|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
NAJWAŻNIEJSZE ODKRYCIA NAUKOWE
Teoria dysocjacji elektrolitycznej. Historia i istota odkryć naukowych
Katalog / Najważniejsze odkrycia naukowe Historia powstania teorii dysocjacji elektrolitycznej związana jest z nazwiskiem szwedzkiego fizykochemika Svante Arrheniusa (1859–1927). W 1882 ukończył Uniwersytet w Uppsali. W 1895 został profesorem fizyki na Uniwersytecie Sztokholmskim. Od 1896 do 1905 rektorem tej uczelni był Arrhenius. Jest autorem 200 prac naukowych z zakresu chemii, fizyki, geofizyki, meteorologii, biologii, fizjologii. Ciekawe, że pomysł, który stał się podstawą tej teorii, zrodził się na podstawie eksperymentów założonych w celu rozwiązania zupełnie innego problemu. Według Yu.I. Sołowjow, „jeszcze student Uniwersytetu S. Arrheniusa w Uppsali, słuchając wykładów swojego nauczyciela, profesora P. T. Kleve, dowiedział się, że niemożliwe jest określenie masy cząsteczkowej takich substancji, które, jak cukier trzcinowy, nie przechodzą w stan gazowy Aby przynosić chemii „większą łaskę”, młody naukowiec postanawia określić przewodność elektryczną soli w roztworach zawierających obok wody dużą ilość nieelektrolitów. Jednocześnie wyszedł z zasady, że rezystancja roztwór elektrolitu jest tym większy, im większa jest masa cząsteczkowa rozpuszczalnika.Taki był początkowy plan pracy. Jednak w wyniku pierwszych obserwacji S. Arrhenius traci zainteresowanie wymyślonym tematem. Urzeka go nowy pomysł. Co dzieje się z cząsteczką elektrolitu w roztworze? Młody naukowiec zdawał sobie sprawę, że udane rozwiązanie tego problemu pozwoliłoby rzucić jasne światło na ciemny obszar rozwiązań. Zamiast więc określać masę cząsteczkową rozpuszczonego nieelektrolitu, S. Arrhenius zaczyna intensywnie badać stan cząsteczki elektrolitu w roztworze. Praca w nowym kierunku szybko dała doskonałe rezultaty. Dane uzyskane poprzez pomiary przewodności elektrycznej wodnych roztworów elektrolitów o różnych stężeniach pozwoliły S. Arrheniusowi wyciągnąć śmiały wniosek: cząsteczki elektrolitu dysocjują na jony bez prądu, a stopień dysocjacji wzrasta wraz z rozcieńczeniem. Jak nam się teraz wydaje, był to pozornie oczywisty i prosty wniosek z danych eksperymentalnych. Ale dla S. Arrheniusa wcale nie było to proste, ponieważ wniosek ten zniszczył twarde, „jak granit”, tradycyjne wyobrażenia o stanie cząsteczek soli, kwasów i zasad w roztworze. Arrhenius nie mógł powstrzymać się od zrozumienia, że on, młody chemik, podnosił rękę przeciwko chemicznym „fundamentom”. Ale to mu nie przeszkadzało. W swojej rozprawie doktorskiej (1883) doszedł do wyjątkowego wniosku: „Współczynnik aktywności elektrolitu wskazuje liczbę jonów faktycznie obecnych w roztworze podzieloną przez liczbę jonów, które znajdowałyby się w roztworze, gdyby elektrolit uległ całkowitemu rozszczepieniu w proste cząsteczki elektrolityczne... Sól ulega całkowitemu rozkładowi, gdy ilość wody w roztworze jest nieskończenie duża. Jednak do stworzenia pełnoprawnej teorii dysocjacji elektrolitycznej pozostały cztery lata. Duże znaczenie dla dalszego rozwoju teorii dysocjacji miała znana praca van't Hoffa „Równowaga chemiczna w układach gazów i roztworów rozcieńczonych” (1885), w której stwierdzono, że faktyczny spadek topnienia temperatura, prężność par i ciśnienie osmotyczne soli, kwasów i zasad są niższe niż obliczona teoretycznie zgodnie z prawem Raoulta. Niezgodności te potwierdziły zapisy teorii dysocjacji, zgodnie z którą elektrolit w roztworze wodnym rozkłada się na swobodnie poruszające się jony. Wiosną 1887 Arrhenius współpracował w Würzburgu z F. Kohlrauschem. „Na krótko przed wyjazdem z Würzburga (marzec 1887)” – wspomina Arrhenius – „otrzymałem pracę Van't Hoffa wydaną przez Szwedzką Akademię Nauk. Przeglądałem ją pewnego wieczoru, po zakończeniu codziennej pracy w instytucie. Od razu stała się jest dla mnie jasne, że odchylenie