Вильгельм Штрубе - Пути развития химии. Том 2. От начала промышленной революции до первой четверти XX века

Жозеф Луи Гей-Люссак (1778-1850)

По сравнению с Дальтоном Жозеф Луи Гей-Люссак был молодым ученым. Но тем не менее он уже успел получить важные научные результаты и поэтому приобрел известность. Гей-Люссак родился в 1778 г. в семье юриста в г. Сент-Леонар во Франции. В годы учебы в Париже молодой химик пользовался особым расположением К. Бертолле. Гей-Люссак был смелым естествоиспытателем и часто шел на риск, проводя эксперименты с легко взрывающимися веществами. В 1804 г. совместно с физиком Ж. Био он совершил полет на воздушном шаре на высоте 7000 м. Бертолле познакомил Гей-Люссака с Гумбольдтом. Проведение совместных экспериментов, участие в экспедициях, общий круг знакомых — все это способствовало возникновению дружбы между Гей-Люссаком и Гумбольдтом. Гей-Люссак вел большую преподавательскую работу: он был профессором физики и химии в Политехнической школе, в Сорбонне и вел занятия в Ботаническом саду [29] Ботанический сад в Париже — культурно-просветительное и научное учреждение. В XVIII-XIX вв. в его лабораториях работали многие выдающиеся французские естествоиспытатели.- Прим. ред. . С 1808 по 1840 г. совместно с Д. Араго Гей-Люссак издавал "Анналы физики и химии". Когда в 1808 г. Араго из-за его политических убеждений грозило увольнение из Политехнической школы, Гей-Люссак защитил своего коллегу, заявив, что в случае увольнения Араго он также будет вынужден покинуть учебное заведение.

В 1810 г. во второй части своей работы "Новая система химической философии" Дальтон решительно выступил против открытого Гей-Люссаком закона объемных отношений, увидев в нем не подтверждение, а угрозу своей атомистической гипотезе. Дальтон много размышлял на эту тему. Первоначально он даже предполагал, что в одном объеме кислорода содержится столько же атомов, сколько и в одном объеме водорода. "Однако позднее я стал придерживаться другого мнения, и к этому привел меня следующий аргумент: один атом оксида азота состоит из одного атома азота и одного атома кислорода. Теперь, если в одинаковых объемах содержится одинаковое число атомов, то при взаимодействии одного объема азота с одним объемом кислорода должен образоваться один объем оксида азота, но, согласно данным Генри, образуются примерно два объема; поэтому оксид азота в том же объеме может содержать только половину атомов (по сравнению с азотом и кислородом)" [17].

Некоторые другие данные, казалось, также противоречили атомистической гипотезе Дальтона. Например, согласно представлениям Дальтона, плотность монооксида углерода как вещества, состоящего из двух атомов, должна быть больше плотности кислорода как вещества, состоящего из одного атома, однако на самом деле она была меньше. Точно так же плотность паров воды оказалась меньше плотности кислорода.

Ни Дальтону, ни Гей-Люссаку не удалось объяснить противоречия между атомистической гипотезой и газовыми законами.

Эти противоречия были устранены в 1811 г. итальянским ученым Амедео Авогадро [30] Подробнее о работах А. Авогадро см. в [176, с. 298-309; 180, с. 98-103; А с' 92-137].- Прим. ред. . В работе "Очерк метода определения относительных масс элементарных молекул тел и пропорций, согласно которым они входят в соединения", опубликованной в 1811 г., Авогадро сформулировал закон, названный впоследствии его именем: одинаковые объемы всех газов при одинаковых внешних условиях содержат одинаковое число молекул. Авогадро назвал этот закон очень осторожно гипотезой. Эта гипотеза в сочетании с газовыми законами Гей-Люссака привела Авогадро к предположению, что газы являются многоатомными веществами. При этом он делал различие между "составными молекулами" (les molécules constituantes) — сложными частичками газа, "интегральными молекулами" (les molécules integrantes) — частичками соединения и "элементарными молекулами" (les mol écules él émentaires) — атомами простых веществ. В газообразном состоянии водород, азот и кислород обычно являются двухатомными молекулами. В таком случае становилось понятным взаимодействие одного объема кислорода и одного объема азота с образованием двух объемов монооксида азота. Два атома кислорода (одна молекула) соединяются с двумя атомами азота (одна молекула), образуя две молекулы монооксида азота. Соответственно молекула воды состоит из одного атома кислорода ( 1/ 2молекулы) и двух атомов водорода (1 молекула).

Несмотря на то, что через три года в поддержку идей Авогадро выступил парижский профессор физики А. Ампер, они не получили признания. В XIX в. ученым очень трудно было понять различие между атомом и молекулой. К тому же закон Авогадро относился только к газам; существовало мнение, что в лучшем случае газы представляют собой исключение.

Амедео Авагадро (1776-1856)

В том же году против атомистической гипотезы Дальтона среди других химиков выступил Уолластон. Хотя своими работами он способствовал утверждению закона кратных отношений, однако в 1814 г. Уолластон критически отнесся к предположению Дальтона о том, что число атомов в соединении может быть различным, и поэтому нет надежды на точный расчет значений атомных весов. Поэтому вместо понятия "атомы" Уолластон предложил использовать представление об эквивалентах. При этом он опирался на данные анализов, проведенных И. Рихтером, из исследований которого Уолластон и заимствовал понятие "эквивалент". Уолластон хотел заменить гипотетичность положений атомистической теории надежностью более точных законов эквивалентов. Однако в этом своем стремлении Уолластон перешел разумные границы: под эквивалентными он понимал полные количества веществ, в которых они соединяются друг с другом. Он считал эквивалентами и различные количества одних и тех же веществ, взаимодействующих в сходных реакциях, проводившихся в одинаковых условиях. В этом заключалась ошибка Уолластона, который так и не смог дать точного критерия определения атомных весов.

Проблема точного определения атомных весов не была решена ни Гей-Люссаком, ни Уолластоном. Лишь в 1818 г. Й. Я. Берцелиус опубликовал таблицу атомных весов; приведенные в ней атомные веса были так точны, что подтверждали положения атомистической гипотезы Дальтона. Тем не менее Берцелиус старался найти способ определения атомных весов в соответствии с законом объемных отношений [18].