Рассказ о строении вещества
Шрифт:
Не изменится ли, однако, состав углекислой меди, если её ещё раз растворить в кислоте и затем снова выделить в осадок? Это можно было проверить только опытом. И Пруст поставил новый опыт — он растворил чистую углекислую медь и вновь выделил её в осадок при помощи поташа.
Но и теперь состав химического соединения не изменился: в углекислой меди содержалось по-прежнему 51,5 процента меди, 9,7 процента углерода и 38,8 процента кислорода.
Учёный снова переосадил углекислую медь, — и в этом случае процентный состав соединения не изменился.
Это было уже интересно. Получалось, что различные простые вещества — элементы — такие, как углерод, кислород, медь или железо, соединяются друг с другом только в определённых количественных соотношениях.
Сделав такое предположение, учёный начал проверять состав других тел природы. Он брал различные образцы соединений олова, сернистого железа, воду из разных источников, тщательно проверял их состав и находил его постоянным. К учёному поступали запечатанные бутылки с водой северных и южных морей, больших и малых рек, высокогорных и подземных озёр. Вода приходила со всех концов света. Но откуда бы ни была получена вода, её состав был совершенно одинаков — 88,9 процента кислорода и 11,1 процента водорода.
Выходило, что сложные химические соединения, где и как бы они образованы ни были, имели постоянный весовой состав, содержали всегда одни и те же весовые количества входящих в их состав элементов.
Но как же в таком случае объяснить переменный состав окислов железа? Учёный тщательно изучил состав этих окислов и доказал, что они являются не одним химическим соединением, а механической смесью нескольких различных химических соединений. Ряд окислов железа с различным содержанием железа был не чем иным, как простой смесью различных окислов железа. Кисло-род соединяется с железом, образуя окисел, не только в одной пропорции. Например, наиболее часто встречающийся окисел железа содержит 30 процентов кислорода и 70 процентов железа, но можно получить и другой окисел, в котором будет 22 процента кислорода и 78 процентов железа. Ясно, что если смешать эти два окисла, два разных химических соединения в различных соотношениях, то содержание железа и кислорода в таких смесях будет самым различным. Такие разнообразные цифры и получали химики, анализируя состав окислов железа.
Следовательно, можно считать, что состав химического соединения неизменен. Это был закон. Нет никакой разницы между окисью железа южного полушария и северного; во всём мире имеется только один хлористый натрий и одна селитра.
Но что такое химическое соединение? Все ли тела природы можно назвать химическими соединениями или нет?
Такой вопрос неоднократно задавали себе учёные и не могли дать на него полный и ясный ответ. Правда, для химиков XVIII века было уже ясно, что любое химическое соединение должно иметь какие-то определённые, постоянные свойства — определённые блеск, твёрдость, удельный вес и т. д. Ясно было также, что при образовании химического соединения из двух или нескольких тел получается вещество с совершенно другими, новыми свойствами.
Когда химики установили, что химическое соединение имеет постоянный состав, для них стало ясно, что следует считать настоящим химическим соединением. Это — такое вещество, которое, имея определённые характерные свойства, в то же время имеет и постоянный состав. Если же вещество не имеет постоянного соотношения входящих в него простых тел, то его нельзя называть химическим соединением; это — механическая смесь нескольких различных элементов или сложных химических соединений. Таких механических смесей кругом нас немало. К ним, например, относятся различные металлические сплавы, стекло и другие. Именно поэтому, сталкиваясь с механическими смесями, а не с химическими соединениями, и не могли учёные долгое время установить закон постоянства состава многих сложных тел природы. Смущало их и ещё одно обстоятельство. Дело в том, что, как мы это уже видели на примере с окислами железа, не всегда два каких-нибудь элемента соединяются друг с другом только в одном единственном соотношении. Часто бывает и так, что они могут давать несколько совершенно различных соединений и в каждом соединении процентное содержание двух элементов будет иным.
Итак, закон постоянства состава химических соединений был открыт. Как можно было объяснить этот закон? Почему, в самом деле, простые вещества соединяются в сложном теле только в каких-то всегда определённых, одних и тех же, соотношениях, а не как попало?
Очевидно, ответ на этот вопрос надо искать в самой природе вещества, в его внутреннем строении и свойствах.
Как же устроены окружающие нас тела?
III. МЕЛЬЧАЙШИЕ МАТЕРИАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ
1. Несколько простых вопросов
Подумаем над некоторыми простыми явлениями. Кто из вас не знает, как надевают обруч на новое колесо телеги? Обруч нагревают докрасна на огне, а затем быстро надевают его на деревянное колесо. По мере охлаждения обруч, сжимаясь, всё сильнее и сильнее охватывает колесо.
Или такой пример. Посмотрите на рисунок 3.
Рис. 3. Опыт с железным шаром.
Пока железный шар не нагрет, он без особого труда проходит через кольцо. Но стоит вам разогреть шар на огне, как он останется лежать на кольце. Очевидно, это можно объяснить только тем, что шар расширился от нагревания; его диаметр стал больше, кольцо стало тесным для горячего шара. И, действительно, оставьте нагретый шар полежать на кольце некоторое время, дайте ему охладиться; как только шар остынет, он снова сожмётся и упадёт через кольцо.
Если распилить такой шар пополам, можно убедиться, что он сделан из обыкновенного металла. Вы не увидите на его разрезе никаких раковин, никаких пустых мест. Это— сплошной кусок железа.
В чём здесь дело? Почему сплошное на вид тело расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении? Каким образом железо способно сжиматься и расширяться, оставаясь в то же время одним и тем же куском железа? Не правда ли, над этим общеизвестным, житейским явлением стоит подумать?
А вот другой пример, всем знакомый. Хорошо известно, что рыбы, как и наземные животные, не могут жить без кислорода. Спрашивается: откуда же рыбы, живущие в воде, берут воздух? Ответ ясен: очевидно, из воды. И действительно, воздух обнаруживается в воде на самых больших глубинах. Но как может проникать в неё воздух? Ведь вода, как вы к ней ни приглядывайтесь, кажется нам совершенно сплошным телом. Мы не видим в ней никаких «ходов», по которым воздух мог бы проникать в воду!
И над этим стоит подумать.
И вот вам, наконец, ещё пример. Если вы бросите в стакан воды кусочек каменной соли, он постепенно растворится в воде, исчезнет в ней. Что случилось с солью? Как получается, что кусок твёрдого вещества растворяется в воде, становится в ней невидимым? Ведь соль в этом случае не исчезает и не превращается в какое-то другое вещество. Вода, в которой растворена соль, становится солёной, как и кусок соли. Более того, если выпарить эту солёную воду, то на дне стакана вновь станет видна та же каменная соль, что была растворена в воде. Чем же объяснить, что твёрдое тело — кусок соли — способно растворяться в воде, делаться невидимым и в то же время оставаться солью?
Как объяснить эти простые, всем известные факты? Как могут сжиматься железо, проникать в воду воздух, растворяться в воде соль?
Ответ на эти вопросы и даёт нам в руки дальнейшую разгадку природы окружающих вещей, поможет нам выяснить их внутреннее строение.
Ответ на этот вопрос впервые родился как догадка много веков назад.
2. Поэма древнего мира
Мы уже приводили слова поэта древнего мира Лукреция Кара: «Из ничего даже волей богов ничего не творится». Эти слова взяты из его поэмы «О природе вещей». Около 2 000 лет назад была написана эта оригинальная поэма. В своём поэтическом произведении звучными стихами Лукреций рассказал об учении древнегреческого философа — материалиста Демокрита. Это было учение о мельчайших невидимых частичках, из которых построен весь мир.