В чем же дело?
1802 год
Учитель математики
Время шло. Все больше и больше наука накапливала фактов о строении вещества. Уже было ясно, атомы являются кирпичиками мироздания.
Были установлены точные закономерности в превращениях веществ, открыты многие химические элементы. Неясным оставался только механизм взаимодействия между собой атомов этих элементов. Как .комбинируются простейшие частички вещества?
В конце XVIII и в начале XIX вв. в английском городе Манчестере жил скромный учитель математики Джон Дальтон. Это был ученый-самоучка, никакого образования он не получил. Средства к существованию доставляли ему частные уроки по математике и химии. Он считался хорошим учителем, и к нему обращались богатые родители с просьбой подготовить их детей по математике. Платили за уроки неплохо, и у Дальтона было время и возможность заняться наукой.
Он читал научную литературу, выписывал книги. И очень заинтересовался атомно-молекулярной теорией строения вещества, которая начала распространяться в то время.
На свои средства Дальтон оборудовал в своем доме химическую лабораторию, стал производить опыты, задумываться над причинами и механизмом превращения веществ. И постепенно в его сознании начала складываться новая теория — теория химического взаимодействия атомов.
Правильный вывод
Дальтон решил не пользоваться словом «корпускула». Он вернулся к старому названию простейшей частицы вещества, так как считал, что слово «атом» лучше всего подчеркивает элементарность этой частицы. По мнению Дальтона, атомы представляют собой упругие (в обычном состоянии вещества) неподвижные шарики.
Далее, Дальтон пришел к выводу, что в природе существуют простые вещества— элементы — и сложные из этих элементов.
Английский физик и химик Джон Дальтон
Каждый элемент состоит из атомов, характерных только для данного элемента, со строго определенными свойствами. Атомы разных элементов, соединяясь между собой при химических реакциях в строго определенном порядке, образуют более сложные, составные вещества.
Таков смысл теории Дальтона, которую он выработал в 1802 г. В своих основных положениях это была правильная теория. Именно так мы и представляем сейчас образование сложных веществ из простых элементов.
Основным выводом из теории Дальтона был закон кратных отношений. Что это значит? Это значит, что атомы веществ образуют более сложное вещество только в простейшей пропорции. Другими словами, в химических реакциях могут соединяться только целые атомы, но ни в коем случае не части их. Дальтон впервые ввел в практику новое понятие — атомный вес элемента (не вес атома, а именно атомный вес—это разные понятия), поясним, что это такое. Во времена Дальтона было хорошо известно, что атомы настолько малы, что взвесить их нельзя. Даже в наше время самыми точными и чувствительными весами невозможно взвесить атом. Но зато можно ввести понятие относительного веса. Скажем, принять вес атома водорода за единицу, а веса атомов других элементов считать по отношению к атому водорода. Дальтон так и сделал.
Следует отметить, что Дальтон больше всего интересовался газами, проводя с ними много опытов. Он брал газы водород и хлор и получал из них новое вещество — хлористый водород. Дальтон установил, что хлористый водород получается из одной весовой части водорода и приблизительно 35 весовых частей хлора. И сделал совершенно правильный вывод, что атомный вес хлора приблизительно равен 35 атомным весам водорода.
Но все-таки он ошибался
Дальтон продолжал опыты с газами. Теперь он взял водород и кислород и нашел, что вода получается из одной весовой части водорода и восьми весовых частей кислорода. Исходя из своей теории, ученый пришел к выводу, что раз для образования воды на одну часть водорода требуется восемь частей кислорода, то атомный вес кислорода должен быть равен восьми.
Вот в этом-то и заключалась ошибка Дальтона. Сейчас каждый знает, что атомный вес кислорода вдвое больше — он равен шестнадцати.
В чем же дело?
Действительно, в чем же дело? Когда одна часть водорода соединяется с 35 частями хлора, мы делаем правильный вывод: атомный вес хлора равен 35. А если одна часть водорода соединилась с восемью частями кислорода, образуя воду, то неправильно делать вывод, что атомный вес кислорода равен восьми.
И вскоре выяснилось, почему Дальтон ошибался.
Дальтон считал, что один атом одного элемента соединяется только с одним атомом другого элемента. В этом-то и была его ошибка. Он был прав только тогда, когда действительно один атом одного элемента соединяется с одним атомом другого элемента. В этом случае вывод о том, что отношение частей, вступающих в реакцию элементов, соответствует отношению атомных весов, как при реакции водорода с хлором, будет правильным. А если один атом одного элемента соединяется, например, с двумя атомами другого элемента? Тогда соотношение частей элементов, вступающих в реакцию, не соответствует соотношению атомных весов. Примером этого служит образование воды из кислорода и водорода.
В чем же тут дело? Ошибку Дальтона исправили итальянский физик Амедео Авогадро и шведский химик Иоганн Берцелиус.
Дальтон просто не знал о существовании молекулы, состоящей из атомов одного и того же вещества (по-французски «молекула» означает «маленькая масса»). Молекула — наименьшее количество данного вещества, обладающее основными свойствами этого вещества. Молекула может состоять из одного атома, из двух, трех, десятков, сотен и, как сейчас установлено, даже тысяч атомов. В этом-то все и дело. Несколько позднее Авогадро предположил, что одинаковые объемы различных газов содержат одинаковое число молекул. Это предположение позволило ученым все поставить на свои места.
При реакции водорода с кислородом не один, а два атома водорода соединяются с одним атомом кислорода. И хотя на одну часть водорода при образовании воды приходится восемь частей кислорода, число атомов водорода, вступающих в реакцию, в два раза больше числа атомов кислорода, тоже вступающих в реакцию. Значит, ошибка Дальтона заключалась в том, что он в два раза уменьшил число атомов водорода. И, следовательно, сделал неправильный вывод.
Другими словами, не одну часть водорода нужно было принять за единицу, а только половину части. Тогда и получается, что атомный вес водорода в шестнадцать (а не в восемь) раз меньше атомного веса кислорода.
