Страницы истории науки и техники

В 1840 г. известным химиком, жившим и работавшим в России, Германом Ивановичем Гессом (1802–1850) был открыт закон, носящий теперь его имя. Закон Гесса — основной закон термохимии — может быть сформулирован так: тепловой эффект химических реакций при отсутствии работы внешних сил определяется только начальным и конечным составом участвовавших в реакции веществ и не зависит от «пути следования» химического процесса.

К сказанному необходимо дать некоторые пояснения. Во-первых, при прохождении химических реакций либо выделяется, либо поглощается тепло. Реакции, протекающие с выделением тепла, называются экзотермическими. К ним относятся, в частности, реакции сжигания любого органического топлива: продуктов переработки нефти, природного или промышленного газа, угля, сланцев, дров и т. д. Собственно, именно ради получения тепла топливо и сжигается. Реакции, протекающие с поглощением тепла, называются эндотермическими. Во-вторых, из закона Гесса следует, что если бы мы провели кольцевую реакцию, т. е. в результате ряда химических превращений мы в конце концов получили бы исходные вещества, то суммарный тепловой эффект оказался бы равным нулю. В-третьих, если бы в реакции участвовало вещество, влияющее на скорость протекания реакции (катализаторы, увеличивающие скорость реакции, или ингибиторы, уменьшающие скорость реакции), то на суммарный тепловой эффект это не повлияло бы, так как катализаторы и ингибиторы, по крайней мере теоретически, в конце концов в реакции не участвуют.

В качестве второго примера возьмем закон действующих масс, установленный в 1864–1867 гг. норвежскими учеными К. Т. Гульдбергом (1836–1902) и П. Вааге (1833–1900). Закон действующих масс может быть сформулирован так: скорость химической реакции, протекающей при постоянной температуре, пропорциональна концентрациям исходных веществ в степенях, равных их стехиометрическим числам, и обратно пропорциональна концентрациям продуктов реакции в степенях, равных их стехиометрическим числам.

Если рассматривать химическую реакцию

где А₁, А₂…— исходные вещества, v₁, v₂ и т. д, — их стехиометрические числа, и т. д. — продукты реакции, vi', v2' и т. д. — их стехиометрические числа А₁´ А₂´, W — скорость протекания реакции слева направо, W' — справа налево, то видно, что реакция имеет динамический характер: она всегда течет в обоих направлениях. Скорости W и W' становятся равными тогда, когда устанавливается химическое равновесие, т. е. состав реагирующей смеси остается неизменным. Но даже и в этом случае реакция продолжает протекать, но таким образом, что состав реагирующей смеси остается постоянным, т. е. достигается химическое равновесие. Величина

называется константой равновесия[343]. Ее значение для данной реакции определяется составом реагентов и параметрами состояния, особенно температурой. Не следует думать, что химическое равновесие устанавливается приблизительно «в середине», при более или менее равном количестве всех реагентов. Наоборот, в большинстве случаев реакция сильно «сдвинута» в одну из сторон. Закон действующих масс имеет большое значение для практики.

Приведем теперь примеры достижений химии в практике. Здесь такой большой выбор, что трудно решить, на чем остановиться.

Большие успехи достигнуты, особенно за последние десятилетия, в органической химии. Очень много сделано в области полимеров, представляющих собой основу для получения пластических масс, синтетических волокон, каучука и других очень нужных материалов.

Известный советский ученый физик и химик Николай Николаевич Семенов (р. 1896) пишет о том, что представляют собой полимеры, так: «Полимеры — это гигантские химические молекулы, образуемые в результате последовательного химического присоединения друг к другу тысяч и десятков тысяч простых молекул, так называемых мономеров. В вытянутом состоянии такого рода гигантские молекулы представляют собой как бы гибкие нити, поперечники которых равны поперечнику мономера, а протяженность их в тысячи раз превосходит длину мономера. Звенья полимерной цепи связаны между собой очень прочными химическими силами. Поэтому полимерные материалы оказываются исключительно прочными. Максимальная прочность их реализуется в том случае, когда все нити располагаются параллельно друг другу, обеспечивая равномерное распределение нагрузки. Одним из важнейших свойств полимеров является возможность легкой реализации их максимальной прочности путем вытягивания материала в нити, как это делается, например, в производстве искусственного волокна.

Данные молекулы полимеров связаны между собой силами притяжения, которые тем больше, чем больше длина молекулы. По этой причине полимеры являются твердыми прочными телами, в то время как мономеры представляют собой при обычных температурах газы или жидкости»[344].