Ta'sir etuvchi massalar qonuni

Massalarning saqlanish qonuni

Kimyoga oid ilmiy va o‘quv adabiyotlarida "ta'sir etuvchi massalar qonuni" ushbu fundamental fanning eng asosiy qonunlaridan biri sifatida keltiriladi. Kimyoviy o‘zaro ta'sir jarayoni ta'sirlashayotgan massalarning miqdoriga bog‘liq ekanini ham organik kimyo, ham anorganik kimyo sohalaridan kelib chiqayotgan faktlar yaqqol isbotlab turardi. Avvaliga G. Roze 1851-yilda va keyinroq Bunzen 1853-hamda, Gledston 1855-yillarda kimyoviy reaksiyalarning borishida muayyan sharoit hozirlansa, unda reaksiya yo‘nalishini o‘zgartirib, kimyoviy shakl almashinishlarni teskari tomonlama qayta tashkil qilish mumkinligini ko‘rsatib berishdi. 1857-yilda esa, farang kimyogari Sent-Kler Devil (1818-1881) kimyoviy birikmalarning parchalanishi, ularning to‘liq parchalanish haroratidan ham pastroq haroratlarda ham boshlanishi mumkinligini isbotlab berdi. O‘zining ushbu kashfiyotini amalga oshirgan paytida Sent-Kler Devil allaqachon Parij Oliy Maktabining professori sifatida tan olingan va nom chiqargan olim edi. 1861-yilda u Parij Fanlar Akademiyasining a'zosiga aylandi. Alyuminiy metallini sanoat miqyosida ishlab chiqarish bo‘yicha ilk texnik usullarni ham aynan Devil ishlab chiqqan (1854-yil). Shuningdek, uning bajargan ilmiy tekshirishlari natijasida, Fransiya metallurgiyasi platina metallini ajratib olish va qayta ishlash bo‘yicha ham muhim yangi texnologiyalarni qo‘lga kiritgan. Qolaversa, olim Sent-Kler Devil turli tabiiy minerallarni sun'iy yo‘l bilan, ya'ni, kimyoviy sintez qilish usulini ham aniqlagan bo‘lib, bu narsa o‘sha zamon ilm-fani uchun juda katta ilmiy yangilik bo‘lgan edi. Yuqorida qayd etib o‘tilgan ulkan ilmiy ishlari sababidan, olim butun Yevropada katta obro‘ qozongan bo‘lib, ayniqsa, metallurgiya kompaniyalari o‘z oldilaridagi muammolarni ilmiy nuqtai nazarda tahlil qilib, ularga yechim topishda ko‘maklashishi uchun aynan Devilga murojaat qilishar edi.

Shunday qilib, 1857-yilda Sent-Kler Devil tomonidan yozilgan "Moddalarning issiqlik ta'sirida o‘z-o‘zidan parchalanishi, yoxud dissotsiatsiya haqida" nomli ilmiy ish nashrdan chiqdi. Unda Devil, platinaning erish harorati (1750 °C) va kumushning erish harorati (950 °C) ta'sirida suv bug‘ining kislorod va vodorodga parchalanishini aniqlaganini bayon etadi.

Keyinchalik, 1864-yilda Fransiya Fanlar Akademiyasi yalpi majlisida so‘zlagan ma'ruzasida Devil mazkur yo‘nalishda olib borgan o‘z ilmiy ishlari bo‘yicha yakuniy xulosani e'lon qiladi: "Suv bug‘larining vodorod va kislorod aralashmasiga aylanish hodisasi bu - muayyan haroratda moddaning holatining butunlay o‘zgarishi bo‘lib, modda holatining qaysi yo‘nalishda o‘zgarayotganidan qat'iy nazar, bu harorat o‘zgarishsiz qoladi. Moddaning bu tarzda o‘z-o‘zidan parchalanish hodisasini men "dissotsiatsiya" deb nomlashni taklif qilaman".

