В 1865 году Дмитрий Иванович Менделеев защитил докторскую диссертацию на тему «Рассуждение о соединении спирта с водою». Работа стала важным вкладом в физико-химию и заложила основы гидратной теории растворов. Несмотря на распространённые мифы, цель исследования не заключалась в поиске «идеальной» крепости водки. Учёный сосредоточился на изучении фундаментальных свойств водно-спиртовых растворов.
Менделеев развил гидратную теорию растворов, согласно которой в растворе происходят химические взаимодействия между растворителем (водой) и растворённым веществом (спиртом). Продукты этих взаимодействий называются гидратами. Эта теория стала одним из фундаментов современной теории растворов.
Основные выводы Менделеева
- Явление контракции (уменьшения объёма при смешивании спирта и воды). Менделеев обнаружил, что при смешивании равных объёмов воды и спирта итоговый объём раствора оказывается меньше суммы исходных объёмов. Например, если смешать по литру воды и спирта, получится не два литра, а меньше. Это происходит из-за образования гидратов — устойчивых ассоциаций молекул спирта и воды.
- Зависимость степени контракции от концентрации спирта. Учёный выяснил, что при различном количественном соотношении воды и спирта образуются разные гидраты, и процент «испарившейся» жидкости (то есть уменьшение объёма) зависит от этого соотношения. Например, соединив 700 частиц спирта с 300 частицами воды, получится один итоговый объём, а при соединении 600 и 400 частиц — другой.
- Максимальное сжатие растворов при концентрации около 46% спирта по массе. При этой концентрации образуются наиболее стабильные ассоциации молекул, например, из трёх молекул воды и одной молекулы спирта. Удельный вес жидкости при такой концентрации был наибольшим.
- Гидратная теория растворов. Менделеев предположил, что в растворе существуют неустойчивые химические соединения — продукты взаимодействия растворителя с растворённым веществом. Он показал, что на диаграммах «состав — производная плотности по составу» есть изломы, которые соответствуют образованию определённых (стехиометрических) химических соединений. Эти идеи позднее развил Н. С. Курнаков в учении о сингулярных точках.
- Уточнение спиртометрических таблиц. На основе своих экспериментов Менделеев определил удельный вес безводного спирта и уточнил существовавшие на тот момент спиртометрические таблицы, которые использовались для пересчёта содержания алкоголя в спиртных напитках на стандартную крепость.
Мифы и реальность
Часто считается, что Менделеев «изобрёл» 40-градусную водку и определил эту крепость как «идеальную». Однако это не так:
- В диссертации Менделеев не исследовал раствор с концентрацией 40% спирта по объёму (примерно 33,4% по весу при 15°C) и не связывал его с «идеальной» крепостью водки.
- Учёный не занимался изучением вкусовых или физиологических свойств растворов. В IV и V главах диссертации, посвящённых результатам исследования водно-спиртовых растворов, нет упоминаний о физиологическом или биохимическом воздействии на организм.
- Решение о стандартизации крепости водки на уровне 40 градусов было принято позже, в 1868 году, в рамках реформы питейного сбора в Российской империи. Менделеев лишь предоставил научные данные, которые могли быть использованы в практических целях.
Таким образом, работа Менделеева была посвящена фундаментальным исследованиям физико-химических свойств водно-спиртовых растворов, а не созданию конкретного алкогольного напитка. Его выводы легли в основу теории растворов и нашли применение в различных областях химии.