Czy Arrhenius stworzył teorię kwasów i zasad?

Jeżeli weźmiemy po jednym molu jakichkolwiek związków chemicznych, to zobaczymy, że powodują one taką samą zmianę w temperaturze zamarzania i wrzenia jednego kilograma roztworu.

Tymi słowy Svante Arrhenius rozpoczął swój wykład podsumowujący i zamykający jego przewód doktorski na uniwersytecie w Uppsali.

Efekt ten jest niezależny od tego, jak są te związki zbudowane. Identyczny więc efekt zmiany temperatur topnienia i wrzenia roztworu względem czystego rozpuszczalnika zaobserwujemy, gdy w kilogramie wody rozpuścimy mol niewielkich cząsteczek alkoholu, jak również mol względnie dużych i złożonych cząsteczek cukru.

Per Teodor Cleve, jeden z profesorów pracujących na uniwersytecie w Uppsali, przysłuchiwał się uważnie prelegentowi. Dobrze znał wyniki badań Jacobusa van’t Hoffa, które właśnie streszczał Arrhenius.

Okazuje się jednak, co bezsprzecznie wykazałem, iż istnieją substancje chemiczne, które powodują większe podwyższenie temperatury wrzenia i obniżenie temperatury krzepnięcia, niż wynikałoby to z dotychczas znanych teorii. Okazuje się, że roztwór jedenego mola chlorku sodu zachowuje się tak, jak gdyby obecne w nim były dwa mole drobin.

Nie pozostaje więc nic innego, jak założyć, że jeden mol chlorku sodu pod postacią kryształu, w trakcie rozpuszczania się w wodzie, ulega rozpadowi nie na jeden mol cząsteczek chlorku sodu, jak dotychczas sądzono, ale na dwa mole oddzielnych cząstek chloru i sodu, naładowanych elektrycznie. Drobiny te nazwałem jonami.

- Zatem wierzy Pan w to, że w zlewce z roztworem chlorku sodu atomy sodu i atomy chloru pływają oddzielnie? - rozległo się pytanie z sali - Tak, dokładnie! - odparł Arrhenius. Nie pływają one jednak jako obojętne elektrycznie cząstki. Atomy sodu naładowane są dodatnio, a atomy chloru niosą ze sobą ładunek ujemny. Skoro więc liczba kationów sodu równa jest liczbie anionów chlorkowych, cały roztwór pozostaje elektrycznie obojętny.

Po sali rozeszły się ciche pomrukiwania. Per Teodor Cleve, przysłuchujący się wystąpieniu, spojrzał z ukosa na sąsiada siedzącego w ławie obok. W jego wzroku widoczne było powątpiewanie w zdrowy chemiczny rozsądek prelegenta.

Svante Arrhenius, nie bacząc na poruszenie w sali audytoryjnej, kontynuował swój wywód.

Podobnie zachowują się znane nam dobrze kwasy, takie jak kwas azotowy czy kwas solny. Dane doświadczalne potwierdzają, że cząsteczki kwasu solnego rozpadają się w wodzie na dwie drobiny – kationy wodoru i aniony chlorkowe. Przekonać się o tym możemy, jeśli przez owy roztwór przepuszczać będziemy stały prąd elektryczny. Okaże się wówczas, że taki roztwór, w przeciwieństwie do roztworu alkoholu czy cukru w wodzie, bardzo dobrze przewodzi prąd elektryczny, za co odpowiadają swobodne jony obdarzone ładunkami elektrycznymi. Zaobserwujemy dodatkowo, że jony wodoru dążą do elektrody ujemnej, co dowodzi, iż posiadają ładunek dodatni. Na tej elektrodzie kationy wodoru łączą się z elektronami, tworząc atomy, a następnie cząsteczki wodoru, które wydzielają się w formie drobnych pęcherzyków gazu. Jony chloru zaś, posiadając ładunek ujemny, dążą do elektrody dodatniej, gdzie porzucają swój nadmiarowy ładunek ujemny i przekształcają się w gazowy chlor.

Arrhenius zauważył zmianę w nastrojach słuchaczy. Atmosfera na sali zagęszczała się. Niektórzy patrzyli na niego z powątpiewaniem i szeptali coś między sobą. U innych słuchaczy Svante zauważył oznaki zaskoczenia oraz pewnego olśnienia, jakby pojęli wagę nowej teorii, którą opracował.

Podobne wyniki uzyskałem, badając wodne roztwory wodorotlenków. Kryształy wodorotlenków potasu, sodu i wapnia rozpadają się w wodzie na kationy metali oraz aniony wodorotlenkowe.

Przedstawione dane eksperymentalne pozwalają na zaproponowanie nowej teorii kwasów i zasad. Kwasami należy więc nazwać te substancje, które w roztworze wodnym rozpadają się na aniony i kationy wodoru, warunkujące kwaśny smak kwasów i zmianę barwy wskaźników. Zasadami zaś są te substancje, które, rozpuszczane w wodzie, ulegają rozpadowi na kationy metali i aniony wodorotlenkowe.

Arrhenius odłożył kredę i uporządkował swoje notatki. Na sali zapanowała cisza. Nagle kilkoro młodych naukowców wstało i entuzjastycznie zaczęło bić brawo. Po chwili inni słuchacze przyłączyli się do nich.

Cóż za brednie! – mruknął pod nosem Cleve i opuścił audytorium z nikim nie rozmawiając.