Современная физика объясняет «особые точки», отмеченные Менделеевым на его диаграммах, примерно так же, как это понимал Менделеев, с той только разницей, что в настоящее время уже хорошо изучены и измерены те силы, которые действуют между молекулами, а Менделеев только догадывался об их существовании.
Вот как выглядят менделеевские наблюдения по представлениям современной физики.
Между молекулами растворенного вещества и молекулами растворителя действуют известные силы. Действие этих сил приводит к тому, что определенное число молекул вещества растворителя образует нечто вроде атмосферы, окружающей молекулы растворяемого вещества. Молекулы растворителя как бы обволакивают молекулы растворяемого вещества. При некотором, вполне определенном соотношении в количестве тех и других – и это обстоятельство было отмечено Менделеевым! – получается наиболее плотная «упаковка» молекул обоих веществ. Менделеев говорил, что в этот момент «происходит наиболее индивидуализированное в химическом смысле соединение» молекул обоих веществ, Это язык химии, но, пользуясь химическими терминами, Менделеев правильно описывал физическую сущность явления. В действительности можно говорить о том, что при определенном соотношении между растворяемым веществом и растворителем происходит изменение энергии взаимодействия молекул обоих веществ. При этом меняется число молекул растворителя, которые могут быть связаны с одной молекулой растворяемого вещества. А в зависимости от концентрации раствора число этих молекул растворителя, составляющих ближайшее окружение молекулы растворяемого вещества, может и увеличиваться и уменьшаться[60], причем, поскольку в этих изменениях участвует целое число молекул, изменения происходят скачками, прерывисто. Нечто похожее происходит и при изменении структуры кристалла.
С этими внутренними перегруппировками молекул в растворе тесно связано и изменение его свойств. Если в растворе достигнута наибольшая плотность «упаковки» молекул (растворителя и растворяемого вещества, то раствор будет обладать при этой концентрации растворителя наибольшей плотностью (как это имеет место в приведенном примере из диссертации Менделеева с 46-процентным раствором спирта в воде). Этому будет соответствовать и наибольшая его вязкость, а если это так называемый «твердый раствор», то обычно и наибольшая прочность, и т. д.
Ныне оправдалось менделеевское предсказание, что «впереди химия растворов произведет свое влияние не только на понимание сплавов, изоморфов и тому подобных так называемых неопределенных соединений, но и на понимание обычнейших явлений химической природы…»
Мы знаем теперь (отчасти это стало выясняться и во времена Менделеева), что силы взаимодействия между молекулами растворяемого вещества и растворителя тесно связаны с электронной структурой атомов и молекул. Они определяются или взаимодействием ионов (осколков молекул, обладающих электрическим зарядом), или так называемой координационной связью атомов, которая по современным представлениям обусловливается наличием в одном из компонентов свободной пары электронов. Но сам Менделеев, правильно описывая общую физическую картину процесса растворения, отвергал попытки истолкования химических явлений с точки зрения новых представлений об электрической природе химических взаимодействий атомов. Он это рассматривал как возвращение к электрохимической теории Берцелиуса, против которой, как мы знаем, в молодости решительно выступал. В предисловии к седьмому изданию «Основ химии» он писал: «Возврат к электрохимизму, столь явный у последователей гипотезы об «электролитической диссоциации», и признание распада атомов на «электроны» на мой взгляд только усложняет, и ничуть не выясняет дело». Менделеев здесь вступал в противоречие с собственными великими открытиями. Он продолжал защищать устаревшее понятие о неизменности элементов, а оно рушилось в результате развития его основоположных работ по созданию Периодического закона.
Тем не менее влияние менделеевских работ в области растворов было весьма велико. Наиболее непосредственно оно сказалось в развитии новой главы химической науки-теории физико-химического анализа, созданной в наше время академиком Николаем Семеновичем Курнаковым (1860-1941).
Н. С. Курнаков обобщил учение Менделеева об
«особых точках» растворов. Он создал новый метод изучения процессов, протекающих в различных средах, водных и неводных растворах, металлических сплавах и пр., в основу которого положил менделеевский прием изучения зависимости между составом раствора и его свойствами. На диаграммах «состав-свойства», которыми широко пользуются последователи Менделеева-Курнакова, «особые точки» Менделеева, глубоко истолкованные Курнаковым, занимают важное место.
Созданная Н. С. Курнаковым в Институте неорганической химии Академии наук СССР обширная школа химиков успешно продолжает развивать исследование растворов. Этой школе принадлежит открытие новых способов добывания различных солей из сложных соляных растворов, например из рассолов естественных соленых озер, в таком изобилии встречающихся в Западной Сибири, в заливах Каспийского моря и пр. Но наибольшее значение эти методы приобрели при изготовлении из чистых металлов так называемых «твердых растворов», к которым относится множество технических сплавов металлов, сложных солей и силикатов.
Целые эпохи в технике характеризуются преимущественным употреблением тех или иных твердых растворов металлов: меди и олова, железа и углерода, алюминия, магния и т. д. Закономерности, обнаруженные последователями менделеевских работ в твердых растворах, позволяют сейчас изготовлять из соответствующих чистых металлов твердые растворы заранее известных свойств. Эти сложные вещества, составные части которых могут находиться в разных пропорциях, однородны. В течение сотен и тысяч лет они могут сохраняться без заметного окисления и разрушения. Месяцы и годы работают они в современных машинах под действием кислот и газов, высоких давлений и температур – в условиях, при которых чистые металлы, их образовавшие, разрушились бы через несколько часов. Таковы жароупорные растворы никеля с хромом и железом, так называемые «нихромы», твердые растворы железа с хромом и алюминием и др., используемые для электрических печей, где жар достигает 1 400°; твердые растворы железа, никеля, алюминия и кобальта, в результате сложных превращений в твердом состоянии проявляющие высокие магнитные свойства. Из них изготовляют небольшие, но мощные постоянные магниты для радио и для авиации. Преимущественно в виде твердых растворов находят применение металлы будущего – алюминий и магний. Из этих малопрочных и легких металлов удается получать надежные детали для самолетов и других машин. «Подобно тому, как передовые биологи нашей страны сознательным научным методом создают новые виды растений и улучшают качество ряда сельскохозяйственных культур, – писал недавно один из учеников Н. С. Курнакова – проф. И. И. Корнилов, – современные химики и металлурги, путем научно обоснованного комбинирования различных металлов, в состоянии создавать такие сплавы, такие твердые растворы металлов, которые будут обладать невиданными до сих пор высокими качествами»[61]. И в этом звене великих научных преобразований, которые меняют облик современной жизни и техни-
