Превращение элементов
Шрифт:
Однако «почти планомерный натиск на ещё не завоёванные области» сдержать было уже невозможно.
В 1808 г. Ж.Гей-Люссак экспериментальным путём вывел закон, согласно которому при взаимодействии газов объёмы исходных веществ и продукты реакции относятся как простые целые числа. У Дальтона в таком отношении взаимодействуют атомы. Если принять точку зрения Гей-Люссака, то надо отказаться от дальтоновской размерной неодинаковости атомов различных веществ. Если согласиться с Дальтоном, придётся отвергнуть открытый Гей-Люссаком закон.
Дальтон сам признавал, что «его (Гей-Люссака) представление об объёмах аналогично… представлению об атомах», но отказаться от своего неверного постулата не захотел, прекрасно сознавая, что представление об объёмах выведено экспериментально, а представление об атомах вообще и их неодинаковости в частности — всего лишь допущение.
В 1811 г. итальянский физик и химик Амедео
Правда, когда Авогадро применил принцип расчёта атомных и молекулярных весов газообразных веществ к металлам, тут он испытал определённую трудность и допустил поэтому много ошибок. Но именно он предположил, что в «твёрдых и жидких телах» постоянство соотношений при соединении атомов в молекулы может не соблюдаться, что и подтвердилось в дальнейшем — уже в XX в.
Огромный вклад в развитие атомно-молекулярной теории внёс шведский химик, блестящий экспериментатор, Якоб Берцелиус (1779–1848). Установив, «что числа Д.Дальтона лишены той точности, которая необходима для практического применения его теории», Берцелиус рассчитал атомные веса 45 элементов и определил состав почти 2000 соединений. За точку отсчёта он взял атомный вес кислорода, приравняв его 100. Некоторые атомные веса, определённые Берцелиусом, дожили до нашего времени — так же, как и принятая им символика, т. е. обозначение химических элементов.
В 1819 г. французские учёные Пьер Дюлонг и Алексис Пти обнаружили, что произведение атомного веса простых тел на их теплоёмкость в твёрдом состоянии — величина почти постоянная. Другими словами, «атомы всех простых тел имеют совершенно одну и ту же теплоёмкость». Это открывало ещё одну возможность определения атомного веса — по экспериментально установленной теплоёмкости элемента. Французский физик А.Реньо в цикле работ, начатых в 1840 г., подтвердил, что закон удельных теплоёмкостей «с пользой может быть применяем при многих научных соображениях».
К середине XIX в. в химии накопилось столько нового материала, возникло столько новых идей и в то же время в ней сохранилось столько старых теоретических представлений, что пора было «остановиться» и разобраться в обширном, сложном и крайне противоречивом хозяйстве. Русский химик-органик А.М.Бутлеров так оценивал сложившуюся ситуацию: «Многочисленность работающих, неусыпная деятельность в лабораториях дают беспрерывно массу новых наблюдений, так что теория не успевает перерабатывать их и остаётся позади фактического развития науки». Правда, эти слова А.М.Бутлерова были сказаны о состоянии органической химии, но их с полным основанием можно отнести и к химии общей. Сами химики испытывали острейшую потребность в уточнении понятий атома и молекулы, поскольку здесь было много путаницы, неясности. Надо было договориться о единых способах и теоретических основах определения атомного и молекулярного весов; найти приемлемое для всех понимание атомного состава молекул — как простых, так и сложных веществ, нельзя было терпеть дальше такое положение, когда чуть ли не каждый химик, придерживавшийся атомно-молекулярной теории, предполагал свой атомный состав одного и того же химического соединения. Вся эта неразбериха, весь этот произвол приводили к тому, что консервативно настроенные учёные (например, У.Уолластон, Л.Гмелин) держались в стороне от атомно-молекулярной теории и отдавали предпочтение добрым старым традициям выражать состав сложных веществ при помощи так называемых химических эквивалентов (принцип, согласно которому элементы соединяются между собой в определённых весовых количествах; одним из первых его предложил еще в 1793 г. И.Б.Рихтер).
Решительную реформу атомно-молекулярной теории произвёл итальянский учёный и революционер (за активное участие в революционных событиях 1848–1849 гг. неаполитанским королевским судом был заочно приговорён к смертной казни) Станислао Канниццаро (1826–1910). Он довёл до конца дело, начатое Марком Антуаном Годэном, Огюстом Лораном и Шарлем Фредериком Жераром по устранению противоречий между атомистическими представлениями Дальтона и молекулярными — Авогадро.