Shuni qayd etib o‘tish lozimki, Devil keltirib o‘tgan yuqoridagi ta'rif, birikmaning mutlaq parchalanish haroratiga mos keladigan harorat ko‘rsatkichidan ancha past bo‘lgan harorat uchun, hamda, parchalanish qisman yuz beradigan holat uchun mos kelardi xolos.

Devil shuni ko‘rsatib berdiki, hatto eng barqaror birikmalar ham, 1200-1500 °C haroratlarda osonlik bilan dissotsiyalanar ekan. Bu jarayonda yuzaga keladigan kimyoviy muvozanatni esa, harorat va bosimni o‘zgartirish orqali boshqarish mumkin.

Sent-Kler Devil o‘z izlanishlariga asoslanib, kimyoviy reaksiyalarni "toblash" usulini ham ishlab chiqdi. Unga ko‘ra, yuqori darajali harorat sharoitida kimyoviy muvozanatga kelgan biror sistemani tezkorlik bilan keskin sovutilsa, unda mazkur sistema, keskin sovitish jarayoni boshlangan ondagi holatida qotadi. Devilning o‘zi ushbu usulni "issiq-sovuq toblash" deb nomlagan va amalda quyidagicha bajarilgan: avvaliga sopol (yoki chinni) trubkani juda baland haroratgacha qizdirilgan va undan tadqiq qilinayotgan gazni sekinlik bilan o‘tkazilgan. Sopol trubkaning o‘rtasidan juda ingichka kumush trubka o‘tgan. Ushbu ingichka kumush trubkadan muzdek sovuq suv oqib o‘tib turgan. Kumush trubkadagi muzdek suvning oqish yo‘nalishiga qarshi, sopol trubkadan gaz holidagi biror kimyoviy birikma juda sekinlik bilan o‘tkazilgan. Agar sopol trubkadan is gazi (uglerod oksidi) o‘tkazilsa, unda ichkaridagi ingichka kumush trubka atrofida uglerod yig‘ila boshlagan va kislorod alohida bo‘lib ajralib chiqib ketgan; agar qizigan sopol trubkadan vodorod xlorid gazi o‘tkazilsa, kumush trubkaga xlor o‘tirib qola boshlagan va kumush xloridi birikmasi shakllangan. Keyinchalik, Sent-Klerning ushbu usuliga asoslanib, boshqa bir yetuk kimyogar, nemis olimi Valter German Nernst yuksak haroratda o‘rnatilgan kimyoviy muvozanatning miqdoriy qiymatini aniqlash mumkinligini isbotladi.

Sent-Kler Devil kimyoviy muvozanatni ikkita o‘zaro bir-birini taqozo etadigan jarayonlar bilan bog‘lab tushuntiradi. Bular birikish va parchalanish jarayonlaridir. Uning termik dissotsiatsiya borasidagi ilmiy ishlari kimyoviy muvozanat ta'limotining keyingi rivoji uchun o‘ta katta ahamiyatga ega bo‘ldi. Dissotsiatsiya hodisasini ko‘plab olimlar nafaqat kimyo fani uchun, balki fizika uchun ham nihoyatda katta yutuq bo‘lgan deb baholashadi. Xususan, J. Dyuma ushbu kashfiyotni (termik dissotsiatsiyani) "kapital hodisa" deb atagan va bu orqali "Devil kimyo va fizika fanlarini bir-biriga juda yaqinlashtirib qo‘ygan" deb baholagan edi.

Devilning mazkur tadqiqotlari o‘sha paytning yetakchi ilmiy dargohlarida ishlayotgan kimyogar olimlar orasida katta qiziqishga sabab bo‘ldi. Xususan, Xarkov universiteti fizika-matematika professori N.N. Beketov (1827-1911), bosim va harorat singari tashqi fizik omillar ta'sirida bir elementning boshqasini siqib chiqarishi hodisasini o‘rgana boshladi. Tuzlarning eritmalaridan metallarni ajratib chiqarilishi reaksiyalari misolida Beketov vodorodning ushbu xossasi metalli eritmaning to‘yinganlik darajasi hamda, gazning bosimiga bog‘liq ravishda o‘zgarishini ko‘rsatib bergan. Boshqacha so‘z bilan aytganda, u bu turdagi reaksiya natijasi, qaytarilayotgan jismning kimyoviy massasiga bog‘liq bo‘lishini ochib bergan. Beketov shunday yozgan edi: "Gazlarning kimyoviy ta'siri bosimga bog‘liq bo‘ladi va bosimning kattaligiga qarab, ta'sir teskari yo‘nalishda ham bo‘lishi mumkin". U gazning ta'siri massa yoki bosimga proporsional ekanini alohida ta'kidlab o‘tadi. Beketovning mazkur ilmiy natijalari ham, Devilning fundamental tadqiqotlariga qo‘shimcha ravishda, ushbu yo‘nalishdagi tadqiqotlarning keyingi rivoji yo‘lida katta xizmat qildi.

