Виток спирали

Правда, никто еще не знал причин, по которым один элемент отличается от другого. Никто еще не догадывался о механизмах, с помощью которых элементы образуют сложные вещества.

И, пожалуй, самое главное — никто не понимал, каким образом можно объединить учение о химических элементах с атомной гипотезой. Этим и предстояло теперь заняться в первую очередь.

Часть третья

ОТРИЦАНИЕ

Глава первая,

в которой Дальтон сравнивает по весу атомы разных сортов, а когда число этих сортов начинает быстро расти, Праут и Ньюлендс предпринимают попытки навести среди атомов хоть какой-нибудь порядок

В книгах на русском языке человека по имени Джон Долтон нет. В прошлом веке английские слова писали у нас как придется — вместо Уошингтон получился Вашингтон, вместо Айвенго был Ивангос, а вместо Джон Долтон написали Джон Дальтон.

Так он и остался Дальтоном.

Про Джона Дальтона его современники сообщали немало неприятного. Например: "Его вид и манеры были отталкивающими, голос у него был резкий и сварливый, а походка неуклюжая". Или: "В нем было меньше желания узнать, что сделали другие, чем твердой уверенности в правильности того, что сделал он сам".

Впрочем, и к Аристотелю лично знавшие его люди относились далеко не лучшим образом. В одной из старых, почтенных энциклопедий можно прочесть: "При жизни А. не был любим. Наружность его не отличалась привлекательностью. Он был малого роста, близорук и картав. На губах его играла язвительная улыбка…"

В гениях ли тут дело? Или в людях, которые их окружают?

В 1773 году, когда "Начальный курс химии" Лавуазье вышел во Франции уже вторым изданием, 27-летний провинциальный учитель Джон Дальтон приехал в большой промышленный город Манчестер, где ему досталось место преподавателя математики и физики в новом колледже.

И здесь Дальтон занялся исследованиями.

Три вопроса более других интересовали его.

Первый. Лавуазье установил, что по крайней мере 26 веществ представляют собой элементы — неразложимые простые тела.

Почему они далее не разлагаются?

Второй. Жозеф Луи Пруст, исследуя киноварь из Испании и Японии, поваренную соль из морей, озер и копей, воду из горных ледников и глубоких шахт, а также многие другие сложные вещества из разных мест, доказал, что любая вода в очищенном от примесей виде содержит 11,1 % по весу водорода и 88,9 % кислорода, а любая соль — 39,3 % натрия и 60,7 % хлора, а любая киноварь — 86,2 % ртути и 13,8 % серы. И вообще, что "соединение есть привилегированный продукт, которому природа дала постоянный состав".

Как объяснить это постоянство состава любого сложного тела?

Третий. Еще алхимикам было известно: для того, чтобы превратить в киноварь всю ртуть и всю серу без остатка, нужно ваять их в определенном отношении, а именно: отвесить 86,2 части ртути и 133 части серы. Иначе либо сера, либо ртуть останутся в избытке. Но когда химики от твердых тел и жидкостей перешли к газам, в подобных числах возникла новая особенность. Газы легче было отмерять не в весовых единицах, а в объемных — ведь их собирали в бутыли. И тут-то при переходе от унций к литрам выявились удивительнейшие вещи. Например, если считать по весу, то аммиак состоит из 17,06 части водорода и 82,94 азота. Ничего особенного. А если считать по объему — то из трех объемов водорода и одного объема кислорода. Все числа получались целыми! Или другой пример. Разложили воду, собрали в одной бутыли кислород, в другой водород. И пришлось для кислорода брать бутыль ровно вдвое меньшего размера, чем для водорода.

Откуда взялись эти целые числа?

Ответы, которые нашел Джон Дальтон, оказались ошеломляюще простыми.

Почему далее не разлагаются элементы? Да потому, что они состоят из атомов одного сорта. Атомы же неделимы никакими способами.

Почему постоянен состав сложных веществ? Да потому, что сложное вещество состоит из сложных атомов — молекул, а каждая молекула — это соединение определенного числа атомов одного сорта с определенным числом атомов другого сорта или нескольких других сортов.

Почему появились целые числа? Да потому, что атомы неделимы и они не могут входить в состав молекул четвертушками или половинками, и значит, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. А молекула аммиака — из трех атомов водорода и одного атома азота.

Теперь можно было понять и закон сохранения материи при химических превращениях: куда могла материя деваться, если все превращения оказывались лишь переходом одних и тех же атомов от одного вещества к другому?

Но Дальтон не хотел ограничиваться объяснением уже открытых фактов. Только та теория хороша, которая позволяет предсказывать новые. И Дальтон сделал предсказания. Первое относилось к свойствам самих атомов. Раз непременное свойство любого вещества — его масса, вес, значит, это непременное свойство есть у каждого атома. И атомы разного сорта должны иметь разный вес.

Второе предсказание относилось к разным веществам, образованным одними и теми же элементами. Например, углерод с кислородом могут образовать два совершенно разных таза — угарный и углекислый. Азот с кислородом — четыре разных вещества. Было ясно и так, что одни и те же элементы входят в эти вещества в разных пропорциях. Дальтон объявил другое, а именно: что в таких соединениях весовые количества одного элемента, приходящиеся на одно и то же количество другого элемента, будут кратными, то есть будут относиться между собою как целые числа. Потому что в молекуле одного такого соединения может быть только два атома, скажем, углерода вместо одного, или три, или четыре, но уж никак не полтора атома — ведь атом не делится на половинки!

Дальтон сам проверил угарный и углекислый газы. В угарном газе на три весовые части углерода приходится четыре весовые части кислорода, а в углекислом — на те же три части углерода уже восемь частей кислорода. 8:4 = 2. Целое число!

Проверил Дальтон и соединения азота с кислородом. Там тоже получились целые числа.

Впрочем, у газов и раньше, когда имели дело с объемами, получались целые числа. А вот у твердых и жидких тел никаких простых соотношений никто никогда не наблюдал.

Дальтон взял два медных окисла — черный и красный. В черном оказалось по весу 79,9 % меди и 20,1 % кислорода, в красном — 88,8 и 11,2. Теперь надо было высчитать, сколько приходится меди на единицу веса кислорода в том и другом окисле. Дальтон разделил 79,9 на 20,1. Получилось 3,96. Потом разделил 88,8 на 11,2. Получилось 7,92.

Теперь оставалось разделить 7,92 на 3,96. И, конечно, получилось целое число: два. На один атом меди в молекуле черного окисла приходилось два атома меди в молекуле красного. Закон кратных отношений действовал безотказно…

С этого времени химики всего мира могли с карандашом или пером в руках подсчитывать, сколько исходных веществ надо взять, чтобы они нацело, без остатка, превратились в нужное новое вещество.

Первую таблицу атомных весов двадцати элементов составил сам Дальтон и поместил в книге "Новая система химической философии". Первый том ее вышел в 1808 году. Она именовалась так: "Таблица относительных весов мельчайших частичек газообразных и других тел". Относительных — потому что взвесить атом Дальтон не мог, а мог только попытаться выяснить, на сколько тот или иной атом тяжелей атома водорода.