Химия — просто

В качестве простейшего примера чаще всего брали метан (CH₄). Размышляя о том, как выглядит данная молекула, приходили к выводу, что атом углерода окружён со всех сторон атомами водорода. И если представить эту молекулу в виде геометрической фигуры, то она будет выглядеть как тетраэдр, в вершинах которого находятся атомы водорода, а в центре — атом углерода.

Схема молекулы метана (СН₄)

Пользуясь «структурной теорией», химики К. Бишоф и П. Вальден опубликовали в 1894 году обширный том, посвящённый стереохимии, то есть науке о расположении атомов в пространстве. Казалось бы, эта теория должна была сразу же принести Вант-Гоффу всеобщее одобрение, однако вышло наоборот. Так, профессор химии Лейпцигского университета и редактор журнала «Journal fur pracktische Chemie» высказал мнение, что Вант-Гофф создал бессмысленную теорию, которая является отбросом человеческого ума, а сам он шарлатан и летает в облаках.

Но Вант-Гоффа это, конечно же, не остановило. С присущей ему увлечённостью он взялся за изучение вопроса, касающегося скорости химических реакций. Ясно, что химические реакции бывают быстрыми и медленными. Быстрые чаще всего заканчиваются взрывом, а медленные (коррозия металла, например) могут тянуться годами.

«Скорость реакции зависит от концентрации взаимодействующих тел», — первыми этот закон открыли шведские исследователи К. Гульдберг и П. Вааге. Вант-Гофф, ничего не зная об их исследованиях, вывел тот же закон самостоятельно.

Через год Вант-Гофф был поглощён изучением вопроса уже из другой области физической химии, а именно — изучением растворов. Этот раздел науки был совершенно заброшен с того времени, как химия занялась исключительно изучением химических соединений. И вот, благодаря союзу физики с химией, исследователи вновь обратили внимание на основные вопросы, касающиеся теории растворов.

Первый шаг в этом направлении был сделан учёными-ботаниками. Они давно знали, что в растительных клетках существует высокое давление, доходящее порой до десятков атмосфер. Поначалу это считалось проявлением таинственных свойств живой клетки, но в 1877 году немецкий химик-ботаник Вильгельм Пфеффер расставил все точки над «i», построив из глины искусственную клетку, которая имела те же свойства, что и живая. Выяснилось, что давление внутри клеток живых организмов связано с осмотическим давлением.

Вильгельм Пфеффер

Поначалу результаты исследований Пфеффера интересовали только ботаников, но когда о них узнал Вант-Гофф, он сразу понял, что в этих простых фактах скрывается зародыш общей теории растворов.

Вскоре Вант-Гофф пришёл к выводу, что состояние тел в растворе сходно с состоянием тех же тел в газообразном виде. С помощью этой теории удалось не только объяснить свойства многих растворов, но и открыть такие свойства, как упругость пара, температура кипения, температура замерзания и др. Научные заслуги Якоба Вант-Гоффа были в итоге вознаграждены присуждением ему Нобелевской премии.

Примерно в то же самое время на сцену науки вышел молодой шведский физико-химик Сванте Аррениус (1859–1927). В 1885 году он опубликовал работу об электропроводности растворов солей, кислот и оснований. Все эти вещества, способные проводить электрический ток, с лёгкой руки Фарадея получили название «электролиты».

Сванте Аррениус

В 1887 году Аррениус опубликовал очередную работу — «О диссоциации растворённых в воде тел». В ней он допустил, что соли и другие вещества разлагаются в водном растворе на составные части. Эти части, то есть частицы (которые тот же Фарадей ещё раньше назвал ионами) переносят электрический заряд. Например, обычная поваренная соль, которой мы почти ежедневно пользуемся при приготовлении пищи, разлагается в воде на положительный ион натрия и отрицательный ион хлора:

Как ни странно, эта гипотеза Аррениуса встретила сопротивление, причём главным образом со стороны химиков. И не без основания. Действительно, хлористый натрий, по мнению Аррениуса, должен распадаться в растворе на натрий и хлор. Но ведь известно, что натрий — это металл и что при соприкосновении с водой он горит. Также известно, что хлор — это газ, обладающий неприятным запахом. Однако поваренная соль не обладает этими свойствами: не горит при соприкосновении с водой и не выделяет неприятного запаха.

Собственно, это был самый веский аргумент оппонентов Аррениуса. Но нетрудно оказалось опровергнуть и их довод.