elektrolitów w roztworze wodnym od praw van't Hoffa-Raoulta dotyczących obniżania temperatury krzepnięcia jest najbardziej przekonującym dowodem na ich rozpad na jony.Teraz miałem dwa sposoby obliczenia stopnia dysocjacji: na podstawie z jednej strony obniżając temperaturę zamarzania, z drugiej od przewodności. Obydwa dały w zdecydowanej większości przypadków ten sam wynik, a o dysocjacji elektrolitów mogłem mówić otwarcie. W liście do van't Hoffa z marca 1887 roku szwedzki naukowiec napisał: „Obie teorie są wciąż na samym początku rozwoju i mam nadzieję, że w niedalekiej przyszłości nie jeden, ale kilka mostów zostanie przerzuconych między dwa obszary." I tak się stało. W 1887 roku ukazał się słynny artykuł Arrheniusa „O dysocjacji substancji rozpuszczonych w wodzie”. Wywoływał u jednych podziw, u innych oburzenie. Tutaj naukowiec z przekonaniem deklaruje, że cząsteczki elektrolitów (sole, kwasy, zasady) rozkładają się w roztworze na naładowane elektrycznie jony. Arrhenius znalazł wzór na określenie stopnia dysocjacji elektrolitycznej. W ten sposób przekształcił czysto jakościową hipotezę w teorię ilościową, którą można było przetestować eksperymentalnie. Po stworzeniu głównych zapisów tej teorii Arrhenius wykazał jej przydatność w różnych dziedzinach nauk przyrodniczych. Za opracowanie teorii dysocjacji elektrolitycznej Arrhenius otrzymał w 1903 roku Nagrodę Nobla. Po 1887 r. badania S. Arrheniusa, W. Ostwalda, N. Nernsta, M. Leblanc i innych naukowców nie tylko potwierdziły słuszność głównych postanowień teorii dysocjacji elektrolitycznej, ale także znacznie rozszerzyły liczbę poszczególnych faktów, które można uzasadnić teorią. W 1888 r. Walter Friedrich Nernst (1864–1941), profesor chemii fizycznej w Getyndze i Berlinie, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii w 1920 r. za odkrycie trzeciej zasady termodynamiki, porównującej szybkość dyfuzji jonów z szybkością ruchu jonów podczas elektrolizy wykazał, że liczby te pokrywają się. W 1889 r. Nernst rozwinął teorię osmotyczną występowania prądu galwanicznego w oparciu o teorię ciśnienia osmotycznego i teorię dysocjacji elektrolitycznej. Zgodnie z tą teorią, gdy stężenie jonów metali (elektrody) jest wyższe niż ich stężenie w roztworze, jony przechodzą do roztworu. Gdy stężenie jonów w roztworze jest wyższe, osadzają się one na elektrodzie i oddają swój ładunek. Ale w obu przypadkach na drodze jonów spotykają się podwójne warstwy elektryczne. Ich ładunek hamuje wytrącanie się jonów lub rozpuszczanie danego metalu. „W tych prostych przepisach”, zauważył Ostwald, „zawarta jest cała teoria opadów atmosferycznych, a wszystkie zjawiska zarówno spadku, jak i nienormalnego wzrostu rozpuszczalności znajdują swoje wyjaśnienie i można je z góry przewidzieć w każdym indywidualnym przypadku”. Wilhelm Friedrich Ostwald (1853–1932) urodził się w Rydze w rodzinie niemieckiego rzemieślnika bednarza. Chłopiec uczył się w prawdziwym gimnazjum, a następnie wstąpił na Uniwersytet w Dorpacie. Po ukończeniu edukacji chemicznej Ostwald pozostał tam jako asystent A. Ettingena (1875). W 1878 roku Ostwald obronił pracę doktorską „Badania objętościowo-chemiczne i optochemiczne”, w której zaczął systematycznie stosować metody fizyczne do rozwiązywania problemów chemicznych. W 1881 został profesorem w Politechnice w Rydze. Ostwald zajmował się pomiarami powinowactwa chemicznego, prowadził badania kalorymetryczne i badał dynamikę chemiczną. Problemy teorii roztworów i elektrochemii wysunęły się na pierwszy plan w pracy Ostwalda już na początku jego działalności badawczej. W latach 1885-1887 Ostwald opublikował dwutomowy „Podręcznik chemii ogólnej”, w którym przedstawił główne postanowienia doktryny jonów, których większość chemików odmówiła wówczas uznania, i podkreślił znaczenie chemii fizycznej jako niezależnej nauki. Pojawienie się tego podręcznika i założenie wraz z Arrheniusem