1. Логические основы учения о химическом процессе

Ввиду того, что практически все сто процентов химических реакций начинаются с взаимодействия двух реагентов, факторами, определяющими направление и скорость реакций, яв­ляются: 1) состав и структура первого реагента А; 2) состав и структура сореагента В; 3) взаимодействие молекул А и В как акт передачи протона (кислотно-основное взаимодействие) или элек­трона (окислительно-восстановительное взаимодействие).

Однако при действии сильных оснований, могущих оторвать даже прочно привязанный к углероду ковалентной связью водород, ме­тан становится кислотой (!):

Это означает, что реакционная способность любого вещества А лишь наполовину обусловливается его составом и структурой и ровно наполовину — природой сореагента В. В самом деле, если сореагент—сильная кислота, то реагент становится основанием, и наоборот. Если сореагент — сильный окислитель, реагент будет восстановителем. Даже такое инертное и нейтральное соединение, как метан, становятся основанием в случае воздействия на него сильных кислот. Молекула метана является ярким примером насы­ щенного соединения; все четыре валентности ее углеродного атома насыщены водородными атомами. Но такая сильная кислота, как HBF₄, способна навязать метану еще один атом водорода и превра­ тить его в.метоний:

История химии показывает, что амфотерность, присущая неор­ганическим веществам, и двойственная реакционная способность, характерная для органических соединений, есть проявление всеоб­щей закономерности — двойственной реакционной способности лю­бого вещества, вступающего в реакцию. Именно эта двойственность поведения вещества как природного объекта и обусловила появле­ние учения о двойственной реакционной способности в химии.

Но какими извилистыми путями, с какими трудностями форми­ровалось и развивалось это учение! Чтобы прийти к выводу о том, что всякое вещество А обладает двойственной реакционной способ­ностью в зависимости от природы сореагента В, потребовалось сто­летие.

Первое объяснение двойственной реакционной способности орга-' нических соединений дано А. М. Бутлеровым [2, с. 343]. Он ис­ходил из предположения о расщеплении одного вещества на два изомера и о наличии в связи с таким расщеплением равновесной

108

изомерии, которая была названа таутомерией. Это объяснение бы­ло подтверждено экспериментально обнаружением двух таутоме-ров в ацетоукеусном эфире — кетонной и енольной форм. Учение о таутомерии с тех пор сделалось важнейшей составиой частью структурной органической химии. Но почти столетие спустя А. Н. Несмеянов и М. И. Кабачник обнаружили, что таутомеры са­ми обладают двойственной реакционной способностью, которая обусловлена уже не расщеплением одного вещества на два изоме­ра, а раздвоением свойств изомера как целого. Это открытие по­служило основанием для распространения того объяснения двойст­венной реакционной способности веществ, которое применялось к неорганическим соединениям и даже к отдельным элементам, а именно через амфотермость. Это объяснение подкреплялось всем ходом изучения процессов кислотно-основного и окислительно-вос­становительного взаимодействий. Оно нашло обоснование в так называемой расширенной теории кислот и оснований Бренстеда— Лоури — Усановича [3, гл. V].

История химии, таким образом, показала, что каждое вещество обладает двойственной реакционной способностью, которая, во-пер­вых, является действенной стороной раздвоения свойств единого целого — данного вещества, а во-вторых, — функцией взаимодейст­вия этого вещества с другим веществом. История химии показала, далее, что нет никаких оснований утверждать, что таутомерия яв­ляется единственной причиной двойственной реакционной способ­ности, та>к как она представляет равновесное состояние двух изо­меров А и В, каждый из которых, являясь индивидуальным веще­ством, в свою очередь обладает двойственной реакционной способ­ностью как по линии реакций с перенесением реакционого центра, так и по линии реакций кислотно-основного или окислительно-вос-становительного типов.

Отождествлять таутомерию с причинной обусловленностью двойственной реакционной способности — это значит сводить про­тивоположности, свойственные каждому предмету, к механическо­му разделению последнего на два предмета.

Синтез представлений о двойственной реакционной способности веществ и многокомпонентности кинетических систем. Выводы о двойственной реакционней способности веществ имеют основопо­лагающее значение для учения о химическом процессе: они явля­ются логической основой этого учения как новой концептуальной системы. Дело в том, что в классической химии на уровне ее второй концептуальной системы химические реакции обычно интерпрети­ровались как взаимодействие только двух реагентов A+B. Но та­кой взгляд на химический процесс был грубой идеализацией. В хо­де более детального изучения химических процессов постепенно стало выясняться, что в любых химических реакциях, проводимых с целью получения из исходных реагентов А и В продукта С, при­нимают участие еще и другие компоненты, в частности, случайно

109

попавшие примеси, специально добавляемые катализаторы, раство­рители или даже стенка сосуда. И тогда стало ясно, что по отноше­нию к реагенту А первым сореагентом может быть не В, но любой из них, например катализатор. Известно, что реакция гидратации этилена в итоге представляет собой присоединение молекулы воды по двойной связи:

Но еще в работах М. Бсртло и А. М. Бутлерова было показано, что в действительности эта реакция протекает лишь в присутствии ка­тализатора (К), например серной кислоты, и представляет собой по меньшей мере комплекс двух реакций:

Отсюда последовал вывод, что в принципе двойственная реакцион­ная способность любого вещества А как исходного сырья является следствием его взаимодействия с любым другим веществом, ока­завшимся в зоне реакции и способным к обмену с веществом А протонами или электронами. А это означает, что на ход целевой базисной реакции А+В = С могут оказывать влияние все другие компоненты кинетической системы. Одни из них окажутся катали­заторами, другие ингибиторами, третьи, взаимодействуя с реаген­тами или друг с другом, будут приводить к образованию побочных продуктов.

Таким образом выяснилось, что явление двойственной реакци­онной способности необходимо распространить на каждый из уча­стников химического процесса X при его взаимодействии с каждым другим участником Y. Определение характера химического процес­са в целом предстало после этого своеобразной задачей мяогих тел, решить которую было если не невозможно, то крайне трудно. И тем не менее даже в таком сложном переплетении взаимодействий ока­залось возможным установить наличие определенной упорядочен­ности.

История поиска этой упорядоченности и представляет собой ис­торию появления и развития различных кинетических теорий, каж­дая последующая из которых описывает механизм процесса все более разносторонне, глубже, раскрывая все новые факторы, обус­ловливающие его направление и скорость.

по