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DESCOBERTAS CIENTÍFICAS MAIS IMPORTANTES
A lei das massas ativas. História e essência da descoberta científica
Diretório / As descobertas científicas mais importantes A lei da ação das massas está incluída na literatura científica e educacional como uma das leis básicas da química. O fato de que o processo de interação química depende do número de massas ativas foi confirmado por fatos provenientes tanto do campo da química orgânica quanto da inorgânica. G. Rose (1851), R. Bunsen (1853), D. Gladstone (1855) forneceram material para provar a existência de transformações químicas reversíveis e a possibilidade de mudar a direção da reação selecionando as condições adequadas ao seu curso. O químico francês Saint-Clair Deville (1818-1881) em 1857 provou que a decomposição de compostos químicos pode começar mesmo abaixo da temperatura de sua decomposição completa. Na época dessa descoberta, Henri Etienne Sainte-Clair Deville já era professor na Escola Normal Superior de Paris. Em 1861 tornou-se membro da Academia de Ciências de Paris. Foi St. Clair Deville quem desenvolveu o primeiro método industrial para a produção de alumínio (1854). O cientista francês também propôs um novo método para derreter e refinar a platina. Ele também sintetizou vários minerais. É interessante que em 1869 St. Clair Deville foi eleito membro correspondente da Academia de Ciências de São Petersburgo. Assim, no artigo de 1857 "Sobre a dissociação ou decomposição espontânea de substâncias sob a influência do calor" (1857), St. Clair Deville mostrou que sob a influência da temperatura, o vapor de água se decompõe em oxigênio e hidrogênio no ponto de fusão da platina (1750°C) e no ponto de fusão da prata (950°C). Mais tarde, em palestras sobre dissociação proferidas em 1864 perante a Sociedade Química Francesa, Saint-Clair Deville formula a conclusão final de seus experimentos: "A transformação do vapor d'água em uma mistura de hidrogênio e oxigênio é uma mudança completa de estado correspondente a um certo temperatura, e esta temperatura é constante durante a transição de um estado para outro, em qualquer direção que essas mudanças possam ocorrer. Este "fenômeno da decomposição espontânea da água, proponho chamar dissociação". Note-se que tal definição abrangeu apenas os casos "em que a decomposição ocorre parcialmente e a uma temperatura inferior à temperatura que corresponde à destruição absoluta do composto". O cientista francês mostrou que alguns compostos, mesmo os mais estáveis, se dissociam facilmente em altas temperaturas (1200-1500 °C). O equilíbrio químico estabelecido neste caso pode ser controlado alterando a temperatura e a pressão. St. Clair Deville também propôs um método de "endurecimento" de reações químicas. "Aconteceu", escreve Yu. "tubo frio-quente" foi o seguinte. Através de um tubo de porcelana aquecido a alta temperatura, o gás de teste passou lentamente. No centro do tubo de porcelana, um tubo fino de prata passou por ao passar por um tubo de porcelana quente na direção oposta, monóxido de carbono sobre carbono de prata foi depositado no tubo e cloreto de prata foi obtido pela passagem de cloreto de hidrogênio.V. Saint Clair Deville associou o equilíbrio químico a dois processos interdependentes: combinação e decomposição. Seus trabalhos sobre dissociação térmica foram de suma importância para o desenvolvimento da teoria do equilíbrio químico. "... Os estudos de Henri Saint-Clair Deville, dedicados ao fenômeno da dissociação", escreveu J. Dumas, "são a maior aquisição não apenas da química, mas também da física. Graças à descoberta desse fenômeno capital ( dissociação térmica - Aprox. Aut.), ele descobriu um novo caminho na ciência - o caminho da convergência dos fenômenos químicos com os puramente físicos. O trabalho de St. Clair Deville sobre dissociação foi altamente valorizado por seu sucessor, o físico-químico russo N. N. Beketov. Eles constituem não apenas uma "época histórica no desenvolvimento da química", mas também "uma virada na direção do estudo da química. Desde então, o estudo (quase abandonado) dos fenômenos químicos começou novamente (em vez do estudo quase exclusivo estudo da composição e estrutura dos compostos), ou seja, o estudo da química estática caminhava lado a lado com o estudo da química dinâmica. Nikolai Nikolaevich Beketov (1827-1911) formou-se na Universidade de Kazan em 1848. De 1859 a 1887 foi professor de química na Universidade de Kharkov. Em 1886, Nikolai Nikolaevich tornou-se um acadêmico da Academia de Ciências de São Petersburgo. Os principais trabalhos do cientista são dedicados ao estudo da natureza da afinidade química, equilíbrio químico e termoquímica. Em 1864, Beketov organizou um departamento de física e química na Faculdade de Física e Matemática da Universidade de Kharkov, onde ele mesmo deu um curso sistemático de palestras sobre físico-química. Em 1859-1865, Beketov estudou a dependência dos fenômenos de deslocamento de alguns elementos por outros em condições físicas externas (temperatura, pressão, etc.). No exemplo de uma das reações - o deslocamento de metais de soluções de seus sais por hidrogênio - ele mostrou que "essa ação do hidrogênio depende da pressão do gás e da força da solução do metal, ou, em outras palavras, sobre a massa química do corpo recuperado." Ele descobriu que "a ação química dos gases depende da pressão e, dependendo da magnitude da pressão, pode até ser realizada na direção oposta". O cientista esclarece