РАСТВОРИТЕЛЬ КАК СРЕДСТВО УПРАВЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

достаточно внушительно, чтобы следовало обосновывать ее актуальность и важность. Разве что потребуются некоторые комментарии.

Управлять процессом

Это значит:

заставлять реакцию идти в нужном направлении;

проводить реакцию таким образом, чтобы был обеспечен максимальный выход продуктов реакции;

обеспечить протекание реакции с необходимой скоростью.

Как видим, требований к управлению химическим процессом выдвигается немного. Но в это «немногое» вложено очень многое.

Не только у школьника-старшеклассника, не только у студента, но нередко и у химика со стажем стереотипно укореняется мнение, что миллионы и миллионы известных в настоящее время химических соединений получены с помощью едва ли обозримого числа методов воздействия на химическую систему. Однако, пожелав составить перечень этих методов и приготовившись к долгой и кропотливой работе, химик убеждается, что число их удивительно мало.

Прежде всего это, конечно, нагревание. С повышением температуры вещества возрастает энергия составляющих его молекул, что облегчает преодоление энергетического барьера, который всегда (точнее, почти всегда) разделяет вещества, вступающие во взаимодействие друг с другом. Именно поэтому нагревание — самый распространенный способ возбудить либо ускорить химическую реакцию.

В ряде случаев преодолеть энергетический барьер помогает изменение давления. Особенно эффективен этот способ, когда вещества, вступающие в химическую реакцию, либо образующиеся в результате нее, — газы.

Для систем, проводящих электрический ток (например, для растворов электролитов), методом, который позволяет осуществить химическое превращение, служит пропускание постоянного электрического тока — электролиз. В ряде случаев помогает радиационно-химическое воздействие на систему — облучение рентгеновскими либо радиоактивными лучами.

Итак, основные методы воздействия на систему перечислены. Именно так. Разнообразие и многообразие соединений,

полученных химиками, обязано применению перечисленного арсенала методов воздействия на систему, арсенала, назвать который скудный язык не поворачивается, но ведь и другого определения не подберешь...

Но, может быть, большего и не нужно? Может быть, все зависит не от числа способов воздействия на химическую систему, а от того, кто осуществляет химический процесс? Одними и теми же семью нотами написан и «Вальс-фантазия» Глинки и популярный среди некоторой части населения «Собачий вальс».

Впрочем, о семи нотах здесь говорить, увы, не приходится. Нет семи способов управления химическим процессом у химиков. Нет хотя бы потому, что все методы воздействия на систему, которые были перечислены, это еще не управление. Ибо управление — это в данном случае возможность направленно распоряжаться всеми теми характеристиками реакций, с перечисления которых начиналась эта глава. Направленно изменять скорость. Направленно изменять выход продуктов, направленно сдвигать равновесие.

Самый точный способ направленного изменения выхода продукта реакции, т. е. направленного изменения константы равновесия химической реакции — температура. Общий подход понятен: для реакций экзотермических (протекающих с выделением теплоты) нагревание уменьшает константу равновесия и, напротив, для процессов эндотермических (идущих с поглощением теплоты) нагревание повышает константу равновесия. Большей частью (однако далеко не всегда) химики заинтересованы в том, чтобы константа равновесия и, следовательно, выход продуктов химической реакции были максимальны. Вот почему они могут увеличивать константу равновесия реакции, повышая температуру реакционной смеси в тех случаях, когда реакция эндотермична, и понижая температуру, когда реакция экзотермична.

Сдвиг равновесия (но не изменение константы равновесия!) по желанию химика, осуществляющего процесс, может быть достигнут увеличением концентрации веществ, вступающих в реакцию, либо понижением концентрации продуктов реакции. Та же цель может быть достигнута изменением давления, впрочем, действенным этот способ будет лишь в тех случаях, когда протекание реакции сопряжено с достаточно существенным изменением объема реакционной смеси.

Итак, и впрямь нет в распоряжении химиков, стремящихся управлять химическим процессом, семи нот. А две-три ноты — это такая музыкальная диета, которая показалась бы чрезмерной разве только дятлу.

Вот почему добавление к этому скудному перечню способов управления хотя бы еще одного ?— для химии задача и важная, и актуальная. Тем более важная и тем более актуальная, что на перечисленных апробированных способах управления, как на Солнце, имеются пятиа.

Изменять температуру реакционной среды беспредельно невозможно — сверху этот предел ограничен термической устойчивостью молекул, которая у органических соединений, как правило, весьма невысока, снизу — температурой замерзания (кристаллизации). Наконец, создание высокой температуры или глубокого холода — это всегда затраты энергии.

Повышать выход продуктов реакции, увеличивая концентрацию веществ, вступающих во взаимодействие, — метод, конечно, хороший, а уравнение изотермы химической реакции (с которым читатель может, если пожелает, ознакомиться в любом элементарном курсе химической термодинамики или в учебнике физической химии) — превосходные наезженные рельсы, по которым можно катить состав химической реакции, управляемый изменением концентрации. Но это уравнение производит куда большее впечатление на химикоз, чем на экономистов. Потому что, как показывает анализ уравнения изотермы, сколь-нибудь существенное повышение выхода продуктов реакции достигается ценой очень уж значительного повышения концентрации веществ, входящих в реакцию.

Интенсивное развитие химии неводных растворов за последние десятилетия позволило предложить растворитель как очень эффективный и действенный способ управления химическим процессом. Возможности этого способа демонстрируются далее на примерах всех основных типов химических процессов в растворах.