Учение о растворах — одно из центральных направлений физической химии. На основе изучения природы растворов были созданы фундаментальные теории{391}. О многоплановом значении учения о растворах образно высказался академик П.И. Вальден: «История развития учения о растворах — это зеркало, в котором отразилось в уменьшенном виде в исторической и логической последовательности все развитие химии»{392}.
C глубокой древности вся практическая деятельность человека тем или иным образом была связана с применением растворов. Водными растворами пользовались при изготовлении различных строительных материалов, красок, стекла, керамики, а также при окрашивании тканей (см. т. 1, глава 2, п. 2.4). Многие отрасли ремесленного и фабричного производства постоянно нуждались в расширении определенных практических знаний и умения готовить растворы различной концентрации.
Свойства пресной и морской воды заставляли задумываться над причинами столь различных ее качеств. Еще в античные времена было замечено, что морская вода иначе воздействует на металлы, чем пресная, а при ее испарении остается «земля» (соли). В эпоху Средневековья алхимики и ремесленники существенно расширили свой арсенал знаний о растворах и процессах их образования.
В XVIII столетии интерес к химическим реакциям неизбежно привлек внимание ученых к изучению растворов, включив их тем самым в программу физико-химических исследований. Еще в 1713 г. Э. Жоффруа (см. т. 1, глава 6, п. 6.5) заметил, что смешивание этилового спирта и воды сопровождается экзотермическим тепловым эффектом. В 1730 г., занимаясь усовершенствованием термометра, Реомюр наблюдал, что с температурой C2H5OH расширяется тем сильнее, чем более он был очищен. Также он установил, что температуры кипения чистых воды и спирта являются постоянными. Одновременно естествоиспытатель обнаружил, что плотность водного раствора H2SO4 изменяется неаддитивно.
В 30-х гг. XVIII столетия изучением температурной зависимости растворимости различных веществ в воде активно интересовался Г. Бургаве (см. т. 1, глава 6, п. 6.5). По всей видимости, им впервые было дано понятие насыщенного раствора. В это время среди ученых весьма популярным стало мнение, что раствор образуется в результате химического взаимодействия растворенного вещества и растворителя.
Такой точки зрения придерживался немецкий врач и химик Фридрих Гофман, а также Герман Бургаве, который подробно писал об этом в своей знаменитой книге «Основания химии».
Фридрих Гофман (1660 1742)
Широкую программу изучения растворов в 5060 гг. XVIII столетия предложил М.В. Ломоносов.
Она до сих пор поражает своей глубиной и верным истолкованием сущности процесса растворения{393}.
Русский ученый был первым, кто осознал существование различий в процессах растворения солей и металлов. Необходимо отметить, что М.В. Ломоносов стоял у истоков правильного понимания таких фундаментальных проблем, как гидратация частиц растворенного вещества в водном растворе.
В начале XIX в. на основании изучения химических и физических свойств растворов К. Бертолле (см. т. 1, глава 8, п. 8.3) пришел к общему выводу, что раствор — это «слабое соединение, при котором не исчезают характерные свойства растворившихся тел»{394}. C утверждением атомистического учения Дж. Дальтона и учения о постоянстве состава сложных веществ идеи К. Бертолле остались в стороне от магистрального направления химических исследований. Один из авторитетнейших ученых первой половины XIX в. Й.Я. Берцелиус (см. т. 1, глава 8, п. 8.11) рассматривал растворы как механические смеси, поскольку их состав не подчинялся законам постоянства состава и простых кратных отношений.
Интерес к изучению растворов усилился в первой половине XIX столетия в связи с осознанием их большого практического значения. Становилось очевидным, что без понимания природы растворов нельзя изучить многие явления природы и проникнуть в сущность различных производственных процессов. Для медицины и промышленности требовались навыки быстрого и точного определения в водных растворах концентрации солей, кислот, щелочей и этилового спирта.