Дмитрий Иванович Менделеев
Шрифт:
в свое время поторопился отправить Лотару Мейеру не вышедшую еще в свет корректуру сообщения Менделеева о «периодической системе элементов». Будучи русским академиком, Бейльштейн в Петер бурге внимательно высматривал все, что могло послужить немецкой науке!..
И все же Бутлеров сражался не зря! «Дело Менделеева» яркой кометой сверкнуло на темном небосклоне эпохи безвременья. В нем нашли свой отсвет яркие зарницы общественного движения шестидесятых годов. Оно оставило свой след в самосознании общества. Оно звало к борьбе за свободную науку, честно и самоотверженно служащую народу. Оно лишний раз показывало, что успех на этом пути может быть достигнут не путем мелких уступок правительства крепостников, а в результате коренной ломки прогнивших устоев царского строя. Этот вывод, однако, могла сделать только революционная
XXI. ОДНО ИЗ ЗАВЕТНЫХ ЖЕЛАНИЙ МЕНДЕЛЕЕВА ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ, ХОТЯ И С РИСКОМ ДЛЯ ЖИЗНИ.
21 января 1881 года на заседании Русского технического общества происходило прощание Менделеева с его работами по упругости газов. В своем заключительном отчете обществу он рассказывал о том, что им было установлено. В области малых давлений объем газа изменяется не строго пропорционально изменению давления, а несколько меньше. Таков был наиболее существенный теоретический результат работы. Попутные практические достижения ее нам известны – это высокочувствительный диференциальный барометр – «высотомер» – и ряд других приборов для измерения малых давлений.
«Убежден, что и в других частях работы найдется не мало нового и теоретически важного для понимания газообразного состояния материи, – продолжал Менделеев, – но мне нельзя по многим причинам принять на себя продолжение опытов Императорского Русского Технического Общества, и я имею честь передать это дело в руки других членов Общества».
В области исследований газов для Менделеева, как физико-химика, действительно не оставалось больше ничего интересного. В предисловии к следующему своему очередному циклу работ – исследованиям растворов – он объяснял, почему газы мало что могут открыть для понимания механики сцепления атомов в химическом соединении.
«Газы во всех пропорциях между собою смешиваются лишь потому, что частицы их далеки друг от друга, находятся в быстром поступательном движении».
Не давали большого простора для новых заключений и чисто химические наблюдения над соединениями атомов, образующими твердое тело. «Твердые тела смешивают свои частицы только при том или другом виде большого подобия, особенно при изоморфном сходстве».
Внимание Менделеева своими интересными особенностями, привлекли жидкие растворы, занимающие «середину между газами и твердыми телами».
Это не было новой темой в работах Менделеева. Можно напомнить, что профессорское звание он получил в связи с защитой им диссертации о соединениях спирта с водой. Изменился лишь его подход к исследованию растворов и обновилась целевая установка опытов.
Опыты 1865 года заключались в следующем. В длинную трубку наливалась вода, а поверх нее спирт. Отмечался верхний уровень, которого достигали в трубке две еще не смешавшиеся жидкости. Затем спирт и вода перемешивались. Оказывалось, что уровень получившегося водного спиртового раствора не достигал ранее сделанной отметки. Частицы воды и частицы спирта упаковывались в растворе более плотно, чем когда они существовали порознь. В явлениях капиллярности Менделеев, как мы видели, искал меру взаимного притяжения частиц однородной жидкости. В сжатии растворов он хотел найти меру взаимного притяжения частиц двух разнородных жидкостей. Он считал, и вполне справедливо, что в этом притяжении проявляется некий «зачаток» их химического сродства друг к другу. Иначе говоря, он стремился вывести из своих наблюдений некоторые законы взаимодействия молекул.
