Общеизвестно, что химия является экспериментально-теоретической наукой. Поэтому ее успехи, в значительной степени, определялись и будут определяться уровнем развития экспериментальных методов. Искусство проведения экспериментальных исследований, умение ученых пользоваться различными методами качественного и количественного анализа привело, прежде всего, к открытию очень большого числа химических элементов, к уточнению и углублению теоретических концепций, но самое главное, к появление новых фундаментальных представлений. Успехи теоретической и экспериментальной науки теснейшим образом взаимосвязаны. Овладение более точными и надежными инструментальными методами химических исследований позволяет ученым все глубже проникать в тайны строения вещества, обнаруживать ранее неизвестные свойства, проводить целенаправленный синтез веществ с заранее заданными свойствами. Один из основателей аналитической химии К. Р. Фрезениус писал: «Все крупные достижения химии в большей или меньшей степени связаны с новыми или усовершенствованными аналитическими методами. Спектральный анализ незамедлительно привел к открытию новых металлов и т. д. Поэтому развитие аналитической химии всегда предшествует развитию химической науки в целом, ибо подобно тому, как новый проложенный путь ведет к новым целям, так и улучшенные аналитические методы ведут к новым химическим достижениям»^{443}.

Одним из первых изданий, посвященных теоретическому объяснению аналитических процессов, стала книга В. Оствальда «Теоретическое обоснование аналитической химии», изданная в 1894 г. В предисловии к этому изданию автор писал, что, хотя методика аналитических операций достаточно отработана, теорией химики-практики чаще всего пренебрегают. Поэтому выдающийся немецкий физико-химик решил восполнить этот пробел. Идеология книги В. Оствальда была выдержана в свете последних достижений физической химии по изучению растворов, химической термодинамики и кинетики, а также электролитической диссоциации. В первых главах этой книги содержалось подробное описание процессов разделения и идентификации различных соединений. В. Оствальд проанализировал процесс осаждения, привел методы получения крупнокристаллических осадков, а также способы их фильтрации и промывки. Наибольший интерес представляла четвертая глава, в которой автор излагал законы поведения электролитов в растворах, рассматривал закон действующих масс применительно к процессу диссоциации слабых электролитов. Описав роль гидролиза, гетерогенных равновесий, скорости реакций и температуры, Оствальд подробно рассмотрел процессы осаждения. Необходимо отметить, что в книге немецкого ученого имелось одно упущение: в ней не было уделено достойного внимания анализу уравнения В. Нернста. Ионная теория установила определенную связь между концентрациями ионов водорода и гидроксильных групп, а уравнение Нернста позволило рассчитывать их концентрации. Открытие М. Лe Бланом водородного электрода дало возможность, в свою очередь, экспериментальным путем находить концентрацию посредством измерения э.д.с. В 1897 г. Бетгер впервые использовал водородный электрод при титровании кислоты.

При проведении биохимических исследований датскому ученому С. Сёренсену был необходим надежный метод измерения кислотности раствора и возможность приготавливать растворы с точно известно концентрацией ионов водорода. Результатом этих разработок стали кремнефосфатные буферные растворы Сёренсена. Пытаясь упростить расчеты, датский ученый предложил измерять кислотность раствора в единицах pH (отрицательного десятичного логарифма молярной концентрации ионов водорода) с той целью, чтобы она всегда выражалась целым числом. Свои исследования Сёренсен опубликовал в 1909 г. в двух статьях одновременно в Германии и во Франции^{444}. В них он впервые использовал водородный показатель раствора pH, где р — начальная буква слов Potenz (нем.) или puissance (фр.), которые переводятся на русский язык как «показатель». Введенная датским биохимиком шкала pH и созданные на ее основе рН-метры применяются сегодня для измерения кислотности в самых разнообразных областях: от атомной энергетики до агрономии и пищевой промышленности. Первой книгой, посвященной аналитическим аспектам концепции pH, стала монография И.М. Кольтгофа «Применение цветных индикаторов».

^{Сёрен Педэр Лауриц (1868–1939)}

Применяя понятия о водородном показателе в медицине, американский физиолог и химик Л. Дж. Хендерсон вывел аналитический вид кривой титрования одноосновной слабой кислоты. Несколько позднее его датский коллега К.А. Хассельбальх переписал это уравнение в логарифмическом виде:

Принципы кислотно-основного титрования впервые были сформулированы в работах Э. Зальма, на основе которых были разработаны и теоретические аспекты других типов титрования. Позднее детальной разработкой теории титрования занимались А.А. Нойес и Н. Бьеррум. Кривые потенциометрического титрования впервые стал изучать R Гильдебрандт. Он отмечал на оси координат концентрации ионов водорода, соответствующие определенным величинам потенциала. Точка перегиба и скачок потенциала на кривых титрования четко указывали точку эквивалентности, достигаемую при определенных величинах pH. В 1915 г. Н. Бьеррум разработал теорию ошибок при титровании и на ее основании рассчитал величину pH в точке эквивалентности. Бьеррум показал, что кривые титрования можно рассчитать теоретически даже для слабых электролитов. Таким образом, к началу 20-х годов прошлого столетия теория кислотно-основного титрования была почти полностью разработана. В 1923 г. датский химик И.Н. Бренстед предложил новую теорию кислот и оснований, согласно которой кислотами являются вещества, способные отдавать протон, а основаниями — соединения, способные принимать H⁺:

Кислота ↔ основание + H⁺

Первым учебником аналитической химии, в которой кислоты и основания рассматривались с позиций теории Бренстеда, стала книга Шарло, изданная в 1942 г.

Еще в конце XIX столетия великий Луи Пастер сказал о значении лаборатории замечательные слова, которые и сегодня не утратили своей актуальности: «Если достижения, служащие человечеству, волнуют ваше сердце, если вы ошеломлены удивительным воздействием телеграфа, фотографии, наркоза и еще многих поразительных открытий, то, заклинаю вас, воздайте должное священным обителям с многозначительным названием «лаборатория». Потребуйте, чтобы их оснащали разнообразнее и богаче. Они — храмы будущего, храмы благосостояния и процветания, которое возможно лишь тогда, когда человечество становится сильнее и лучше. Тогда и оно учится понимать создания природы — создания истинного прогресса и всемирного согласия, в то время как собственная деятельность человечества представляет собой слишком часто только варварство, фанатизм и разрушение…»^{445}.