Ta'sir etuvchi massalar qonunini kashf etilishi yo‘lidagi navbatdagi muhim qadamni 1862-yilda olimlar M. Bertlo hamda de Sen-Jil tomonidan o‘zaro hammualliflikda e'lon qilingan "Turdoshlik haqida tadqiqot. Efirlarning hosil bo‘lishi va parchalanishi haqida" nomli ilmiy ish orqali tashlandi. Unda reaksiyalarning eterifikatsiya chegarasi hamda o‘zaro ta'sirlashuvchi massalar o‘rtasidagi bog‘liqlik haqida kattagina va umumlashtirilgan ilmiy natijalar taqdim etilgan edi.

Bu orada Sent-Kler Devilning shogirdi Anri Debre (1827-1888) ham o‘zining mustaqil ilmiy izlanishlarini boshlab yuborgan edi. Anri Debre 1855-1868 yillar mobaynida ustozi Devil bilan yelkama-yelka ishlagan bo‘lib, uning ilmiy merosxo‘ri bo‘lgan desak yanglishmagan bo‘lamiz. U keyinchalik Parij Politexnika Oliy maktabida kimyo fanidan dars bera boshlagan va o‘z ma'ruzalarida o‘zining mazkur yo‘nalishda olib borayotgan tadqiqotlari haqida ham axborot berib borgan. Chunonchi uning 1867-1868 yillarda o‘qigan ma'ruzalarida shunday xulosalarni keltiradi: dissotsiatsiya jarayonida olingan gazsimon qism yoki qismlarning bosimi, istalgan biror barqaror harorat ostida doimiy bo‘ladi (ya'ni harorat muayyan darajada tursa, bosim ham o‘zgarmaydi) va bu bosim parchalanishga uchragan boshlang‘ich moddaning miqdoriga hech qanaqasiga bog‘liq bo‘lmaydi. Debre aniqlagan eng muhim ilmiy fakt shu ediki, qattiq modda dissotsiatsiyaga uchrasa, dissotsiatsiya bosimi dissotsiatsiyaga uchragan modda miqdoriga bog‘liq bo‘lmaydi, aksincha, bu bosim faqat dissotsiatsiya yuz bergan vaqtdagi sistemaning haroratiga bog‘liq bo‘ladi.

Debrening olgan natijalari asosida kimyogarlar avvaliga muayyan massa va dissotsiatsiya jarayoni orasidagi bog‘liqlik koefitsientlarini aniqlashga urinib ko‘rishdi. Biroq, bu boradagi ko‘plab olimlarning har qancha urinishlari besamar ketdi. Keyinroq esa, o‘zaro reaksiyaga kirishayotgan moddalarning istalgan miqdori uchun muvozanat shartlarini aniqlash imkonini beradigan umumiy usulni aniqlashga harakatlar boshlandi. Bu borada eng muhim va izchil ilmiy ishlarni Norvegiyalik kimyogarlar olib borishgan.

