Оповідання з хімії - Юрій Якович Фіалков

Чергова стаття Бейкера поставила все на свої місця.) Була визначена густина пари речовин, підданих тривалому осушуванню. А знаючи густину пари, можна визначити молекулярну вагу речовини в паровидному стані. Ці вимірювання показали, що молекулярні ваги вивчених речовин у всіх випадках перевищують визначені. Так, молекулярна вага діетилового ефіру (С2Н5)20, як виявилось, дорівнює 170. Коли ж скласти вагу всіх атомів, що входять в молекулу діетилового ефіру, то вийде величина 12∙4 + 10 + 16 = 74. Виходить, що молекули ефіру, підданого тривалому осушуванню, збираються в агрегати, по двоє-троє. До такого висновку можна прийти тому, що виявлена молекулярна вага в два-три рази перевищує розраховану.

Подібні результати показали й інші речовини. Так, молекулярна вага метилового спирту перевищувала визначену майже втроє, молекулярні ваги брому, бензолу та чотирихлористого вуглецю збільшились у півтора раза, гексану — вдвоє, сірковуглецю — в 2,7 раза і т. д.

Отже, всі висушені і дуже чисті речовини знаходяться в парах у вигляді агрегатів молекул, або, як кажуть, в асоційованому стані. В рідинному стані величина цих агрегатів, або ступінь асоціації, повинна бути ще більшою. Тепер зрозуміло, чому температура кипіння цих рідин так відрізняється від температури кипіння рідин звичайних. Природно, що енергія, потрібна для відриву одної від одної молекул з меншою молекулярною вагою, повинна бути меншою, ніж для молекул з більшою молекулярною вагою. А звідси — і підвищення температури кипіння. Здавалось, тепер вже можна полегшено зітхнути, бо знайдено ключ до всіх знаків запитання: молекули дуже чистих речовин збираються в агрегати, і цим вони відрізняються від молекул речовин просто чистих. Все інше — наслідок цього явища.

Взяти хоча б перегонку гексану, про яку ми вже говорили. Спочатку в газоподібний стан переходять прості молекули, а потім складні, які зв’язані по двоє-троє і т. д. Ось чому перегонка гексану йде не при одній температурі, а в деякому інтервалі.

Однак тільки тепер починаються найнезрозуміліші речі. Явище асоціації само по собі не викликає здивовання.

Хімікам відома величезна кількість речовин, які в рідкому та газоподібному стані асоційовані. Якщо ми визначимо молекулярну вагу пари, наприклад, оцтової кислоти, то знайдемо, що вона дорівнює 120, тоді як теоретично молекулярна вага цієї речовини — СН3СООН — дорівнює 60. Отже, в оцтовій кислоті молекули тримаються попарно.

Таких прикладів можна навести ще багато.

Усі речовини, здатні до асоціації, мають спільну властивість: позитивний заряд їхньої молекули зосереджений в одній частині, а негативний — в іншій. Молекули оцтової кислоти побудовані саме так і це пояснює, чому молекули оцтової кислоти намагаються об’єднатися. Позитивний полюс однієї молекули притягує негативний полюс іншої. У рідинному стані, коли віддалі між молекулами значно зменшуються порівняно з паровидним, агрегати молекул більші: вони можуть об’єднуватись по четверо, по шестеро і Т. д.

Наскільки зрозуміла причина асоціації речовин, у молекул яких розділений електричний заряд, або, як кажуть вчені, молекули яких мають дипольний момент, настільки ж повинно бути очевидно й те, що речовини, які не мають його, не можуть асоціюватися. У більшості речовин, з якими експериментували Бейкер та Смітс, дипольний момент дорівнює нулю. Тому вони й не можуть асоціюватись.

Так на місце одного розв’язаного питання прийшло принаймні два. Перше: чому саме вода має такі чудові властивості, що найменші домішки її мають такий величезний вплив на властивості речовин? Друге: що примушує молекули речовин, які не мають дипольного моменту, асоціюватися всупереч законам фізики й хімії?.

Така вже доля вчених. Ніколи їм не досягти того рубежу, де можна було б сказати: «Все, більше в цій галузі вивчати нічого. Можна спокійно відпочивати». Одне розв’язане питання тягне за собою десятки інших.

Чому саме вода має такі виключні властивості? Очевидно, вона чимось дуже відрізняється від інших неорганічних і органічних речовин. Тоді якою своєю властивістю? Може, густиною і в’язкістю? Ні, сотні речовин мають такі ж величини цих властивостей, як вода. Може, поверхневим натягом, показником заломлення, температурою кипіння або плавлення? Ні, і ці властивості води не показові. Може, електропровідність, дипольний момент або діелектрична стала? Так. Здається, вона. Справді, діелектрична стала води дуже відрізняється від діелектричних сталих інших речовин.

Діелектричною константою у фізиці називають величину, яка показує, в скільки разів ослаблюється електрична взаємодія в даному середовищі в порівнянні з пустотою. Для води ця величина дорівнює 81. Для бензолу, наприклад, вона становить 2,2, для гексану — 1,9.

Погляньмо на таблицю, де зведено дані діелектричних сталих речовин. Жодна речовина не може зрівнятися в цьому відношенні з водою. Найближча до води — мурашина кислота, але і в неї діелектрична стала у 1,5 раза менша.

Може, саме в надзвичайно великій діелектричній константі полягає гідна подиву дія домішок води?

Припустимо, що молекули всіх речовин, Навіть тих, у яких молекули мають дипольний момент, який дорівнює нулеві, притягуються одна до одної якимись силами, природа яких нам ще невідома. А втім, якими б не були ці сили, вони повинні бути електричними, отже, повинні підлягати законам електричного притягання — законам Кулона.

Якщо є якась чиста речовина, то що міститься між двома молекулами цієї речовини? Нічого, пустота! Отже, сили електростатичного притягання в даному випадку, в пустоті, найбільші. Що ж станеться, коли між двома цими молекулами опиниться молекула якоїсь сторонньої речовини?

Звичайно, сила взаємодії між цими двома молекулами значно ослабне. А якщо ця стороння молекула, до того ж молекула такої речовини, як вода, з найбільшою діелектричною сталою, тобто в середовищі якої сили електростатичної взаємодії ослаблюються найбільше, то легко припустити, що ніякого притягання між молекулами основної речовини вже не буде.

Такі міркування треба було підтвердити дослідами. І підтвердження не забарились.