27.Атомистика в 19 в.

Атомная теория. Английский химик Джон Дальтон (1766-1844), подобно древним атомистам, исходил из представления о корпускулярном строении материи, но, основываясь на понятии химических элементов Лавуазье, принял, что "атомы" (этот термин Дальтон сохранил как дань уважения к Демокриту) данного элемента одинаковы и характеризуются кроме других свойств тем, что обладают определенным весом, который он назвал атомным. Дальтон обнаружил, что два элемента могут соединяться друг с другом в различных соотношениях и каждая новая комбинация элементов дает новое соединение. В 1803 эти результаты были обобщены в виде закона кратных отношений. В 1808 вышел труд Дальтона Новая система химической философии, где он подробно изложил свою атомную теорию. В том же году французский химик Жозеф Луи Гей-Люссак (1778-1850) опубликовал предположение о том, что объемы газов, вступающих в реакцию друг с другом, относятся между собой как простые кратные числа (закон объемных отношений). К сожалению, Дальтон не сумел увидеть в выводах Гей-Люссака ничего, кроме помехи для разработки своей теории, хотя эти выводы могли бы стать очень плодотворными в определении относительных атомных весов. ГЛАВА 7. Атомно-молекулярное учение.

7.1. Развитие химической атомистики в первой половине Х1Х в.

Атомистические учение Дальтона заключало в себе объяснение физического устройства вещества и объяснения химических явлений. Первое содержало представление об атомах как о мельчайших неделимых частицах определенного веса, способных соединяться с образованием ,,сложных атомов,, (молекул) различного состава, а второе – представления о количестве элементов в сложных атомах, о методах определения атомных весов, об отношении масс реагирующих и образующихся веществ. Именно второй аспект атомистики Дальтона был особенно важен в условиях развития экспериментальной химии, поскольку принятие химиками атомистичекого учения зависило в первую очередь от соответствия этой теории экспериментальным данным.

Несмотря на методологическую значимость атомистики Дальтона, его идея определять атомный состав соединений по данным весового анализа с применением постулата наибольшей простоты справедливо рассматривалась некоторыми учеными как спекулятивная. Такой точки зрения придерживались, например, английский химик У.Г.Волластон и шведский химик Й.Я. Берцелиус. Этими учеными были предприняты попытки усовершенствовать систему Дальтона на основе собственных исследований и представлений.

Так, вместо атомных весов Волластон предложил использовать эквивалентные веса, которые он определил для многих элементов и соединений по отношению к кислороду. Хотя в своих работах он не дал однозначного определения понятию эквивалент ( и иногда отождествлял его с дальтоновским относительным атомным весом), в большинстве случаев его эквиваленты представляли собой соединительные веса, то есть весовые соотношения, в которых соединяются элементы. Пересчитанные относительно водорода (принятого за 1), многие значения эквивалентов Волластона близки к атомным весам Дальтона. Однако, химики (особенно в 1820-е гг.) предпочитали пользоваться именно эквивалентами Волластона, казавшимися менее произвольными по сравнению с атомными весами, т.к. они рассчитывались не на основании абстрактного дальтоновского постулата, а на основании экспериментальных фактов.

Существенный вклад в развитие химической атомистики внес Й.Я.Берцелиус, который попытался создать на основе идей Дальтона целостную, подкрепленную многочисленными экспериментальными данными теорию. Отметим, что закон кратных отношений и атомные веса Дальтона были введены на основании весьма ограниченного круга соединений, который был расширен благодаря работам Т.Томсона и У.Г. Волластона. Берцелиус же путем многочисленных аналитических экспериментов проверил и доказал достоверность этого закона применительно ко многим неорганическим оксидам, солям и (впоследствии) к органическим соединениям.

Не принимая дальтоновского правила наибольшей простоты, Берцелиус в своих работах пытался вывести состав ,,сложных атомов,, из стехиометрических закономерностей. Базовый принцип, который он положил в основу своих соображений, сводился к постулированию простых отношений между числом атомов кислорода в составе оснований и кислот (т.е. в составе основных и кислотных окислов), образующих соли. Таких стехиометрических закономерностей им было подмечено довольно много. Например, одна из них заключалась в том, что в средних солях кислород кислоты составляет простое число, кратное кислороду основания. В некоторых случаях ему не удавалось, однако, установить подчинение составов солей этим закономерностям (например, в солях фосфорной кислоты отношение кислорода кислоты к кислороду основания не целое -5/3). По этой причине для вывода числа атомов в соединениях Берцелиус не ограничивался применением только одного критерия, а принимал во внимание все ,,косвенные соображения,, в том числе аналогии (например, аналогия кислорода и серы позволяла ему изучать соединения серы в тех случаях, когда в ряду кислородных соединений отсутствовали какие-либо члены). Таким образом, подход Берцелиуса к рассматриваемому аспекту атомистической теории был существенно более глубоким по сравнению с подходом Дальтона.

В 1814 г. Берцелиус составил свою первую таблицу атомных весов, которые определил с высочайшей по тем временам аналитической точностью. Однако, поскольку критерии Берцелиуса для суждений о составе соединений не были безупречными, он иногда принимал неправильные формулы и, соответственно, неверные значения атомных весов. Впоследствии Берцелиус постоянно уточнял эти значения (см.ниже). Отметим, что в том же 1814 г. Берцелиус ввел для обозначения химических элементов и их соединений символы, во многом сохранившиеся до настоящего времени. Введение такой символики было очень плодотворным в плане возможности передавать точную информацию об уже известных веществах и предвосхищать с помощью комбинирования этих символов новые формулы соединений для последующей экспериментальной проверки.

Итак, метод вычисления атомных весов путем весового анализа неизбежно требовал (помимо признания закона постоянства состава) каких-то допущений в определении числа атомов в сложной частице. В начале Х1Х в. наметился, однако, путь для точного определения этого числа (и, соответственно, атомного веса) – с помощью анализа веществ в газообразном состоянии.