Прежде чем выступить с какими-либо позитивными предложениями, Канниццаро основательно изучил состояние атомно-молекулярной теории и положение в химии. В 1858 г. он опубликовал в основанном Пириа журнале статью «Краткое изложение курса химической философии», в которой обосновал метод Авогадро по определению относительных молекулярных весов и метод нахождения атомных весов металлов по величине атомных теплоёмкостей.
В том же году эта работа вышла отдельным изданием.
Громадное значение для всей судьбы атомно-молекулярной теории имело уточнение двух её кардинальных понятий — атома и молекулы.
Как уже было сказано, химики смешивали эти два понятия, что было, естественно, следствием не столько их злого умысла, сколько гипотетичности и атома, и молекулы. «Я, — писал Дальтон, — избрал слово атом для обозначения… первичных частиц… потому, что это слово кажется мне значительно более выразительным; оно включает в себя представление о неделимости, чего нет в других обозначениях». Иллюстрируя своё понимание атома, Дальтон приводил такой пример: «…я называю первичную частицу угольной кислоты сложным атомом. Однако хотя этот атом и может быть разделён, но, распадаясь при таком делении на уголь и кислоту, он перестаёт уже быть угольной кислотой».
Авогадро, напротив, оперировал такими понятиями, как «интегральная молекула», «сложная молекула» (в современном понимании это просто молекула) и «простая молекула», т. е. атом.
Сначала Ш.Жерар и О.Лоран, а затем Канниццаро положили конец этим кривотолкам. Они дали однозначное определение атомному весу и показали, что атом и молекула — разные понятия и что молекулы в одних случаях состоят из разнородных, а в других — из однородных атомов.
Через год после выхода книги Канниццаро немецкий учёный Август Кекуле обратился к своему коллеге Карлу Вельтцину с предложением организовать международный конгресс для достижения единства в химии и разрешения спорных проблем. Вельтцину идея понравилась, и он взял на себя обязанности организатора и устроителя конгресса. К этому был привлечён также Адольф Вюрц, согласившийся вести заседания и быть секретарём. В марте 1860 г. они собрались в Париже, отпечатали обращение ко всем выдающимся химикам. 45 учёных подписали это обращение, среди них значатся известные русские химики — Н.Н.Бекетов, Н.Н.Соколов и Н.Н.Зинин.
Конгресс открылся 3 сентября 1860 г. в Карлсруэ, где Вельтцин преподавал в Политехническом институте.
Участникам конгресса предстояло сделать выбор по тем вопросам, которые имели жизненно важное значение для развития химии в целом. В сущности, речь шла о том, быть ли ей на старых позициях или принять воззрения Авогадро, Жерара, открывавшие перед ней новые перспективы.
Сторонником первой точки зрения был французский академик, прославленный учёный Ж.Дюма. «Дюма… — писал Д.И.Менделеев, принимавший участие в конгрессе, — старался поставить пропасть между старым и новым, искусственно уладить дело об обозначениях, предлагая в неорганической химии оставить старое обозначение, а в органической — принять новые… При этом Дюма прекрасно характеризовал оба существующие направления. Одно, говорил он, представляет ясное последование за Лавуазье, Дальтоном и Берцелиусом. Исходная точка для учёных этого образа мыслей есть атом, неделимое простое тело; всё прочее есть сумма атомов, величина, производная от первой. Другая партия идёт по пути… Жерара; она берёт готовые тела и сравнивает их; она берёт частицы тела, отыскивает изменения и сличает их физические свойства. Первая партия всё сделала для минеральной химии, в органической она до сих пор бессильна, потому что здесь химия ещё немного может создать из элементов. Вторая партия, несомненно сильно двинувшая органическую химию, ничего не сделала для минеральной». Дюма, свидетельствует далее Менделеев, призывал и тех и других идти своей дорогой.
Сторонником другой точки зрения был Станислао Канниццаро. Его речь потрясла слушателей. «Я не могу… передать того воодушевления, той здравой энергии, вполне сложившегося убеждения, которые так могущественно действовали на слушателей», — отзывался о речи Канниццаро Менделеев.
На конгрессе Канниццаро раздал оттиски своей книги «Краткое изложение курса химической философии». Читатели были поражены чёткостью изложения, убедительностью, с которой устранялись разногласия, и открывавшимися в связи с этим перспективами развития экспериментальной науки. «Я читал книгу неоднократно и был поражён ясностью, с какой она освещала важнейшие спорные вопросы, — писал тогда известный химик Лотар Мейер. — С моих глаз как бы спала пелена, исчезли сомнения, и вместо них возникло чувство самой спокойной уверенности».