a posição dizendo que a ação de um gás é proporcional à pressão ou à massa. Sem dúvida, os dados de pesquisa do cientista russo foram de grande importância para o desenvolvimento da teoria do equilíbrio químico e para a preparação da descoberta da lei de ação das massas. Em 1862, apareceu o trabalho de M. Berthelot e L. Pean de Saint-Gilles, resumindo uma grande quantidade de material factual sobre a dependência do limite das reações de esterificação e saponificação das quantidades de substâncias que interagem - "Estudos sobre afinidade. a Formação e Decomposição dos Éteres." O próximo passo é dado por Henri Debret (1827-1888), um químico francês que trabalhou em 1855-1868 como assistente de Sainte-Clair Deville na Escola Normal Superior. Em 1867-1868, um professor da École Polytechnique de Paris faz uma generalização de que a pressão de um ou vários constituintes gasosos obtidos no processo de dissociação é constante a qualquer temperatura e não depende da quantidade da substância original que sofreu decomposição. Debreux mostrou que em muitos casos quando um sólido se dissocia, a pressão de dissociação não depende da quantidade de substâncias presentes, mas apenas da temperatura. Inicialmente, foram feitas tentativas para estabelecer os coeficientes de afinidade para cada proporção de massas tomadas separadamente. No entanto, mais tarde surge a ideia de encontrar uma maneira geral de calcular as condições de equilíbrio para qualquer quantidade de reagentes. Kato Maximilian Guldberg (1836-1902), químico norueguês, professor de tecnologia na Universidade de Christiania (agora Oslo), e Peter Waage (1833-1900), químico norueguês, professor de química na Universidade de Christiania, apresentou o equilíbrio em 1862-1867 reação de troca reversível como a igualdade de duas forças de afinidade atuando em direções opostas. Os autores formularam matematicamente a lei da ação das massas, construindo sua teoria sobre a condição de equilíbrio geral, baseando-se nos dados experimentais de M. Berthelot e Pean de Saint-Gilles, bem como em seus próprios resultados. Eles aderiram à interpretação mecânica da natureza das forças de afinidade adotada nos anos sessenta. Guldberg e Waage escreveram: “Acreditamos que, para determinar a magnitude das forças químicas, é necessário estudar os processos químicos sempre sob tais condições que ambas as direções opostas se manifestem simultaneamente ... Se assumirmos que duas forças opostas atuam em um determinado processo químico: um, tendendo a formar novas substâncias, e o outro é restaurar os compostos originais a partir de novos, torna-se óbvio que quando essas forças no processo químico se tornam as mesmas, o sistema está em equilíbrio. Em 1867, em sua monografia "Investigations into the Forces of Chemical Affinity", Guldberg e Waage mostraram que as reações químicas ocorrem tanto na direção direta quanto na direção reversa. "A força que causa a formação de A e B aumenta proporcionalmente ao coeficiente de afinidade para a reação A + B = A' + B', mas, além disso, depende das massas de A e B. Deduzimos de nossos experimentos que a força é proporcional ao produto das massas atuantes dois corpos A e B... "Forças" de reações diretas e inversas são equilibradas..." Esta é a lei das massas atuantes. Guldberg e Waage concluem seu trabalho da seguinte forma: “Embora não tenhamos resolvido o problema da afinidade química, esperamos ter expressado uma teoria geral das reações químicas, ou seja, a consideração daquelas reações nas quais um estado de equilíbrio entre forças opostas ocorre lugar... O objetivo do nosso trabalho foi mostrar, em primeiro lugar, que nossa teoria explica os fenômenos químicos em geral, e, em segundo lugar, que as fórmulas baseadas nessa teoria concordam muito bem com experimentos quantitativos... Todos os nossos desejos seriam atendidos se, através deste trabalho, tivéssemos tempo para chamar a atenção séria dos químicos para um ramo da química que, sem dúvida, foi muito negligenciado desde o início deste século." Em 1879, um novo artigo de Guldberg e Waage apareceu - "Sobre afinidade química". Aqui, os cientistas dão uma explicação molecular-cinética de reações químicas e equilíbrios em vez de idéias sobre a ação de "forças" estáticas. Explicando o processo de equilíbrio de reações opostas, os autores acreditam que “não basta uma simples suposição sobre as forças de atração entre substâncias ou suas partes constituintes... O estado de equilíbrio que ocorre em tais processos químicos é o estado de equilíbrio móvel, pois duas reações químicas opostas ocorrem simultaneamente: não só ocorre a formação de A' e B', mas também a formação inversa de A e B. de cada um desses pares são formados por unidade de tempo, há um equilíbrio. Com base em sua interpretação do equilíbrio químico, Guldberg e Waage pela primeira vez fornecem uma derivação cinética da lei da ação das massas. Eles concluem que a taxa de reação é determinada pela probabilidade de colisão das partículas que interagem. Em 1880, um grande número de trabalhos apareceu em apoio à lei da ação de massa. Posteriormente, foi possível estabelecer a inaplicabilidade desta lei a sistemas não ideais. A "modernização" da fórmula de concentração tornou possível aplicar com sucesso a lei da ação das massas para estudar o equilíbrio das reações químicas. Hoje, a lei serve como a equação básica da cinética química usada para calcular os processos tecnológicos. Autor: Samin D. K.
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