Глазами Монжа-Бертолле

Посмотрим, чему равно число степеней свободы: F = 2 + 2 – 4. Нулю! И так всегда. Присутствие в системе всех возможных фаз требует уникального сочетания условий. Нарушение хотя бы одного из них выводит систему из равновесия. Одна из фаз обречена на гибель. Зато появляется новая степень свободы. Иными словами, можно варьировать один из параметров (давление, температуру, концентрацию), сохраняя равновесие между остальными фазами.

В двухкомпонентной системе соль — лед — раствор — пар концентрация раствора тесно взаимосвязана с давлением и температурой.

Известно, что точка замерзания раствора ниже, а температура его кипения выше, чем у чистого растворителя. Давление паров над раствором тоже иное. Стало быть, состояние системы зависит от ее состава (в нашем случае от концентрации растворенного вещества). С другой стороны, концентрация сама зависит от внешних условий. Столбик ртути в термометре пополз вверх — растворимость соли растет. Концентрация тоже. А солевой осадок начинает потихоньку исчезать. Равновесие нарушено. И только при одном-единственном значении состава, которое соответствует определенному сочетанию остальных параметров, в нашей системе будут сосуществовать бок о бок все четыре фазы.

Столь уникальный режим — явление редкое в природе. Обычно температура меняется в широких пределах. От дня к ночи, от сезона к сезону. И все равно система стремится к равновесию. Пусть исчезла одна из фаз. Скажем, лед растаял. Количество растворителя увеличилось. Это вызвало понижение концентрации раствора. Немедленно соль начинает переходить в раствор. Так продолжается до тех пор, пока не восстановится равновесие. Правда, уже в трехфазной системе: соль — раствор — пар. При дальнейшем нагревании система опять будет сама регулировать равновесие, изменяя состав.

Получается, что система проходит через непрерывный ряд равновесных состояний. И все условия здесь однозначно связаны между собой какой-то определенной функциональной зависимостью. Замечательна эта гармония физических и химических сил!

Но можно ли алгеброй поверить гармонию? Если да, как? И только ли в растворах? А в сплавах?

Решению этих вопросов посвятил всю свою жизнь творец физико-химического анализа Николай Семенович Курнаков. Пересмотрев бытовавший в науке взгляд на химический индивид, он раздвинул горизонты химических исследований. Десятилетиями препаративная химия занималась погоней за идеально чистыми соединениями постоянного состава. Изучение их свойств считалось главной целью химии. А смеси, сплавы, растворы, которые саботировали закон постоянных и кратных отношений, неизбежно оставались вне поля зрения химии. Между тем с практической точки зрения они представляли зачастую куда больший интерес. Однако их исследование требовало свежего подхода, где аналитическая сноровка классической химии сочеталась бы с новыми инструментальными методами физики.

Такой подход дал физико-химический анализ. Перенеся центр тяжести на исследование фазы, новые методы позволили изучать химические индивиды, даже не выделяя их из смесей в абсолютно чистом состоянии. Более того: оказалось, что некоторые химические индивиды вообще невозможно выделить из системы. Вот уж где действительно химия столкнулась с самыми настоящими призраками! То, что они реально присутствуют в системе, физико-химический анализ доказывает со всей непреложностью. А в индивидуальном состоянии они не существуют!

Свежий взгляд открыл богатейшие россыпи теоретических находок, что до поры до времени лежали незамеченными прямо под ногами у химиков.

А дал ли что-нибудь физико-химический анализ практике?

«…„Кара-Бугаз“ по-туркменски означает „черная пасть“. Наподобие пасти залив беспрестанно сосет воды моря…

…прямой долг обязывал нас войти в это устрашающее горнило Азии. Тихим ходом мы двинулись в пролив, увлекаемые течением, и отдали якорь не ранее, чем синяя морская вода сменилась мертвой и серой водой залива.

…Придурковатый наш кок отпросился искупаться, но залив его не принял. Он высоко вскидывал его ноги, и при всем тщании кок погрузиться в воду не смог. Это повеселило команду и улучшило несколько ее дурное расположение. Кок к вечеру покрылся язвами и утверждал, что вода залива являет собой разбавленную „царскую водку“…

Все берега пустынны и не имеют пресной воды. Мною не было обнаружено ни единого ручья, каковой впадал бы в это поистине мертвое море…

При подходе к заливу оный рисуется в виде купола из красноватой мглы, пугающей с давних времен мореплавателей. Полагаю, что явление это объясняется сильным испарением воды Кара-Бугаза.

Надлежит помнить, что залив окружен раскаленной пустыней и является, если будет уместно это сравнение, большим котлом, где выкипает каспийская вода.

Грунт залива весьма примечателен: соль, а под ней известковая глина.