На главную 42. Третья концептуальная система в химии. Идея движения в химии. Химическая статика и химическая динамика.

Учение о химическом процессе называется химической кинетикой. Химическая кинетика изучает химическое превращение веществ как процесс, протекающий во времени, закономерности, определяющие направление и скорость этого превращения, его механизм. Кинетика как самостоятельная дисциплина появилась в 80-х годах XIX века, но отдельные работы по изучению процессов появлялись и ранее. К. Бертолле первым обратил внимание на самый акт химического превращения он вводит представление о медленных химических процессах, поскольку, по его мнению, химические реакции “распространяются” так же, как физические процессы переноса тепла. Кроме того, Бертолле выдвинул представление о химических соединениях переменного состава, названных позднее бертоллидами. Это представление включало в себя интерпретацию состава как единства его изменчивости и устойчивости, т.е. пониманиe его как процесса.
Таким образом, появление химической кинетики было обусловлено переносом физических представлений в химию. Принципы ньютоновской методологии не только задавали новое направление химических исследований, но и приводили к формированию новых понятий. Сам термин “кинетический” интерпретировался как “имеющий отношение к движению”.
Становление химической кинетики обусловило введение в химию понятия времени. В первых двух концептуальных системах химии – теориях состава и строения – время практически отсутствовало, поскольку этому не благоприятствовала ни общекультурная атмосфера, ни обусловленная ею логика развития самой химии.
Через представления Бертолле о медленных химических реакциях в химию, по сути дела, вводится понятие времени, хотя понятия скорости у него еще нет. Не остался без внимания и вывод Бертолле о том, что реакции идут не до конца, а до определенного предела, после которого устанавливается равновесие. Именно химическое равновесие явилось первым аспектом исследования процессов, объектом химической статики.
1. химическая статика. Самые первые кинетические исследования (изучение химических равновесий) были проведены в рамках химической статики.
Широкое признание идей химической статики пришло в результате создания количественной теории химических равновесий норвежскими учеными К. М. Гульдбергом и П. Вааге в 1864-1867 годах. После ознакомления с идеями Бертолле эти ученые пришли к выводу, что химическое действие веществ пропорционально их массам. При этом они пользовались понятием не “химической массы”, а “активной массы“, которая и определялась как величина, пропорциональная химическому действию веществ. Эта зависимость, представленная в математическом виде, получила название закона действия масс. Гульдберг и Вааге рассматривали химическое равновесие не как статический, а как динамический процесс.
2. Химическая динамика как развитие химической статики получила наиболее полное развитие в работах Я. Г. Вант-Гоффа. В 1884 году он опубликовал книгу “Очерки по химической динамике”, в которой обосновал важнейшие положения теории химической кинетики. Он опирался на выведенное Гульдбергом и Вааге кинетическое выражение закона действия масс. Вант-Гофф впервые определил состояние химического равновесия как следствие равенства скоростей прямой и обратной реакций.
В химической динамике понятие времени упрочивает свои позиции. А. Вильямсон, который интерпретировал состояние химического равновесия с помощью молекулярно-кинетической теории, писал: “В статике мы изучаем явления в момент покоя, в динамике же мы изучаем их изменения, и эта разница ясно формулируется словами, что переход от статической к динамической точке зрения заключается в добавлении к измерениям пространства измерения времени». Для А. Вильямсона самым простым способом введения понятия времени в химические концепции является введение его через понятие движения. Тем самым Вильямсон дал первое определение химической кинетики (химической динамики, по его терминологии), четко сформулировав, что объектом изучения кинетики являются процессы, протекающие во времени.

В этот период закладывались также предпосылки изучения механизмов химических реакций, что составляет еще один важнейший канал введения понятия времени в структуру химической кинетики. Само понятие механизма вошло в химический обиход гораздо позже, уже в XX веке, и первоначально обозначало совокупность стадий, из которых складывается химическая реакция. Но еще в конце XVIII века было выдвинуто предположение о том, что химическая реакция протекает через промежуточные стадии. Был впервые определен предмет кинетики как исследование химических реакций, протекающих во времени. Во-вторых, были созданы предпосылки для разработки учения о скоростях реакций.
С работ Я. Г. Вант-Гоффа начинается закладка фундамента химической кинетики и как прямого продолжения и вместе с тем как отрицания химической статики (как отказа от механических теорий в объяснении химизма). Вант-Гофф не принял в качестве теоретической основы изучения химического процесса лишь один закон действующих масс. Рассматривая количественную оценку равновесия наряду со скоростями реакций как важные параметры химических процессов, главное внимание он обратил на те стороны химического взаимодействия, которые, по его мнению, позволяли понять сущность химизма. Он выдвинул принцип, согласно которому ход химического превращения характеризуется исключительно числом молекул, при взаимодействии которых происходит превращение (молекулярность реакции).
Учение Вант-Гоффа о порядке и молекулярности реакций называется формальной кинетикой. В кинетику вводятся термодинамические представления. Для детального изучения скоростей реакций требовалось более глубокое познание природы химического равновесия, которое, по словам Вант-Гоффа, стало “связью, соединяющей изучение химических превращений с фундаментом столь надежным, как термодинамика” . Концептуальное взаимодействие кинетики и термодинамики впервые в истории взаимосвязей физики и химии осуществляется посредством общей объектно-предметной области – химического равновесия, своеобразного “места встречи” физики и химии. По такому же механизму – через общий объект исследования, в качестве которого были выбраны органические реакции – осуществлялось и взаимодействие двух концептуальных химических систем: кинетики и структурной химии.
Начиная с работ Вант-Гоффа, кинетика стала развиваться по двум путям: по пути химической статики и по пути химической динамики, который связан с формированием в дальнейшем таких наиболее общих кинетических теорий, как теория цепных реакций, теория абсолютных скоростей реакций, целого ряда каталитических теорий и др.