После классических работ Анри Сент-Клер Девиля
по изучению процессов термической диссоциации, выполненных в конце 50-х гг. XIX столетия, на первый план выдвинулось изучение химических процессов и способов их осуществления. Применив разработанную им самим оригинальную методику, французский ученый показал, что вода, хлороводород, углекислый газ и ряд других устойчивых при обычных условиях соединений диссоциируют при высоких температурах. Работы А. Сент-Клер Девиля инициировали проведение интенсивных исследований по созданию теории химического равновесия.Анри Сент-Клер Девиль (1818–1881)
В центре зарождавшегося нового направления в химической науке оказался химический процесс
как таковой — его скорость и сопровождающие его явления, прежде всего, тепловой эффект реакции. Изучение химических превращений началось давно, но только во второй половине XIX столетия к большинству ученых пришло осознание того, что дальнейшее развитие фундаментальной науки и усовершенствование большинства технологических процессов невозможно без надежного физико-химического обоснования, без теоретических расчетов протекающих реакций.К концу XIX столетия химия подошла к своеобразному рубежу на пути своего развития. На основании Периодического закона Д.И. Менделеева, а также теории химического строения веществ А.М. Бутлерова стал возможен синтез новых веществ, встречающихся и не встречающихся в природе, а также открытие новых химических элементов и их соединений. Казалось бы, химики-органики и неорганики могли получить все, что они хотели, и тем самым снабдить промышленность всеми необходимыми веществами и материалами{318}
. Однако уже при первых попытках осуществить такие на первый взгляд простые процессы, как реакции получения NH3, SO3 и NO2, произошло первое разочарование во всесильности препаративной химии. Возникла своего рода тупиковая ситуация, выход из которой нашла только физическая химия.Препаративная химия при решении вопроса о химической природе вещества пользовалась разнообразными операциями разделения и очистки. Однако при этом целый ряд важнейших в практическом и теоретическом отношении материалов — металлические сплавы, шлаки, жидкие и твердые растворы — долгое время ускользал от внимания исследователей, поскольку для таких матералов не подходили обычные методики препаративной химии. Только физико-химические методы позволили выяснить природу сложных систем переменного состава, уяснить такие основные понятия химии, как химический индивид
, химическое соединение, фазы переменного состава{319}.Превращение химии из описательной науки в науку, изучающую причины
и механизмы химических превращений, произошло тогда, когда химические исследования конца XIX столетия стали прочно опираться на физические принципы, когда для объяснения условий протекания химического процесса на помощь пришла термодинамика. Обращение к физике было вызвано, главным образом, двумя причинами. Во-первых, стремлением существенным образом увеличить долю количественных результатов, поскольку достигшая своего расцвета классическая физика прочно опиралась на мощный фундамент математического подхода. Химики, следуя предначертаниям А.Л. Лавуазье, пытались перевести химические исследования на язык точных формул и уравнений.Во-вторых, к 1880 гг. в сферах физических и химических исследований образовались такие пограничные области, которые по мнению ученых, относились к второстепенным{320}
. Таким образом, на «периферии» двух этих наук образовался круг проблем, решением которых и занялась физическая химия (см. схему).Схема, иллюстрирующая круг научных проблем физической химии в момент ее зарождения
Уже к концу 80-х гг. XIX столетия выяснилось, что проблемы, находящиеся на границе между классическими теориями физики и химии, являются не периферийными, а центральными
. Именно они оказались связанными с самыми актуальными вопросами о состоянии вещества в растворах, о поведении атома, несущего заряд, о роли электрона в химии, о скоростях химических реакций, а также о химическом равновесии. Один из основоположников современной физической химии голландский ученый Я. X. Вант-Гофф (см. т. 1, глава 9, п. 9.9.2) формулировал эту новую отрасль естествознания как науку, посвятившую себя «введению физических познаний в химию с целью более плодотворного развития последней».Одним из основных направлений в эволюции учения о химическом процессе стало изучение природы химического сродства
, т. е. тех сил, которые порождают взаимодействие веществ и в результате которых образуются новые соединения. Вокруг этого направления группировались исследования в области термохимии, учения о химическом равновесии и химической кинетики.