Дмитрий Иванович Менделеев внёс значительный вклад в физико-химические исследования, особенно в области изучения растворов, газов и метрологии. Его работы заложили основы современной теории растворов и оказали влияние на развитие химии и смежных наук.
В 1865 году Менделеев защитил докторскую диссертацию на тему «О соединении спирта с водою». В работе он изучал физико-химические свойства смесей воды и этилового спирта, измеряя их плотность и тепловое расширение при разных концентрациях и температурах. Учёный обнаружил явление контракции - уменьшение объёма при смешивании спирта и воды. Например, если смешать по литру воды и спирта, то общий объём смеси будет меньше двух литров. Это происходит из-за образования гидратов - устойчивых ассоциаций молекул спирта и воды.
Менделеев выяснил, что максимальное сжатие растворов наблюдается при концентрации около 46% спирта по массе. При этой концентрации образуются наиболее стабильные ассоциации молекул (например, три молекулы воды и одна молекула спирта). Учёный также определил удельный вес безводного спирта и уточнил существовавшие на тот момент спиртометрические таблицы.
Важно отметить, что в диссертации Менделеев не занимался конкретно 40-градусным раствором (по объёму это примерно 33,4% по весу при 15°C) и не связывал его с «идеальной» крепостью водки.
В 1887 году Менделеев опубликовал работу «Исследование водных растворов по удельному весу», где обобщил свои исследования по физикохимии растворов. В ней он рассмотрел изменения плотности 283 веществ, смешанных с водой в разных концентрациях.
На основе своих экспериментов Менделеев разработал гидратную теорию водных растворов. Он предположил, что в растворе существуют неустойчивые химические соединения - продукты взаимодействия растворителя с растворённым веществом. Учёный показал, что на диаграммах «состав - производная плотности по составу» есть изломы, которые соответствуют образованию определённых (стехиометрических) химических соединений.
Идеи Менделеева позднее развил Н. С. Курнаков в учении о сингулярных точках. Теория гидратации ионов, предвосхищённая Менделеевым, стала важным вкладом в развитие современной теории растворов.
Исследования газов
В начале 1870-х годов Менделеев начал изучать упругость газов. В 1874 году он предложил новый вывод обобщённого уравнения состояния идеального газа (уравнение Клапейрона - Менделеева). Учёный также исследовал отклонения реальных газов от закона Бойля - Мариотта при малых давлениях, для чего разработал специальную аппаратуру.
В 1860 году Менделеев открыл «температуру абсолютного кипения» жидкостей (критическую температуру) - температуру, при которой жидкость превращается в пар независимо от давления и объёма. Он определил её как температуру, при которой сцепление и теплота испарения становятся равными нулю.
Другие физико-химические работы
- Пикнометр. В 1859 году Менделеев сконструировал прибор для определения плотности жидкости.
- Метрология. Учёный разработал точную теорию весов, предложил усовершенствованные конструкции коромысла и арретира, а также точнейшие приёмы взвешивания. Под его руководством в 1893–1898 годах были обновлены эталоны фунта и аршина, произведено сравнение русских мер с английскими и метрическими.
- Нефть. С 1860-х годов Менделеев занимался проблемами переработки нефти. Он предложил принцип дробной перегонки и выдвинул гипотезу неорганического происхождения нефти.
Работы Менделеева в области физико-химических исследований не только расширили знания о свойствах веществ, но и имели практическое применение, например, в спиртометрии и нефтяной промышленности.
Открой дебетовую карту Тинькофф (Т-банк) и получи 500 рублей на счет
Понравилась статья? Ставь лайк, подписывайся на канал и жди следующую публикацию.