Менделеев обнаружил, что наибольшее сжатие растворов спирта в воде при всех температурах приходится на раствор, содержащий около 46% спирта. Удельный вес жидкости при этой концентрации был, следовательно, наибольшим. В этом соотношении, в котором участвовало, кстати сказать, целое число молекул той и другой жидкости, раствор, по мнению Менделеева, ближе всего подходил к химическому соединению.
В дальнейших своих исследованиях Менделеев обратил главное внимание на то, что при самом плавном, постепенном изменении состава раствора совсем не так плавно и постепенно изменяются его свойства. Менделеев наблюдал, что при некоторых определенных концентрациях, составляющих раствор веществ, свойства раствора вдруг меняются резким скачком (он изучал, главным образом, изменения удельного веса растворов и их объема). Он строил для наглядности диаграммы этих изменений, так называемые диаграммы «состав-свойства». На одной оси такой диаграммы откладываются постепенно возрастающие концентрации одного
«Растворы управляются, – писал Менделеев,- обычными законами химического воздействия… в них сокрыты те же определенные соединения, которыми так сильна химия… здесь, несмотря на кажущуюся последовательность изменения свойств, существуют свои скачки, свои разрывы сплошности».
Возникновение этих «скачков», этих «разрывов сплошности» Менделеев проследил на громадном материале. Он, прежде всего, привел в сравнимый вид данные, полученные по заинтересовавшему его вопросу всеми другими исследователями на протяжении целого столетия. Для этого нужно было проверить все удельные веса и привести их к взвешиванию в пустоте и отнести к воде при наибольшей плотности. Это был огромный вычислительный труд.
Кроме того, работа заключала в себе обширную и весьма оригинальную экспериментальную часть. В своем труде «Исследование водных растворов по удельному весу» Менделеев рассмотрел 283 химических вещества в водных растворах, и все это при различных концентрациях и температурах!
Современная физика объясняет «особые точки», отмеченные Менделеевым на его диаграммах, примерно так же, как это понимал Менделеев, с той только разницей, что в настоящее время уже хорошо изучены и измерены те силы, которые действуют между молекулами, а Менделеев только догадывался об их существовании.
Вот как выглядят менделеевские наблюдения по представлениям современной физики.
Между молекулами растворенного вещества и молекулами растворителя действуют известные силы. Действие этих сил приводит к тому, что определенное число молекул вещества растворителя образует нечто вроде атмосферы, окружающей молекулы растворяемого вещества. Молекулы растворителя как бы обволакивают молекулы растворяемого вещества. При некотором, вполне определенном соотношении в количестве тех и других – и это обстоятельство было отмечено Менделеевым! – получается наиболее плотная «упаковка» молекул обоих веществ. Менделеев говорил, что в этот момент «происходит наиболее индивидуализированное в химическом смысле соединение» молекул обоих веществ, Это язык химии, но, пользуясь химическими терминами, Менделеев правильно описывал физическую сущность явления. В действительности можно говорить о том, что при определенном соотношении между растворяемым веществом и растворителем происходит изменение энергии взаимодействия молекул обоих веществ. При этом меняется число молекул растворителя, которые могут быть связаны с одной молекулой растворяемого вещества. А в зависимости от концентрации раствора число этих молекул растворителя, составляющих ближайшее окружение молекулы растворяемого вещества, может и увеличиваться и уменьшаться [60] , причем, поскольку в этих изменениях участвует целое число молекул, изменения происходят скачками, прерывисто. Нечто похожее происходит и при изменении структуры кристалла.
60
Это так называемое «координационное число».
С этими внутренними перегруппировками молекул в растворе тесно связано и изменение его свойств. Если в растворе достигнута наибольшая плотность «упаковки» молекул (растворителя и растворяемого вещества, то раствор будет обладать при этой концентрации растворителя наибольшей плотностью (как это имеет место в приведенном примере из диссертации Менделеева с 46-процентным раствором спирта в воде). Этому будет соответствовать и наибольшая его вязкость, а если это так называемый «твердый раствор», то обычно и наибольшая прочность, и т. д.