Бородин
Шрифт:
Признав существование атомов и сделав из этого важные выводы, виднейшие химики первой половины XIX века Дальтон и Берцелиус попытались обойтись без понятия о молекуле.
Они, например, говорили не о молекуле воды, а об ее «сложном атоме», не видя глубокого различия между атомом и молекулой. Они считали, что простые тела состоят не из молекул, а из свободных атомов, и это было ошибкой, которая дорого стоила химии.
Основатель научной химии — Ломоносов, многогранный и глубокий мыслитель, умел охватывать взором всю природу как единое целое. Он понимал, что
У Дальтона и Берцелиуса не было такого широкого кругозора. Они видели перед собой только одну химическую сторону явлений. Они старались все явления объяснить с помощью одних и тех же атомов, не понимая, что «сложные атомы» — это уже не атомы, а молекулы, то есть другая ступень развития материи, подчиняющаяся своим законам.
Но и в таком половинчатом виде атомное учение много дало химии. Из него были выведены и подтверждены опытом важные следствия: закон постоянства состава, закон кратных отношений. Химики обозначили особыми знаками атом каждого элемента и стали изображать химические соединения в виде формул.
Появилось и представление об относительном весе атомов. Но эти первые атомные веса и первые формулы были еще очень произвольны.
Дальтон, например, считал, что в «сложном атоме» воды — один атом кислорода и один атом водорода. При этом атомный вес водорода принимался равным единице, а атомный вес кислорода равным восьми. Основанием для выбора формулы служил химический
анализ, который показывал, что в воде на одну весовую часть водорода приходится восемь весовых частей кислорода. Но тем же результатам анализа не противоречила бы и формула Н20, если принять атомный вес кислорода равным 16, и формула Н40, если считать атомный вес кислорода равным 32.
Почему же из множества возможных формул Дальтон выбрал формулу НО?
Он сделал это, основываясь не на опыте, а на произвольном умозрительном допущении, что в природе все должно быть устроено просто.
К произвольным допущениям прибегал при выборе формул и Берцелиус.
В условии задачи не хватало данных, и их приходилось выдумывать.
Химический анализ давал только весовые отношения, в которых соединены элементы. Чтобы решить задачу об атомном составе вещества, об его истинной формуле, этого было недостаточно.
Тут на помощь химии могла бы прийти физика, — ведь она тоже со своей стороны искала пути в мир атомов и молекул.
Никто и никогда еще не видал молекулы и атома, и даже существование их многим казалось в те времена спорным. Но если нельзя было увидеть, выловить отдельный атом или отдельную молекулу, то об их множестве уже можно было судить, как можно судить издали о толпе, не различая отдельных людей.
Было уже известно, что «толпа» молекул водорода или «толпа» молекул любого другого газа ведет себя совершенно одинаково, хотя молекулы сами по себе различны. От сжатия или нагревания эти «толпы» одинаково сжимаются или расширяются. Это можно было объяснить только тем, что молекулы в разных газах или парах
Но раз от молекулы до молекулы всегда при одних и тех же условиях одно и то же расстояние, значит в одинаковых объемах помещается одинаковое число молекул любого газа или пара.
Такой вывод и сделал итальянский физик Авогадро.
А если так, то, взвесив равные объемы двух разных газов, можно было узнать, во сколько раз молекула одного из них весит больше, чем молекула другого.
Но закон Авогадро давал не только это.
Хотя молекулы и атомы оставались по-прежнему «нечувствительными» — недоступными глазу, химик мог теперь судить о том, что происходит с этими невидимками, когда они соединяются во время химических реакций.
Вот объем водорода и такой же объем хлора. Соединяясь, они дают два объема хлористого водорода. С помощью закона Авогадро результат этого опыта можно было перевести с языка объемов на язык молекул: молекула водорода и молекула хлора образовали две молекулы хлористого водорода. Но для этого они должны были сначала раздвоиться, распасться пополам на составляющие их атомы.
Значит, в молекуле водорода и молекуле хлора по крайней мере по два атома.
Другой опыт: из двух молекул водорода и одной молекулы кислорода образовались две молекулы воды.
Значит, на каждую молекулу воды пошла молекула водорода, то есть два его атома, и полмолекулы кислорода, то есть один его атом.
Теперь уже не на основании произвольных допущений, а на основании опыта можно было утверждать, что истинная формула воды Н20.
Закон Авогадро открывал также и путь к определению истинных атомных весов. Молекула кислорода в шестнадцать раз тяжелее молекулы водорода. Но в той, и другой молекуле по два атома. Следовательно, если принять атомный вес водорода равным единице, атомный вес кислорода должен быть равен 16.
Так начало исполняться то, что предвидел Ломоносов: приоткрылся краешек завесы, скрывавшей внутреннее строение молекулы. Еще неизвестно было, как в молекуле воды расположены атомы, как они связаны между собой, но уже можно было сказать, что в ней два атома водорода и один атом кислорода
В наше время каждому школьнику, только что принявшемуся за изучение химии, формула Н20 кажется такой же простой и очевидной, как дважды два — четыре. А с каким трудом далась ученым эта простота!
За краткой формулой — десятилетия ожесточенной борьбы между людьми и научными школами. Как много тут было удач и неудач, побед и поражений!
Казалось бы, химики должны были с радостью воспользоваться помощью, которую предлагали им физики.
Но случилось другое. Дальтон и Берцелиус не приняли руку, которая были им протянута.
Чтобы согласиться с Авогадро, Дальтону пришлось бы отказаться от убеждения, что простые тела состоят не из молекул, а из атомов. А для Берцелиуса это означало к тому же крушение теории, которую он создавал в течение многих лет и которая, как он думал, хорошо объясняла множество фактов.