести во взаимную связь множество явлений, что необычайно сильно воздействовало на всю сумму физико-химических знаний второй половины XIX в.

«Только гипотезы, основывающиеся на начальных принципах механики и механической теории теплоты, только такие гипотезы, кажется, и могут проникнуть в сущность влияния, производимого химическою природою вещества, атомистического строения частиц, и в изменение агрегатного состояния, плавления и застывания, испарения и сгущения, напряжения паров и другие подобные процессы. Также и электролиз и вся область электрохимии только с этой стороны доступны успешному теоретическому исследованию»,— писал Л. Мейер в 1864 г.

В 1859 г. Р. В. Бунзеном (1811-1889) и Г. Ф. Кирхгофом (1824-1887) был создан спектральный анализновый могучий метод анализа, помогший химикам открыть ряд новых элементов.

В 1860 г., пользуясь спектральным анализом, Кирхгоф и Бунзен открыли цезий, в 1861 г.— рубидий; в этом же году Крукс открыл таллий, в 1863 г. Рейх и Рихтер открыли индий, в 1875 г. Легок де-Буабодран открыл предсказанный Менделеевым галлий.

Создание спектрального анализа открыло новую страницу в хи­мии, физике и астрономии. Но характерным линиям спектра стало возможно устанавливать присутствие какого-либо вещества, когда оно имеется в соединении в ничтожном количестве и когда его было невозможно обнаружить даже самыми чувствительными хи­мическими методами. Но еще важнее то, что спектральный анализ убедительно подтвердил материалистическое учение о единстве вещественного состава Вселенной.

Спектральный анализ позволил раскрыть единство и взаимообусловленность физических свойств вещества и его химического состава и строения. Спектральный анализ убедительно показал широкую возможность определения химического состава вещества на основании измерения его физических свойств. В дальнейшем изучение спектров и их закономерностей позволило поставить и решить вопрос о механизме излучения и вопрос о структуре атома.