1862-1868 yillarda Norvegiyaning Xristianiya universiteti olimlari Kato Maksimillan Guldberg (1836-1902) hamda, Piter Vaage (1833-1900) vanihoyat ushbu masalalar yuzasidan hal qiluvchi tadqiqotlarni o‘tkazishdi va ilmiy jamoatchilikka taqdim qilishdi. Ular ishlagan Xristianiya universiteti hozirgi Oslo universitetining aynan o‘zi bo‘lib, ushbu olimlar o‘z tekshirishlarida Bertlo hamda Sen-Jilning ilmiy ishlariga suyanishgan. Guldberg va Vaage qaytariluvchi almashinish reaksiyalarining muvozanatini o‘zaro qarama-qarshi yo‘nalishlarda ta'sirlanuvchi kuchlarning tenglamasi bilan ifodalab berishdi.

Guldberg hamda Vaagening e'lon qilgan ilmiy ishida shunday jumlalarni o‘qish mumkin: "Biz shunday deb o‘ylayapmizki, kimyoviy kuchlarning kattaligini aniqlash uchun kimyoviy jarayonlarni doimo shunday sharoitlarda tadqiq etish kerakki, toki o‘zaro kimyoviy ta'sirlashayotgan kuchlar har doim bir vaqtning o‘zida va qarama-qarshi yo‘nalishda paydo bo‘lsin... Agar, bunday kimyoviy jarayonda ikkita o‘zaro qarama-qarshi kuch ta'sirlashsa va ularning biri yangi moddalar hosil qilishga urinsa va ikkinchisi aksincha, hosil qilingan yangi moddalardan yana boshlang‘ich moddani hosil qilishga urinsa, unda ochiq ravshan ma'lum bo‘ladiki, kimyoviy jarayonda ushbu kuchlar o‘zaro tenglashsa, sistema muvozanatga keladi".

Guldberg va Vaage 1867-yilda "Kimyoviy o‘xshash kuchlarni tadqiq qilish" nomli monografiyasida kimyoviy reaksiyalar ham to‘g‘ri ham teskari yo‘nalishlarda borishi mumkinligini bayon qilib berishdi. "A va B mahsulotlarning hosil bo‘lishiga olib keluvchi kuch A+B=A'+B' reaksiyaning kimyoviy mutanosiblik koefitsientiga proporsional ravishda o‘sib boradi, lekin bu kuchning qiymati, bundan tashqari A va B ning massalariga ham bog‘liq bo‘ladi. Biz o‘z tajribalarimizda shuni aniqladikki, ushbu kuchning qiymati, o‘zaro ta'sirlashayotgan jismlar massalarining ko‘paytmasiga proporsional ekan. To‘g‘ri va teskari reaksiyalarning kuchlari o‘zaro muvozanatlashadi".

Olimlar mazkur monografiyani quyidagicha xulosa bilan yakunlashadi: "Garchi biz kimyoviy mutanosiblik muammosini hal qilib bera olmagan bo‘lsak-da, lekin umid qilamizki, biz kimyoviy reaksiyalarning umumiy nazariyasini, aynan aytganda esa, o‘zaro qarama-qarshi kuchlarning muvozanatlanishi yuz beradigan reaksiya turlarining nazariy asoslarini ochib bera oldik... Bizning ushbu ilmiy risolamizning maqsadi, avvalo bizning nazariyamiz kimyoviy jarayonlarni umumlashtirilgan holda bayon qilish imkonini berishini ko‘rsatish bo‘lgan bo‘lsa, qolaversa, ushbu nazariyadan kelib chiqqan formulalar o‘tkazilgan miqdoriy amaliy tekshirishlar bilan juda yaxshi muvofiqlikda mos kelmoqda... Agar biz ushbu ilmiy ishimiz orqali, kimyo fanining joriy yuz yillik boshidan buyon haddan ziyod e'tiborsiz qoldirib kelingan ushbu sohasiga kimyogar mutaxassislarning diqqatini jalb eta olsak, biz maqsadimizga yetgan bo‘lar edik".

