Великие химики. В 2-х томах. Т. 1.
Шрифт:
Он снова задумался: но что в сущности мы знаем об атомах? Существуют ли они в природе, или это всего лишь философская категория? Если атомы существуют, то тогда следовало бы объяснить все свойства веществ, все законы на основе атомной теории. Но разве можно теории Кирвана [263] и Хиггинса [264] назвать атомными? Чем они отличаются от теорий Бойля и Ньютона? Вот чего не хватает химии — подлинной теории строения вещества!
Увлеченный новой идеей, Дальтон занялся упорными исследованиями. Лаборатория, библиотека, теоретические заключения за рабочим столом… Необходимо прежде всего получить ясное представление об атомах. Каковы их характерные особенности? Отличаются ли атомы одного элемента от атомов другого? Нет ли какого-либо способа, несмотря на то, что они ничтожно малы и невидимы невооруженным глазом, установить их вес, форму, размеры…
263
Ричард
264
Об атомной теории У. Хиггинса см.: Меншуткин Б. Н. Химия и пути ее развития. М. — Л.: Изд-во АН СССР, 1937, с. 157–158; Джуа М., ук. соч., с. 145–146 и сл.; Кедров Б. М. Три аспекта атомистики: Учение Дальтона. — М.: Наука, 1969.
Несколько лет напряженного труда — и результаты не замедлили себя ждать. 21 октября 1803 года. Сегодня вечером они станут известны и членам Манчестерского литературного и философского общества. Стоя на кафедре, Джон Дальтон докладывал свою химическую атомную теорию [265] .
— В заключение мне хотелось бы подытожить основные положения моей теории. Все существующие ранее теории корпускул сходятся на том, что это маленькие одинаковые шарики. Я же считаю, что атомы (мельчайшие неделимые частички) одного элемента одинаковы между собой, но отличаются от атомов других элементов. Если в настоящий момент об их размерах нельзя сказать ничего определенного, то об основном их физическом свойстве говорить можно: атомы имеют вес. В подтверждение этого разрешите зачитать и вторую мою работу: «Первая таблица относительных весов конечных частиц тел». Атом нельзя выделить и взвесить. Если принять, что атомы соединяются между собой в самых простых соотношениях, и анализировать сложные вещества, а после этого сравнить весовые проценты элементов с весовым процентом самого легкого из них, можно получить интересные величины. Эти данные показывают во сколько раз атом одного элемента тяжелее атома самого легкого элемента. Обратите внимание на первую таблицу этих весов. Она перед вами. Самым легким элементом оказался водород. Это означает, что его атомный вес следовало бы условно принять за единицу…
265
6 сентября 1803 г. Дальтон в своем лабораторном журнале записал первую таблицу атомных весов. Впервые он упомянул об атомной теории в докладе «Об абсорбции газов водой и другими жидкостями», прочитанном 21 октября 1803 г. в Манчестерском литературном и философском обществе. Доклад опубликован в 1805 г.
Дальтон говорил увлеченно, и присутствующие слушали его с огромным интересом. Все они так или иначе принимали, что вещества состоят из атомов, но такую теорию, такие подробные представления, которые не только объясняли свойства веществ, но и давали представление об их строении, никто до сих пор не слышал. Дальтон чертил на доске кружочки, расставляя их рядом по два, по три или по четыре. Это были первые формулы самых простых соединений [266] .
Новая теория Дальтона привлекла внимание широкой научной общественности. Он получает приглашение прочитать курв лекций в Лондоне [267] . Через несколько недель он снова возвращается в Манчестер для продолжения начатой работы по определению атомных весов.
266
Подробно об атомной теории Дальтона см. Джуа М., ук. соч., с. 169; Соловьев Ю. И., ук. соч., с. 117–132; Partington J. R., ук. соч., т. 3, с. 782–786; Крицман В. А., ук. соч., Ч. I, с. 111–122; Биографии великих химиков, ук. соч., с. 88–93; Мусабеков Ю. С, Черняк А. Я., ук. соч., с. 80–85. Атомную теорию Дальтон развил во второй своей книге — «Новая система химической философии». С именем Дальтона связан ряд фундаментальных открытий в физике и химии, сделанных им на основе исследований газов: закон парциальных давлений (1801 г.), закон равномерного расширения газов при нагревании (1802 г.), закон кратных отношений (1803 г.), явление полимерии (на примере этилена и бутилена).
267
В декабре 1803 г. — январе 1804 г. Дальтон прочитал курс лекций об относительных атомных весах в Королевском институте в Лондоне.
Некоторые частные случаи создавали ему немалые трудности. Например, медь окисляется кислородом и образует два окисла — черный и красный. Азот тоже дает несколько различных окислов. Как объяснить это явление? Но он знал, что Пруст исследовал оба окисла меди. В результате анализов им было установлено, что черный окисел содержит 80% меди, а красный — 89%. Анализы проводили и другие исследователи; их данные существенно не отличались от данных Пруста. Этого было достаточно, чтобы приступить к вычислениям.
