Закон действия масс

Еще К. Венцель и К. Л. Бертолле располагали данными о действии масс. В опубликованной в 1777 г. работе «Учение о химическом сродстве тел» Венцель писал, что при действии кислоты на металл скорость реакции оказывается пропорциональной силе кислоты. Дискутируя с Прустом о составе химических соединений, Бертолле утверждал, что весовой состав химических соединений не постоянен, а зависит от количеств реагирующих друг с другом веществ.

Казалось, что это представление опровергало закон постоянства состава соединений Пруста и подтверждало закон простых кратных отношений Дальтона. В течение полувека взгляды Бертолле не получили подтверждения, поскольку все это время исследовались относительно простые химические соединения, которые вполне удовлетворительно можно было объяснить в рамках закона Пруста.

Бертолле заблуждался, считая, что чистые химические вещества не существуют. Гульдберг и Вааге в 1860-х годах избежали этой ошибки и обосновали свои выводы на таких примерах, когда действие масс особенно отчетливо проявлялось. Кроме того, они пользовались понятием не «химической массы», а «активной массы», которая определялась как величина, пропорциональная химическому действию веществ. Гульдберг и Вааге представили закон действия масс в математической форме и развили теорию скоростей химических реакций. Они рассматривали химическое равновесие не как статический, а как динамический процесс.

На основании закона действия масс и введенного Клаузиусом представления о распаде в растворе молекул веществ Аррениус сделал следующие основные выводы: 1) в растворе вещества могут существовать в виде ионов; 2) сильные соли, кислоты и основания в растворах всегда диссоциированы; 3) с увеличением разбавления растворов происходит увеличение диссоциации электролита, чем и объясняется большая электропроводность разбавленных растворов. Аррениус утверждал, что продукты диссоциации солей представляют собой электрически заряженные частицы, и показал, как можно рассчитать количество образующихся при диссоциации ионов.

Сванте Аррениус (1859−1927) родился в усадьбе Вик близ Упсалы в семье управляющего имением. Уже в школе он отличался самостоятельностью мышления. Сильной стороной подхода Аррениуса к анализу научных проблем была способность теоретически осмысливать и математически обрабатывать экспериментальные данные. Уже в докторской диссертации (1883 г.) Аррениус начал развивать теорию диссоциации. Его гипотеза, согласно которой соли, кислоты и основания распадаются в водных растворах на ионы, вызвала поначалу в основном отрицательные отзывы.

Благодаря стипендии Шведской Академии наук Аррениус получил возможность работать в Париже и других крупных европейских научных центрах: у В. Оствальда в Риге, у Ф. Кольрауша и В. Нернста в Вюрцберге. Вместе с В. Нернстом в 1887 г. Аррениус побывал в Граце у Л. Больцмана. На следующий год Аррениус поехал в Киль к М. Планку и в Амстердам к Я. Г. Вант-Гоффу. Такая возможность устанавливать личные контакты на международном уровне во все времена приносила науке большую пользу. Для каждого из всех названных здесь ученых такие встречи и совместная работа оказывались очень благотворными.

С. Аррениус, Я. Г. Вант-Гофф и В. Оствальд — три «звезды» науки стояли у колыбели физической химии, самостоятельность которой была утверждена основанием этими учеными в 1887 г. «Журнала физической химии». В первом номере этого журнала под общим заголовком «О диссоциации растворенных в воде веществ» были помещены статья Вант-Гоффа «Осмотическая теория растворов» и работа Аррениуса «Попытка расчета констант диссоциации (коэффициентов активности) растворенных в воде веществ».

В 1884 г. Вант-Гофф опубликовал книгу «Очерки по химической динамике», в которой обосновал важнейшие положения теории химической кинетики. Он опирался на выведенное Гульдбергом и Вааге кинетическое выражение закона действия масс. Вант-Гофф определял химическое равновесие как результат двух обратимых процессов. Ему удалось разработать аналитическое (математическое) выражение для ско­ростей моно- и бимолекулярных реакций.