4. Уявлення про хімічну спорідненість у XVII – XVIII столітті

За думкою відомого історика хімії Коппа майже вся хімія може розглядатися як ланцюг застосувань та прикладів учення про спорідненість.. Перша уява про спорідненість з’явилась ще в 5 ст. до н. е.. коли Гіппократ стверджував, що сполучення двох тіл відбувається лише при наявності в них загального принципу. Очевидно, звідси пішла сентенція, що подібне реагує з подібним, про що говорив Альберт Великий, вводячи своє affinitas.

Уже в XVII столітті І.Юнгіус (1587 – 1657) трактував хімічний процес як з’єднання та роз’єднання атомів. Він першим припустив, що в хімічній сполуці повинен існувати зв’язок та називав це поняття або зчепленням (cohaesio) або спорідненістю (affinitas) .

Пояснення Бойлем хімічної спорідненості базувалось на механістичних уявленнях про відповідність форм частинок, подібно ключу та замку . Ніколя Лемері (1645 – 1715) у своєму ”Курсі хімії” пояснював способи з’єднання кислот із металами , содою, тощо. Частинки кислот , закінчуючись шпичаками, про що свідчить їх кислий смак, здатні проникати в речовини , що містять пори, наприклад, луги.

З першої половини XVIII століття механістичні уявлення стали зникати. У 1704 році Ньютон у своїй “Оптиці “ хімічні процеси звів до взаємодії речовин за рахунок сил тяжіння різної інтенсивності.

Одним із перших хіміків, що звернувся до проблеми хімічної спорідненості (1718 р.) , був француз Етьєн Франсуа Жоффруа – старший (1672 – 1731). Він здійснював досліди із взаємодії кислот із лугами. Отримавши сіль дією їдкого лугу на кислоту, він потім діяв на цю сіль іншою кислотою. Якщо ця інша кислота мала більшу спорідненість до лугу, ніж перша, вона витісняла із солі першу кислоту. Базуючись на цих дослідах, Жоффруа склав таблиці, які є першою спробою кількісного визначення спорідненості. Жоффруа замість “спорідненості “ вжив “відношення “, бо паризька академія наук негативно ставилась до Ньютона. Потім Ньютоніанство перемогло й у Франції, і цікавість до спорідненості відродилася.

В 1732 році Герман Бургаве (1686 – 1738, див. розділ про флогістон) указав на спорідненість двох несхожих речовин (усупереч існуючим тоді уявленням) – кислот та металів. Бургаве помітив, що чим дужче хімічно відрізняються речовини, тим більшу спорідненість вони мають. Це вже було новим у теоретичних уявленнях про спорідненість.

В цей період спорідненістю займалось багато вчених. Свої таблиці спорідненості склав Джозеф Блек . Цими таблицями користувався навіть Торнберн Улаф Бергман (1735 – 1784), швед, професор хімії Упсальського університету, дослідження якого з проблем спорідненості отримали історичне значення. Він увів поняття про декілька видів спорідненості, причину спорідненості бачив у силі тяжіння між взаємодіючими частками. Ця сила різна у різних тіл, але постійна для одного і не залежить від його кількості. Схоже, що вже Бергман почав нейтралізувати кислоти лугами та визначати сполучні ваги (еквіваленти). Спорідненість він оцінював кількістю речовин (еквівалентом), що з’єднувались одна з одною. Бергман склав більше 50 таблиць спорідненості речовин, досліджених при високій температурі (сухим шляхом) , та в розчині при звичайних температурах (вологим шляхом).

Багато дослідників звертали увагу на явище впливу температури на спорідненість. До них треба віднести Шталя та Бергмана.

