Страницы истории науки и техники

Кириллин Владимир Алексеевич

Актиноиды — семейство радиоактивных металлов, состоящее также из 14 элементов с атомными номерами z = 90 — 103, близки между собой по строению электронных оболочек ядер атомов. Как и лантаноиды, они входят в побочную подгруппу III группы таблицы элементов. Все изотопы актиноидов обладают радиоактивностью и в своем большинстве получены искусственным путем — в результате ядерных реакций. Все актиноиды, расположенные в таблице вслед за ураном, носят название трансурановых элементов.

Каково же значение периодической системы элементов и роли Менделеева в ее создании?

Периодическая система химических элементов имела и имеет огромное значение в развитии не только химии, но и естествознания в целом. Закономерности периодической системы содействовали разработке теории строения атомов, а эта последняя решающим

образом помогла создать периодическую систему в ее современном виде. Периодическая система элементов помогает решению многих задач химии, таких, например, как синтез веществ с заранее заданными свойствами или разработка новых полупроводниковых материалов и различных катализаторов.

Великий русский ученый Д. И. Менделеев открыл один из фундаментальных законов природы — периодический закон элементов, на основании которого им была построена периодическая система элементов. Закон и система носят имя Менделеева. Естественно, что периодическая система элементов за последующие годы получила дальнейшее развитие. Было, как уже говорилось, установлено, что основной величиной для каждого элемента системы Менделеева является порядковый номер, значение которого есть электрический заряд ядра атома элемента. Имя Д. И. Менделеева вошло в историю науки.

Л. Полинг и П. Полинг в книге «Химия» пишут: «Химию можно рассматривать в двух аспектах, выделяя описательную химию — открытие химических фактов и их описание — и теоретическую химию — разработку теорий, позволяющих после проверки установленных фактов обобщить их и представить в виде определенной системы [341] .

Нельзя глубоко постигнуть химию, просто изучив химические теории. Даже если студент выучит все известные теории, он не будет знать эту науку, поскольку большая часть химии (многие специфические свойства отдельных веществ) пока еще полностью не обобщена химическими теориями» [342] .

341

Широчайшую научную область, охватываемую химией, можно подразделить иначе. Важным представляется деление па органическую и неорганическую химию. Органическая химия — химия соединений углерода, в частности таких, которые входят в состав тканей растений и животных. Неорганическая химия — химия соединений всех остальных элементов, кроме углерода. Каждое из этих направлений химии является частично описательным, частично теоретическим. Многие другие разделы химии, которые, в общем, являются частями органической или неорганической химии, также получили свои названия; таковы аналитическая химия, физическая химия, биохимия, ядерная химия, промышленная химия (химическая технология) и т. д. Их содержание ясно из самих названий. — Примеч. Л. Полинга и П. Полинга.

342

Полинг Л., Полинг П. Химия, с. 11.

Следуя путем, указанным Л. Полингом и П. Полингом, мы приведем несколько примеров как теоретического, так и практического развития химии.

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.

343

[А₁], [А₂] и т. д. означают концентрации соответствующих веществ.

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.