Иногда в литературных источниках Дальтон встречал результаты, полученные только одним ученым. Тогда он повторял анализы, чтобы убедиться в их достоверности, и лишь посла этого приступал к вычислению атомного веса. Многие из значений атомных весов, которые он получил, были неточными, так как для кислорода он установил атомный вес равным 7, а не 16. [268] По сути дела то, что вычислял Дальтон, сегодня называется эквивалентным весом, то есть весовой частью данного элемента, которая является носителем единицы валентности. Атом кислорода имеет валентность два, следовательно, единицу валентности несет весовое количество, равное половине его атомного веса. Дальтону не удалось получить точное значение эквивалентного веса кислорода. К ошибке привели несовершенные методы анализа, дававшие неточные результаты.
268
При определении атомного веса кислорода Дальтон исходил из состава воды, состоящей по его мнению, из одного атома водорода и одного атома кислорода. Согласно анализам, которые проводил Лавуазье, вода состоит из 85% кислорода и 15% водорода (при O = 16 и Н = 1 из 88,88% О и 11,12% Н). Дальтон высчитал сначала атомный вес кислорода — 5,5, но на основании анализов Гей-Люссака и Гумбольдта, по данным которых вода содержит 87,4% О и 12,6% Н, он считал его равным 7 (Джуа М., ук. соч., с. 171).
Дальтон сосредоточил свое внимание на количественных показателях. В черной окиси меди [269] 20 весовых частей кислорода соединяются с 80 весовыми частями меди. Атомный вес кислорода 7, тогда 7 весовых частей его будут соединяться с таким весовым количеством меди, которое представляет ее атомный вес. Дальтон решил пропорцию и получил число 28. В красной окиси меди [270] 11 весовых частей кислорода соединяются с 9 весовыми частями меди. Для 7 весовых частей он получил число 56. Дальтон с удивлением смотрел на числа — 28 и 56. [271]
269
В природе встречается в виде минерала тенорита или мелаконита CuO черного цвета. — Прим. ред.
270
В природе встречается в виде минерала куприта Cu2O красного цвета. — Прим. ред.
271
Правильные значения 64 и 128 получаются при атомном весе кислорода 16.
— Но второе число в два раза больше первого! Интересно, что получится для окислов азота? — воскликнул он, вычисляя с лихорадочной быстротой.
— То же самое! Одно число в два раза больше другого. Может быть, атомы обладают свойством соединяться между собой в различных весовых соотношениях?
Мысль показалась захватывающей.
— Да. Так оно и есть. В черной окиси один атом кислорода соединен с одним атомом меди, а в красной окиси — с двумя.
Итак, это не было случайностью, в этом основное свойство вещества. Закон кратных весовых отношений — закон природы. Дальтон рассказал о своем открытии Стивенсу.
— Вопрос сводится к способности атомов соединяться между собой. Если атом кислорода соединится с атомом меди, образуется одно вещество, но если атом кислорода соединится с двумя атомами меди, получится другая окись. Разумеется, количество меди в первом соединении относится к ее количеству во втором соединении, как один к двум.
— Твоя атомная теория оказалась на высоте, — улыбнулся Стивенс.
— Некоторые все еще называют ее гипотезой, но, поверь мне, это истина. Все результаты, которые я получаю, убеждают меня в этом.
— Послушай, Джон, а ведь ты становишься persona grata, мой друг. В прошлом году тебя приглашали в Эдинбург, Глазго, в этом году…
…В этом году руководство Манчестерского литературного и философского общества решило избрать своим вице-президентом Джона Дальтона. Официальное избрание состоялось в мае 1808 года. Лондонское королевское общество вновь пригласило Дальтона выступить с лекциями. В конце 1809 года он поехал в Лондон, где встретился и беседовал с крупнейшими учеными Англии, побывал в лабораториях, познакомился с их работой. Особенно часто он беседовал с Гемфри Дэви. Молодого исследователя переполняли идеи. Дальтон ознакомился с открытыми Дэви новыми элементами — калием и натрием. Он с интересом наблюдал, как маленький кусочек металла плавал в воде, а над ним трепетало желтое пламя.
Замечательное открытие, сэр.
— Ваши заслуги в химии не меньше, мистер Дальтон. Открытие закона кратных отношений намного значительнее, чем открытие элемента. Я уже не говорю о таком достижении, как атомная теория.
Они помолчали, потом Дэви продолжил:
— Для Лондонского королевского общества большая честь избрать вас своим членом, мистер Дальтон. Разрешите мне внести это предложение?
— Прошу вас, сэр Дэви, не надо. Я люблю Манчестер и его Общество. Для науки неважно, где живет ученый, главное, что он ей дает.