Карл Фрідріх Венцель (1740 – 1793) , управитель ливарним заводом у Фрейберзі, силу хімічної спорідненості ототожнював із визначеною кількістю речовини, необхідної для насичення (чи нейтралізації) визначеної кількості кислоти або лугу (як і інші до нього та паралельно з ним). В наслідок цього з’явились роботи Венцеля з кількісного визначення сполучних ваг. З метою виміру спорідненості Венцель визначав швидкість розчинення металів у кислотах різної концентрації і встановив зворотну залежність спорідненості речовин до загального розчинника від часу розчинення. Тобто Венцель першим увів поняття часу в хімічних реакціях (поклав початок кінетичним дослідженням). Але, на жаль, роботи і Бергмана, і Венцеля залишились непоміченими для багатьох хіміків того часу.

Грунтовно вимірюванням сполучних ваг у реакціях кислот, лугів та солей зайнявся Ієремія Веніамін Ріхтер (1762 – 1807) , хімік технолог із Сілезії, помер у Берліні. З його творів треба згадати “Початкові основи стехіометрії та мистецтва виміру хімічних елементів”. Базуючись на аналізах солей, Ріхтер склав ряди відносних вагових кількостей кислот та лугів, що складають солі, і назвав їх рядами нейтралізації. Розрахунок складу солей на базі цих рядів він назвав стехіометрією (вимір стихій чи принципів тіл).

Ріхтер виходив із закону нейтралізації, встановленого Венцелем. У своїх рядах він бачив закон природи, що виражає силу спорідненості між кислотами та лугами через сполучні маси. Ріхтер пробував скласти геометричну прогресію числових співвідношень кислот та лугів у солях для доказу вигаданого ним закону. Він не визнавав атомну теорію, тому і не зміг розвинути відкриту ним стехіометрію. Одначе ці ряди привернули увагу деяких хіміків . Так, Г. Фішер (1754 – 1831) , публікуючи в Берліні переклад книги Бертоле “Дослідження законів спорідненості”, додав таблицю сполучних ваг Ріхтера. В подальшому сам Бертоле вставив в іншу свою книгу “Досвід хімічної статики” (1803) ту ж саму таблицю. Не зважаючи на це, ідеї, що лягли в основу цієї таблиці, не отримали подальшого розвитку в роботах учених XIX століття. Треба підкреслити, що саме Ріхтер сформулював закон еквівалентів.

На рубежі XVIII та XIX століть виникла ще одна теорія спорідненості Клода Луї Бертоле. Він виходив із того , що сили спорідненості подібні ньютонівським силам тяжіння. Однак, на відміну від взаємодії космічних тіл сили хімічного тяжіння виявляються на дуже малих відстанях у залежності від різних умов: від температури, тиску й особливо , від густини реагуючих речовин. Густина, за думкою Бертоле, є функція двох сил – зчеплення та пружності. Коли переважають сили зчеплення, виділяється осад, у протилежному випадку - газ, в умовах рівноваги обох сил речовина є рідиною. Спорідненість пропорційна добутку сил тяжіння та кількості реагуючих речовин. Цей добуток Бертоле назвав “хімічною масою”.

В разі витіснення із солей кислот чи лугів більш сильними кислотами чи лугами ( а також при подвійному обміні : AB + CD = AC + BD ), як вважає Бертоле, відбувається розподіл кислоти між двома лугами (і навпаки) у відповідності до сили спорідненості, тобто прямо пропорційно хімічним масам кислот та лугів. При умові, що не утворюється осад чи газ, обидві солі в розчині знаходяться в стані рівноваги. В цьому разі їх неможливо розділити. Але така рівновага може бути порушена , наприклад, за випарювання, і тоді солі можна буде розділити.

Виходячи з цих міркувань, Бертоле вважав, що сама по собі здатність кислот та лугів витісняти із солей відповідні кислоти та луги не може бути критерієм для визначення сили спорідненості. Тим самим він заперечив точку зору Бергмана про силу спорідненості. Виходячи з цього ж, він вважав, що склад сполук може змінюватись, і не повинен бути постійним. Тобто він не визнавав закону постійності складу Пруста.

Як бачимо, хіміки того періоду були ще дуже далеко від вирішення проблеми спорідненості, але перші кроки були зроблені, тобто перші спроби кінетичних досліджень та виникнення поняття хімічної рівноваги.