i van't Hoffem w 1887 r. „Journal of Physical Chemistry” nie tylko zapewniło niezależność nowej dyscypliny naukowej, ale także przygotowało drogę do przeniknięcia fizyki do wszystkie dziedziny chemii. Badając przewodność elektryczną kwasów przy różnych rozcieńczeniach, Arrhenius ustalił już w latach 1884–1886, że przewodność elektryczna kwasów wzrasta wraz z rozcieńczaniem i asymptotycznie zbliża się do pewnej wartości granicznej. Odkrył, że w przypadku roztworów słabych kwasów (bursztynowych itp.) I zasad wzrost molekularnej przewodności elektrycznej wraz z rozcieńczeniem jest znacznie bardziej zauważalny niż w przypadku mocnych kwasów, na przykład siarkowego itp. W 1888 roku zaproponował metodę oznaczania zasadowości kwasów przez przewodnictwo elektryczne ich roztworów i wykazał, że szybkość reakcji chemicznej w roztworach zależy tylko od zdysocjowanej części substancji rozpuszczonej (od stężenia jonów). W tym samym roku Ostwald wyprowadził zależność dla binarnych słabych elektrolitów, którą nazwał prawem rozcieńczania. W tym konkretnym przypadku prawa działania masy formułuje się zależności między stałą dysocjacji elektrolitu, przewodnością elektryczną i stężeniem roztworu. Nowe prawo stało się podstawą chemii roztworów wodnych. W jednej ze swoich prac Ostwald podał matematyczne sformułowanie prawa rozcieńczenia. „Prawo rozcieńczania W. Ostwalda", pisze Yu., nie ma ono zastosowania. Naukowcy z końca XIX i początku XX wieku przeprowadzili liczne badania, aby wyjaśnić przyczynę niepodporządkowania silnych elektrolitów prawu rozcieńczania. Płodność teorii dysocjacji elektrolitycznej szczególnie wyraźnie przejawiało się w tym, że z powodzeniem wykorzystywano ją do wyjaśniania mechanizmu wielu reakcji chemicznych oraz natury różnych związków, np. złożonych. W 1889 r. naukowiec, biorąc pod uwagę wyniki analiz wód mineralnych, zauważył rozbieżność między tymi danymi a teorią dysocjacji elektrolitycznej. Ponieważ wszystkie te sole są elektrolitami, Ostwald uważa, że są one zdysocjowane na jony. Z tego powodu zrewidował materiał chemii analitycznej i stworzył podręcznik „Naukowe podstawy chemii analitycznej” (1894), który odegrał ważną rolę w rozwoju nowoczesnej chemii analitycznej. Teoria dysocjacji elektrolitycznej była w stanie połączyć zarówno teorię roztworów, jak i teorię elektrochemiczną. Jak zasugerował Arrhenius, oba strumienie połączyły się w jeden. „Po ustanowieniu mechanicznej teorii ciepła — pisał Ostwald w 1889 roku — w naukach fizycznych nie było ani jednej serii idei tak obszernych, jak teoria rozwiązań van't Hoffa i Arrheniusa”. Zastrzeżenia do teorii opierały się głównie na fakcie, że ta zaproponowana przez Arrheniusa nadaje się jedynie do wyjaśnienia właściwości słabych elektrolitów. Aby przezwyciężyć tę wadę, Arrhenius przeprowadził liczne eksperymenty w celu udowodnienia stosowalności teorii do wszystkich elektrolitów. Ale te genialne podstawy teorii dysocjacji elektrolitycznej zostały dalej rozwinięte w pracach następnej generacji naukowców. Teoria dysocjacji elektrolitycznej została następnie udoskonalona dzięki pracom przede wszystkim N. Bjerrum, P. Debye i E. Hückel. Rozwinęli idee wyrażone wcześniej przez I. Van Laara, że niezwykłe zachowanie silnych elektrolitów można wyjaśnić działaniem sił kulombowskich. Autor: Samin D.K.
▪ promieniowanie rentgenowskie ▪ Koncepcja językowa Saussure'a
Hałas drogowy opóźnia rozwój piskląt
06.05.2024 Bezprzewodowy głośnik Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024
▪ Inteligentna lodówka LG Smart InstaView ▪ Popcorn jako alternatywa dla styropianu
▪ Sekcja telewizyjna serwisu. Wybór artykułów ▪ artykuł W trakcie. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Kto wynalazł zapałki? Szczegółowa odpowiedź ▪ Artykuł Lacey. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Zielona telewizja. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony