огненная материя выделяется в виде тепла и света.
Неправильно, но остроумно.
В общем, Лавуазье не уничтожил флогистон. Но докапал, что в состав
химических веществ никакой флогистон не входит.
Но будем требовать от одного человека слишком многого, Лавуазье и так
сделал для химии больше, чем кто-либо со времен Аристотеля. Продолжая идти
по указанной Аристотелем дороге, он открыл общее для множества веществ
свойство - соединяться с кислородом. И затем добрался до коренного свойства
веществ - не разлагаться на другие вещества. Им обладали 26 известных
Лавуазье тел. Насчет еще пяти - магнезии, барита, извести, глинозема и
кремнезема - он написал: "Можно ожидать, что эти земли вскоре перестанут
причисляться к классу простых веществ. Они - единственные из всего данного
класса веществ, которые не имеют охоты соединяться с кислородом, и я весьма
склонен думать, что эта индифферентность по отношению к кислороду, ежели мне
дозволено воспользоваться таким выражением, происходит оттого, что они уже
сами по себе насыщены кислородом".
Правота этих слов вскоре была доказана.
Двадцать шесть плюс еще пять - тридцать один элемент! Но главное, чем
обязана Лавуазье паука, это не числом названных им элементов, а объяснением
того, что такое элемент. И лучше всего это можно видеть на примере ртути и
серы.
Для алхимиков ртуть была не просто тяжелым жидким металлом, а еще и
составной частью всех прочих металлов, сама, в свою очередь, состоящая из
влажности и холода. Так же как сера была не просто твердым, желтым, горючим
телом, но еще и составной частью масла, угля и прочих горючих тел, сама, в
свою очередь, состоящая из сухости и тепла...
Для Лавуазье же ртуть и сера были двумя неразложимыми простыми телами,
которые могли соединяться с другими простыми телами, образуя при этом разные
сложные вещества, но отнюдь не другие элементы.
Элементы оказались совсем не такими, какими представлялись они
Аристотелю и вслед за ним алхимикам. Кончилась эпоха сомнений в возможности
превращения элементов. Пришло точное знание того факта, что в ходе
химических реакций ни один элемент не может превратиться в другой.
Однако это не означало простого отрицания алхимических идей. Это было
огромное продвижение вперед в понимании природы вещей. Вместо
фантастического представления о первичных частицах, слагающих все
многообразие окружающего нас мира, появилось в основном правильное
представление о химических элементах.
Правда, никто еще не знал причин, по которым один элемент отличается от
другого. Никто еще не догадывался о механизмах, с помощью которых элементы
образуют сложные вещества.
И, пожалуй, самое главное - никто не понимал, каким образом можно
объединить учение о химических элементах с атомной гипотезой. Этим и
предстояло теперь заняться в первую очередь.
Часть третья
ОТРИЦАНИЕ
Глава первая,
в которой Дальтон сравнивает по весу атомы разных сортов, а когда число
этих сортов начинает быстро расти, Праут и Ньюлендс предпринимают попытки
навести среди атомов хоть какой-нибудь порядок
ТОЛЬКО ЦЕЛЫЕ ЧИСЛА
В книгах на русском языке человека по имени Джон Долтон нет. В прошлом
веке английские слова писали у нас как придется - вместо Уошингтон получился
Вашингтон, вместо Айвенго был Ивангос, а вместо Джон Долтон написали Джон
Дальтон.
Так он и остался Дальтоном.
Про Джона Дальтона его современники сообщали немало неприятного.
Например: "Его вид и манеры были отталкивающими, голос у него был резкий и
сварливый, а походка неуклюжая". Или: "В нем было меньше желания узнать, что
сделали другие, чем твердой уверенности в правильности того, что сделал он
сам".
Впрочем, и к Аристотелю лично знавшие его люди относились далеко не
лучшим образом. В одной из старых, почтенных энциклопедий можно прочесть:
"При жизни А. не был любим. Наружность его не отличалась привлекательностью.
Он был малого роста, близорук и картав. На губах его играла язвительная
улыбка..."
В гениях ли тут дело? Или в людях, которые их окружают?
В 1773 году, когда "Начальный курс химии" Лавуазье вышел во Франции уже
вторым изданием, 27-летний провинциальный учитель Джон Дальтон приехал в
большой промышленный город Манчестер, где ему досталось место преподавателя
математики и физики в новом колледже.
И здесь Дальтон занялся исследованиями.
Три вопроса более других интересовали его.
Первый. Лавуазье установил, что по крайней мере 26 веществ представляют
собой элементы - неразложимые простые тела.
Почему они далее не разлагаются?
Второй. Жозеф Луи Пруст, исследуя киноварь из Испании и Японии,
поваренную соль из морей, озер и копей, воду из горных ледников и глубоких
шахт, а также многие другие сложные вещества из разных мест, доказал, что
любая вода в очищенном от примесей виде содержит 11,1 % по весу водорода и
88,9 % кислорода, а любая соль - 39,3 % натрия и 60,7 % хлора, а любая
киноварь - 86,2 % ртути и 13,8 % серы. И вообще, что "соединение есть
привилегированный продукт, которому природа дала постоянный состав".
Как объяснить это постоянство состава любого сложного тела?
Третий. Еще алхимикам было известно: для того, чтобы превратить в
киноварь всю ртуть и всю серу без остатка, нужно ваять их в определенном
отношении, а именно: отвесить 86,2 части ртути и 133 части серы. Иначе либо
сера, либо ртуть останутся в избытке. Но когда химики от твердых тел и
жидкостей перешли к газам, в подобных числах возникла новая особенность.
Газы легче было отмерять не в весовых единицах, а в объемных - ведь их
собирали в бутыли. И тут-то при переходе от унций к литрам выявились
удивительнейшие вещи. Например, если считать по весу, то аммиак состоит из
17,06 части водорода и 82,94 азота. Ничего особенного. А если считать по
объему - то из трех объемов водорода и одного объема кислорода. Все числа
получались целыми! Или другой пример. Разложили воду, собрали в одной бутыли
кислород, в другой водород. И пришлось для кислорода брать бутыль ровно
вдвое меньшего размера, чем для водорода.
Откуда взялись эти целые числа?
Ответы, которые нашел Джон Дальтон, оказались ошеломляюще простыми.
Почему далее не разлагаются элементы? Да потому, что они состоят из
атомов одного сорта. Атомы же неделимы никакими способами.
Почему постоянен состав сложных веществ? Да потому, что сложное
вещество состоит из сложных атомов - молекул, а каждая молекула - это
соединение определенного числа атомов одного сорта с определенным числом
атомов другого сорта или нескольких других сортов.
Почему появились целые числа? Да потому, что атомы неделимы и они не
могут входить в состав молекул четвертушками или половинками, и значит,
молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. А
молекула аммиака - из трех атомов водорода и одного атома азота.
Теперь можно было понять и закон сохранения материи при химических
превращениях: куда могла материя деваться, если все превращения оказывались
лишь переходом одних и тех же атомов от одного вещества к другому?
Но Дальтон не хотел ограничиваться объяснением уже открытых фактов.
Только та теория хороша, которая позволяет предсказывать новые. И Дальтон
сделал предсказания. Первое относилось к свойствам самих атомов. Раз
непременное свойство любого вещества - его масса, вес, значит, это
непременное свойство есть у каждого атома. И атомы разного сорта должны
иметь разный вес.
Второе предсказание относилось к разным веществам, образованным одними
и теми же элементами. Например, углерод с кислородом могут образовать два
совершенно разных таза - угарный и углекислый. Азот с кислородом - четыре
разных вещества. Было ясно и так, что одни и те же элементы входят в эти
вещества в разных пропорциях. Дальтон объявил другое, а именно: что в таких
соединениях весовые количества одного элемента, приходящиеся на одно и то же
количество другого элемента, будут кратными, то есть будут относиться между
собою как целые числа. Потому что в молекуле одного такого соединения может
быть только два атома, скажем, углерода вместо одного, или три, или четыре,
но уж никак не полтора атома - ведь атом не делится на половинки!
Дальтон сам проверил угарный и углекислый газы. В угарном газе на три
весовые части углерода приходится четыре весовые части кислорода, а в
углекислом - на те же три части углерода уже восемь частей кислорода. 8:4 =
2. Целое число!
Проверил Дальтон и соединения азота с кислородом. Там тоже получились
целые числа.
Впрочем, у газов и раньше, когда имели дело с объемами, получались
целые числа. А вот у твердых и жидких тел никаких простых соотношений никто
никогда не наблюдал.
Дальтон взял два медных окисла - черный и красный. В черном оказалось
по весу 79,9 % меди и 20,1 % кислорода, в красном - 88,8 и 11,2. Теперь надо
было высчитать, сколько приходится меди на единицу веса кислорода в том и
другом окисле. Дальтон разделил 79,9 на 20,1. Получилось 3,96. Потом
разделил 88,8 на 11,2. Получилось 7,92.
Теперь оставалось разделить 7,92 на 3,96. И, конечно, получилось целое
число: два. На один атом меди в молекуле черного окисла приходилось два
атома меди в молекуле красного. Закон кратных отношений действовал
безотказно...
С этого времени химики всего мира могли с карандашом или пером в руках
подсчитывать, сколько исходных веществ надо взять, чтобы они нацело, без
остатка, превратились в нужное новое вещество.
АТОМНЫЙ ВЕС
Первую таблицу атомных весов двадцати элементов составил сам Дальтон и
поместил в книге "Новая система химической философии". Первый том ее вышел в
1808 году. Она именовалась так: "Таблица относительных весов мельчайших
частичек газообразных и других тел". Относительных - потому что взвесить
атом Дальтон не мог, а мог только попытаться выяснить, на сколько тот или
иной атом тяжелей атома водорода.
Кроме относительных весов, в таблице были даны символы для химических
элементов. Раньше каждому веществу давали свой символ. И потому своя знаки
были не только у золота, ртути или серы, но и у поваренной соли, селитры,
уксусной кислоты - вообще у любого, известного химикам вещества. Получалась
китайская грамота.
Дальтон же все упростил: элемент обозначался своим символом, а
соединение - символами элементов, в него входящих.
Правда, ни предложенные Дальтоном символы, ни обозначения, в его
таблице относительные веса долго не продержались. Символы-значки были
заменены первыми буквами латинских названий элементов. А относительные
веса - другими, более точными числами.
Тем не менее в главном Дальтон оказался прав - у каждого элемента был
только ему одному присущий атомный вес - число, показывающее, во сколько раз
атом такого-то элемента тяжелее, чем атом водорода, или, впоследствии, чем
одна шестнадцатая часть атома кислорода.
Точное определение этих чисел стало в принципе возможным после того,
как появился закон Авогадро.
Амедео Авогадро, профессор Туринского университета в Италии, задумался
над химическими реакциями, в которых из одних газообразных веществ
получаются другие газообразные вещества. Например, над тем, как разлагается
аммиак. Если полностью разложить один кубический дюйм аммиака, то из него
получится ровно столько же азота и ровно три кубических дюйма водорода. Или,
например, над тем, как получается углекислый газ. Если соединить кубический
дюйм угарного газа с кубическим дюймом кислорода, то получится не два
кубических дюйма углекислоты, а только один.
Что бы это могло значить? Почему более сложный газ всегда занимает
ровно такой же объем, как один из исходных, и притом тот, которого было
меньше?
Авогадро рассуждал примерно так.
Молекула сложного вещества образовалась из атомов простых веществ или
молекул менее сложных веществ. Например, молекула аммиака состоит из атомов
азота и водорода. Значит, в ней не может не быть хотя бы одной частицы
азота. Значит, число полученных молекул аммиака не может быть больше числа
атомов азота.
Но и сложные частицы аммиака, и простые частицы азота занимают один и
тот же объем. Почему? Проще всего это можно было объяснить следующим: при
одной и той же температуре и давлении в равных объемах находится одинаковое
число частиц любого газа. Хоть легчайшего водорода, хоть тяжелой
углекислоты.
Из этого обнаруженного Авогадро закона, которому подчиняется жизнь
газов, оказалось возможным определить относительный атомный вес любого
элемента. Надо только выделить его в виде газа или пара, собрать в сосуд,
взвесить и сравнить его вес с весом другого такого же сосуда с водородом.
Ведь от того, будете вы делить вес одного атома кислорода на вес одного
атома водорода или же вес миллиарда атомов кислорода на вес миллиарда атомов
водорода - результат измениться не может.
Так была определены атомные веса многих элементов, и все они оказались
разными.
Легче водорода не нашлось ни одного элемента.
А наиболее тяжелым оказался висмут.
На самом деле еще тяжелей был уран, но правильно определить атомный вес
урана долго не удавалось...
Когда исследователя находили какой-нибудь, новый элемент, то его
атомный вес обязательно оказывался не таким, как у ранее известных.
Все же другие свойства атомов не были так индивидуальны. Цвет, вкус,
запах, металлический блеск, растворимость, горючесть, способность
образовывать кислоты, или, наоборот, щелочи - не были особым признаком.
Этими свойствами обладали - пусть в развой мере - многие элементы, атомы
многих сортов.
СКОЛЬКО ИХ?
В таблице Лавуазье, составленной в 1789 году, было двадцать шесть
элементов. После того как Лавуазье объяснил, что такое простое тело и что
такое - сложное, перечень известных химикам элементов стал расти с
невиданной быстротой.
В том же 1789 году появились уран и цирконий, в 1791 - титан, в 1794 -
иттрий, в 1797 - хром. Первый же год нового, XIX века ознаменовался
открытием ниобия, второй - тантала, третий - церия и палладия, четвертый -
родия, осмия, иридия. Затем после двухлетнего перерыва наступил черед калия,
натрия, бария, стронция, магния, кальция и бора - все они были открыты
великим охотником за элементами англичанином Хемфри Дэви. Второе десятилетие
XIX века дало человечеству хлор, йод, литий, кадмий, селен. Третье -
кремний, бром, алюминий, торий. Четвертое и пятое - маленькая передышка:
всего три новых элемента - ванадий, лантан и рутений. А потом снова лавина:
1860 - цезий, 1861 - рубидий, 1862 - таллий, 1863-индий, 1868 - гелий...
Через восемьдесят лет, прошедших после появления таблицы Лавуазье с ее
26 элементами, люди знали уже более 60 сортов атомов. Среди новых элементов
были такие активные, как калий, горящий даже в воде. И такие стойкие, как
осмий или иридий, не боящиеся самых сильных кислот. Был легчайший металл
алюминий и более тяжелые, чем свинец, - торий и уран.
Сколько элементов еще предстоит открыть? И какими окажутся их свойства?
И вообще - от чего эти свойства зависят, по какому закону от элемента к
элементу изменяются?
На эти вопросы не мог ответить никто.
Только что упорядоченный Лавуазье и Дальтоном мир элементов снова
постепенно превращался в хаос, за которым отдельные мыслители тщетно
стремились угадать систему.
Английский врач Уильям Праут выступил с идеей, которую сегодня нельзя
не назвать пророческой. Вес любого атома кратен весу атома водорода потому,
Новинки >> Русской фантастики (по файлам) | Форумов | Фэндома | Книг