|
|
Во второй половине XVIII в.
естествоиспытатели считали атомное строение материи само собой разумеющимся.
Однако его рассматривали лишь в качестве натурфилософской теории и не
применяли при объяснении химических явлений. Господствовавшее в то время
представление об особой роли в составе тел невесомых флюидов (свет, теплота и
др.) не содействовало внедрению атомистики в химию. Заслуга в использовании
атомного учения для объяснения закономерностей состава веществ принадлежит
английскому ученому Джону Дальтону (1766— 1844). Он был сыном ткача и
систематического образования не получил. С четырнадцатилетнего возраста Дж.
Дальтон работал в качестве помощника учителя и в дальнейшем в течение всей
жизни занимался преподаванием. В юности он интересовался метеорологией,
занимался журналистикой. В 1794 г. Дж. Дальтон вступил в Манчестерское
литературное и философское общество, и вся его дальнейшая научная
деятельность была связана с этим обществом. Первые исследования Дж. Дальтона
посвящены изучению состояния атмосферы. В 1793 г. появилась его книга о метеорологических наблюдениях и опытах. В этой работе Дж. Дальтон
выступил против господствовавшей в то время теории растворения водяных паров
в атмосфере. Он показал, 1 что водяные пары являются составной частью смеси
газов атмосферы и их содержание зависит от температуры. Продолжая свои
исследования смесей газов, Дж. Дальтон в самом начале XIX в. воспользовался при
объяснении их свойств корпускулярной теорией. Он высказал мысль, что частицы
газов отталкиваются друг от друга с одинаковой силой независимо от их
природы, и на этой основе высказал, а затем и доказал экспериментально закон
парциальных давлений. В частности, он сделал обобщающий вывод: «Все газы
объединяют свои усилия, чтобы противодействовать давлению атмосферы или иному
давлению, которое может на них действовать»
Физическую теорию газовой смеси критиковал К.
Бертолле и другие ученые, которые поддерживали теорию химического растворения
газов атмосферы. Это помогло Дж. Дальтону подтвердить свои идеи. Вместе с У.
Генри Дж. Дальтон сформулировал закон растворимости газов в жидкостях: «Если
некоторое количество воды, свободной от воздуха, взбалтывается со смесью двух
или более газов, то вода . поглотит такое же количество каждого газа, как
если бы он присутствовал отдельно при той же плотности» .
Разработка Дж. Дальтоном теории газовых смесей оказалась
логической ступенью в развитии химической атомистики. Он не совершил никакого
прыжка в переходе от физической к химической атомистике. Корпускулярные
представления привели его к выводу о величине частиц различных газов, или,
как он выражался, атомов (1803). После этого он и перешел к изучению различий
в величине частиц газов по массе.
Еще при объяснении взаимной диффузии газов Дж. Дальтон
разработал модель газовой частицы, или атома. С целью наглядности (для целей
преподавания) он изображал атомы газов в виде кубов различной величины и
окраски. В центре куба — ядро атома, от которого расходятся лучи,
изображающие тепловую атмосферу атома. Плотность ее уменьшается с расстоянием
от ядра. На основе такой грубой модели были сделаны важные умозаключения.
Так, Дж. Дальтон установил, что число частиц в определенном объеме газа
пропорционально массе газа в этом объеме. Отсюда следует, что плотность газа,
отнесенная к плот- " ности наиболее легкого газа (водорода) при
постоянных условиях, представляет собой относительную массу атомов.
В дальнейшем Дж. Дальтон принял в качестве модели атома
сферу, также окруженную тепловой атмосферой (теплородом). Он искал
доказательство гипотезы о различии размеров и массы атомов различных газов. В
процессе этих поисков он обратил внимание на реакцию образования оксида азота
(II) из азота и кислорода. При объяснении этой реакции он рассуждал так:
если равные объемы обоих газов дают соединение, то из двух
исходных объемов должны получиться два объема оксида азота (II). При этом
число частиц нового газа должно быть вдвое меньше числа частиц исходных
газов, но масса газа остается той же самой. При этом Дж. Дальтон с самого
начала отверг идею о том, что в равных объемах газов содержится равное число
частиц (видимо, основывался на результате несовершенного опыта).
При решении этого вопроса (о числе частиц газа в
определенном объеме) Дж. Дальтон пользовался различными доступными ему
примерами, в частности, он заинтересовался отношениями чисел атомов азота и
кислорода в трех известных тогда оксидах азота. Этот пример оказался полезным
при установлении относительных масс атомов. В сентябре 1803 г. Дж. Дальтон записал в рабочей тетради рассчитанные им (на основе анализов, выполненных
различными авторами) первые атомные массы. Он не пользовался понятием
«молекула», а применял вместо него понятие «сложный атом».
Одновременно Дж. Дальтон стал пользоваться обозначениями
атомов в виде кружков с различными фигурами внутри. В том же 1803 г. он приступил к*более подробному изучению отношений между азотом и кислородом в оксидах азота
и пришел к важному открытию, обнаружив, что эти соединения образуются в
простых отношениях, а именно для оксида азота (I) — 2:1, оксида азота (II) —
1:1 и азотной кислоты — 1:2. В 1804 г. Дж. Дальтон исследовал подобные же
отношения углерода и водорода в масло- родном газе (этилене) — 1 : 1 и в
марш-газе (метане) — 1:2. Эти опыты подтвердили вывод о существовании простых
отношений между атомами элементов в соединениях и привели Дж. Дальтона к
формулировке закона кратных отношений в бинарных соединениях.
|