Biroq, olimlar Vaage va Guldberg mazkur yo‘nalishdagi izlanishlarini ushbu monografiyaning o‘zi bilan to‘xtatib qo‘yishmadi. Haqiqiy olimlarga xos ravishda, Vaage va Guldberg masalaning mohiyatiga yanada chuqurroq kirib borishga urinishdi. Ularning mehnatlari samarasini yana 12 yildan keyin e'lon qilingan "Kimyoviy mutanosiblik haqida" deb nomlangan ilmiy maqolalarida ko‘rish mumkin. Ushbu maqolada olimlar endi masalani molekulyar-kinetik nuqtai nazardan bayon qilishadi. Ya'ni, ular "Muvozanatlashuvchi kimyoviy jarayonlar haqida faqat qarama-qarshi ta'sir etuvchi kuchlar haqidagi quruq taxminlar bilan cheklanib bo‘lmaydi. Aksincha, bunda reaksiyaga kirishayotgan moddalarning atom va molekulalarining harakatini ham e'tiborga olish lozim. Bunday kimyoviy jarayonlarda yuzaga keladigan muvozanat holati bu harakatdagi muvozanat deyish mumkin. Chunki, bunda bir vaqtning o‘zida ikkita o‘zaro qarama-qarshi reaksiyalar boradi: ya'ni, nafaqat A?+B? hosil bo‘lishi yuz beradi, balki, teskari yo‘nalishda A+B hosil bo‘lishi ham boradi. Agar vaqt birligi ichida ushbu moddalar teng ravishda hosil bo‘lsa, unda kimyoviy jarayon muvozanatda turibdi deyish mumkin".

Shu tarzda, kimyoviy muvozanat qoidalariga asoslanib, Guldberg va Vaage o‘zaro ta'sirlashuvchi kuchlar qonuni uchun birinchi bo‘lib kinetik xulosa berishdi. Ularning xulosasiga ko‘ra, reaksiyaning tezligi o‘zaro ta'sirga kirishayotgan zarrachalarning to‘qnashish ehtimolligi bilan aniqlanadi.

Guldberg va Vaagening yuqoridagi maqolasi chop etilgach, oradan bir yil o‘tib-o‘tmay, jahonning yetakchi ilmiy nashrlarida turli olimlar tomonidan e'lon qilingan va ularning xulosalarida keltirilgan o‘zaro ta'sir massalari qonunini tasdiqlovchi boshqa ko‘plab ilmiy maqolalar paydo bo‘la boshladi. Keyinroq, ushbu qonunni ideal sistemalar uchun tadbiq etib bo‘lmasligi ham oydinlashdi. Natijada, Guldberg va Vaage ishlab chiqqan formulani biroz o‘zgartirishga to‘g‘ri keldi. Ya'ni, uning asosida, konsentratsiyalar formulasi shakllantirildi va u o‘zaro ta'sirlashuvchi massalar qonunini kimyoviy reaksiyalarning muvozanatini o‘rganish uchun keng tadbiq qilish imkonini berdi. Hozirgi kunda ushbu muhim kimyoviy qonun, kimyoviy kinetikaning asosiy tenglamasi sifatida xizmat qilmoqda va turli kimyoviy-texnologik jarayonlarning samaradorligini hisob-kitob qilishda eng asosiy formula bo‘lib qolmoqda.

Zamonaviy kimyo adabiyotlarida mazkur qonun, ya'ni, ta'sir etuvchi massalar qonuni quyidagicha ta'riflanadi: o‘zgarmas haroratda reaksiyalar tezligi kimyoviy ta'sirlanuvchi moddalar konsentratsiyasining ko‘paytmasiga to‘g‘ri proporsionaldir:

V=k{ .{ }

bunda: A va B - ta'sir etuvchi moddalar; [A] va [B] ta'sir etuvchi A va B moddalarning konsentratsiyalari; m va n - reaksiya tenglamasida shu moddalar formulasi oladigan koefitsientlar bo‘lib, ular A va B konsentratsiyalarga daraja ko‘rsatkichi qilib qo‘yiladi; V - yuqorida ko‘rsatilgan konsentratsiyalarda bo‘ladigan reaksiya tezligi; k esa - proporsionallik koeffitsiyenti bo‘lib, ayni reaksiya uchun u o‘zgarmas miqdor bo‘ladi. Uni tezlik konstantasi deb yuritiladi va u o‘zaro ta'sirlashayotgan moddalar tabiatiga bog‘liq bo‘ladi.