Осмотическая теория растворов

В 1887 г. в первом номере только что созданного "Журнала физической химии" Вант-Гофф опубликовал статью "Осмотическая теория растворов", в которой показал, что газовые законы применимы к растворам. Эта теория явилась завершением периода накопления экспериментальных данных о свойствах растворов. Созданию теории Вант-Гоффа предшествовали работы Морица Траубе и Вильгельма Пфеффера.

В 1867 г. Траубе открыл существование полупроницаемых мембран, через которые могут проходить только молекулы растворителя, например воды, но не молекулы растворенного вещества. Пфеффер обнаружил природные мембраны такого же типа. Он заметил, что если опустить эти мембраны в раствор, они испытывают значительные давления. Для измерения этих давлений Пфеффер изготовил искусственные полупроницаемые мембраны - ячейки из неглазурованной глины, поры которой заполнял веществом, образующим тончайшую пленку, например гексацианоферратом(П) меди. Эти ячейки выдерживали давление свыше 200 атм. При добавлении в воду, в которую была погружена ячейка, раствора сахара повышалось давление на перегородку. Однако постепенно вода проникала сквозь перегородку, до тех пор пока давление по обе стороны перегородки не выравнивалось и не наступало равновесие. Пфеффер также наблюдал, что в растворах солей давление было значительно больше, чем в растворах коллоидов, например клея. В 1877 г. результаты наблюдений Пфеффер сообщил Вант-Гоффу.

Вант-Гофф предположил, что это так называемое осмотическое давление по природе и свойствам подобно давлению газов. Поэтому он попытался использовать кинетическую теорию газов для объяснения осмотического давления. При этом весьма полезными оказались результаты, полученные французским ученым Ф. Раулем. Рауль провел многочисленные измерения понижения температур замерзания и повышения температур кипения водных и неводных растворов и в 1884 г. пришел к выводу: количества различных веществ, которые вызывают одинаковое (по сравнению с чистым растворителем) понижение температуры замерзания или повышение температуры кипения, зависят от их молекулярных масс. Таким образом, стало возможным, сравнивая давление пара над раствором и над чистым растворителем, рассчитывать молекулярные массы растворенных веществ.

Вант-Гофф по теплотам плавления и испарения, а также по результатам измерения осмотического давления смог математически обосновать, что в разбавленных растворах молекулы растворенных веществ, сталкиваясь при движении с полупроницаемой мембраной, вызывают появление осмотического давления подобно тому, как в газах давление обусловлено столкновением молекул газообразного вещества.

Благодаря созданию осмотической теории растворов газовые законы Бойля - Мариотта и Гей-Люссака стало возможным применять к изучению свойств растворов, и в частности рассчитывать молекулярные массы нелетучих, но растворимых веществ. Решением этой задачи особенно много занимался Э. Бекман. Ученым был создан термометр (названный вскоре в его честь термометром Бекмана), при помощи которого измерялись изменения температур кипения и замерзания растворов. По этим результатам можно было определять молекулярные массы веществ. Однако в некоторых водных растворах обнаружилось значительное отклонение от теоретических значений. Объяснение этому стало возможным благодаря созданной С. Аррениусом теории электролитической диссоциации. Так работы Вант-Гоффа и Аррениуса способствовали построению единой теории растворов.

Тем не менее "ионистам", как называли сторонников ионной теории, первое время пришлось испытать весьма недоброжелательное отношение со стороны своих коллег. Однако вскоре в значительной мере благодаря результатам работ В. Оствальда это отношение изменилось.

Вильгельм Оствальд (1853-1932)

Вильгельм Фридрих Оствальд родился в 1853 г. в Риге в семье владельца бондарной мастерской^*. Он был на год моложе Вант-Гоффа и на шесть лет старше Аррениуса. Учился Оствальд в Дерптском (ныне Тартуском) университете. В 1878 г. Оствальд написал докторскую диссертацию "Объемно-химические и оптико-химические исследования". В 1882 г. стал профессором химии в Рижском политехническом институте^**, в 1887 г.- профессором физической химии Лейпцигского университета. В 1906 г. из-за нежелания вести преподавательскую работу Оствальд оставил кафедру. Живя на своей даче "Энергия" недалеко от Лейпцига, Оствальд до самой смерти (1932 г.) продолжал научную, техническую и литературно-популяризаторскую деятельность.

В конце XIX в. Оствальд на основе первых двух начал термодинамики и положений естественнонаучного позитивизма разработал философскую систему, получившую название "энергетизм", в котором он видел основу современной натурфилософии. Именно в понятии об энергии Оствальд видел высочайший принцип мировоззрения^***. Оствальд использовал это понятие при решении всех научных и культурных проблем. Даже такое понятие, как "счастье", он пытался рассматривать как энергетическую функцию. Неким "энергетическим приказом" звучат его слова: "Не расточай энергию, используй ее".

Оствальд - человек многогранного ума - считал идеи "энергетизма" основополагающими в представлениях о Вселенной. Он оспаривал существование атомов до тех пор, пока в 1909-1911 гг. экспериментально не была доказана их реальность.

Для пропаганды "энергетических" воззрений Оствальд трудился над созданием международного языка, поддерживал движение эсперантистов и идоистов^****. Он участвовал также в пацифистском движении. В 1911г. Оствальд стал председателем немецкого союза монистов^***** и до 1916 г. сам составлял "монистические воскресные проповеди".

Вильгельм Оствальд, лауреат Нобелевской премии (1909 г.), выступал за рациональные формы организации науки, в том числе за создание "Организации организаторов науки". С 1919 г. Оствальд выдвинул идею стандартизации размеров разнообразных вещей. Последние два десятилетия своей жизни Оствальд большое внимание уделил разработке учения о цвете. Он пытался найти гармонию цвета и формы. В 1926-1927 гг. вышла в свет трехтомная биография Оствальда "Линии жизни".

^* (Подробнее о жизни Оствальда см. в [150, с. 241-298].- Прим. ред.)

^** (Тогда его называли Политехникумом.- Прим. ред.)

^*** (Об "энергетизме" В. Оствальда и об отношении к нему современников-естествоиспытателей и философов см. в [150, с. 181-245].- Прим. ред.)

^**** (Идо - один из многочисленных искусственных языков, наиболее известный вариант эсперанто.- Прим. ред.)

^***** (Монист - сторонник монизма, философского учения, в котором основой всех явлений мира признается одно "начало": либо материя (материалистический монизм), либо дух (идеалистический монизм). С конца 1900-х годов В. Оствальд был последователем материалистического монизма и с 1911 г. активно боролся против религиозной идеологии.- Прим. ред.)

В 1888 г. Оствальд открыл, названный затем его именем, закон разбавления - частный случай общего закона действия масс, который он использовал для объяснения электролитической диссоциации. Оствальд исследовал ряд органических кислот и выразил аналитически связь между степенью диссоциации и разбавлением раствора. Однако в случае сильных электролитов наблюдалось отклонение от этой закономерности. Через 20 лет причину этого явления выяснили немецкие физико-химики Петер Дебай и Эрих Хюккель.

Способности Оствальда как организатора и популяризатора науки проявились в создании различных журналов и обществ и руководстве ими. Среди них "Журнал физической химии", "Общество электрохимии" (основанное в 1894 г., получившее в 1899 г. название "Бунзеновское общество"). В 1911г. при активном участии В.Оствальда был образован "Международный союз химиков".

Оствальд был прекраснейшим педагогом; под его руководством Лейпцигский институт физической химии стал международным научным и учебным центром.