Enrique Alvarez - Масса атомов. Дальтон. Атомная теория

И это объясняет тот факт, что они свободно циркулируют в атмосфере. Несмотря на ошибку, которая заключалась в объяснении с использованием теории Ньютона, это доказательство принесло Дальтону известность за пределами Англии. Его доклад, названный *О диффузии газов другими газами*, вызвал огромную полемику в научном сообществе. Почему отталкивающую силу можно наблюдать только в некоторых случаях?

Ответ на этот вопрос уводит Дальтона от теории Ньютона, он начинает задумываться о том, что существуют конечные неделимые частицы, из которых состоят вещества, образующие воздух. Так Дальтон приступил к разработке понятия атомной структуры.

В то же время близкий друг Дальтона Уильям Генри уже представил свои результаты, касающиеся растворимости газов в жидкостях. Дальтон еще раз подтвердил выводы Генри. Это означало, что если растворимость газов зависит от давления (другими словами, от силы), значит она должна иметь механическую причину. Это было очевидно и Генри, и Дальтону, который снова обратился к исследованиям и чуть позднее, в 1802 году, представил труд "О поглощении газов водой и другими жидкостями" (правда, работа была опубликована лишь три года спустя). В двух словах, растворимость газов — это не просто химическая реакция, но некое количество механических действий между частицами, которые зависят от размеров этих частиц (то есть от атомов, от атомной массы).

Закон кратных отношений, или закон Дальтона, сформулированный в 1802 году, — очень важный закон среди так называемых стехиометрических. Он гласит, что "если два вещества образуют друг с другом более одного соединения, то массы одного вещества, приходящиеся на одну и ту же массу другого вещества, относятся как целые числа, обычно небольшие". Другими словами, если атом вещества А соединяется с одним и с двумя атомами вещества 8, соотношение массы вещества А и 8 будет 1:2. Классический пример — оксиды меди, в которых А — это кислород, а 8 — медь:

— CuO: 79, 89% (Cu), что равно 3, 973 грамма меди на 1 грамм кислорода;

— Cu 2O:88, 82% (Cu), что равно 7, 945 грамма меди на 1 грамм кислорода.

Мы видим, что соотношение 3, 973/7, 945 приблизительно составляет 1:2. Рассмотрим другой пример с оксидами азота.

Этот закон 1803 года невозможно было бы сформулировать проще: "Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений всех газов, составляющих смесь".

Этот закон обычно служит для расчета давления газа при взаимодействии с водой. Общее давление будет равно сумме давления газа и давления водяного пара при определенной температуре. Так, если давление равно 766, 7 мм ртутного столба, а температура — 27°С (что означает давление водяного пара, равное 26, 7 мм ртутного столба согласно известным таблицам), давление газа будет равно (766, 7-26, 7) = 740 мм ртутного столба.

В очередной раз Дальтон опирался на работы Ньютона.

С 1802 по 1805 год одно за другим следовали выступления, публикации, различные опыты и проверка уже полученных результатов. Прежде чем перейти к понятию атома в следующей главе, отметим, что в трудах 1802 года Дальтон использовал понятие "конечная частица", а не "атом". Он широко применял диаграммы, чтобы наглядно показать состав атмосферы, изображая разными символами известные ее элементы: кислород, азот, углекислый газ и водяной пар. В работах 1803 года Дальтон немного изменил свою теорию и объяснил отталкивание конечных частиц через атмосферное тепло. Лавуазье уже высказывал подобную мысль. Помня об этом, Дальтон стал изучать отталкивающую силу одних и тех же частиц. К понятию этой "особой" отталкивающей силы он добавил впоследствии понятие "особого веса". В день рождения ученого, 6 сентября 1803 года, в его лабораторной тетради появились заметки, имеющие историческую важность: он смог впервые составить таблицу атомной массы молекул и известных веществ — эти понятия в то время накладывались друг на друга. Атомная теория начала вырисовываться. Оставалось только окончательно сформулировать ее.

Джон Дальтон смог опытным путем показать, что идеи античных философов объясняют привычные для нас явления. Нечасто бывает, что философская идея находит подтверждение в реальной жизни и разрастается до такого масштаба, что становится одной из основ современной науки.

Для историков науки формирование атомной теории Джона Дальтона представляет довольно сложную загадку. Мы не знаем точно, когда и почему Дальтон пришел к выводу об атомной структуре вещества. Для него конечные частицы были просто инструментом объяснения поведения смесей газов и жидкостей, растворимости и давления. Понятно, что у него были предшественники — даже во времена Древней Греции,— которые настаивали на идее существования атомов. И то, что лишь век спустя Эрнест Резерфорд экспериментально доказал существование атомов, ни в коей мере не отменяет заслуг Дальтона, который пошел гораздо дальше простого объяснения. Атомная теория в том виде, в котором сформулировал ее Дальтон, была способна объяснить практически все, что до ее появления оставалось непонятным. Поэтому велика вероятность, что она была сформулирована тогда же, когда и почти все ее постулаты.

Это был трудный путь, но Дальтон прошел его довольно быстро. Свои работы о газовых смесях он начал в сентябре 1801 года, понятие относительного веса появилось в сентябре 1803 года, а важнейший труд в двух томах, в котором английский ученый сформулировал свои идеи, — A new system of chemical philosophy ( "Новая система химической философии" ) — был опубликован в июне 1808 года. Книга содержит подробное описание опытов и результатов, представленных на нескольких рисунках на последних страницах. Как и дорогой Дальтону Исаак Ньютон в своей книге Principia mathematica (1687), ученый в одной работе подвел итог всех своих исканий и сделал завещание последователям.

Мое новое видение конечных частиц, или частиц тел, и их соединений перевернет химическую систему, и все сведется к очень простой науке.