Атомистическая теория Дальтона
Закон постоянства состава веществ был подтвержден Дальтоном, правда, на основе совершенно других исследований и рассуждений. В то же время благодаря оригинальному подходу к изучению состава веществ Дальтон открыл и закон простых кратных отношений[21]. Но главным образом Дальтон известен в истории науки созданием "химической атомистики"- теории атомного строения веществ, которое определяет их химические свойства.
Джон Дальтон (1766-1844)
Джон Дальтон (1766-1844)[22] был сыном ткача, образование получил у инструментального мастера Элиа Робинсона. С 13 лет Дальтон занимался самообразованием, изучая механику, математику, астрономию и географию и даже сам проводил занятия по этим предметам в школе. Благодаря содействию известных английских ученых Дальтон в 1794 г. стал преподавателем математики и естествознания в Новом колледже в Манчестере, в котором ранее преподавал и Дж. Пристли. В 1800 г. Новый колледж был переведен в Йорк; однако Дальтон остался в Манчестере, где он активно участвовал в работе городского Литературно-философского общества, основанного в 1781 г. и объединявшего людей, интересовавшихся наукой. На собраниях Общества читались лекции, проходили дискуссии по вопросам литературы, натурфилософии, политики, торговли и искусства. С 1785 г. Общество начало публиковать наиболее важные из этих работ. В 1794 г. Дальтон прочитал в Обществе свой первый доклад о цветовой слепоте — заболевании, которым он сам страдал и которое потом получило название "дальтонизм". С 1787 г. он занимался метеорологическими наблюдениями и записывал их в своем дневнике "наблюдений за погодой". В течение 57 лет до самой смерти Дальтон ежедневно делал такие записи. В работе "Метеорологические наблюдения и опыты", опубликованной в 1793 г., он подробно описал метеорологические приборы: разнообразные термометры, барометры, устройства для определения температуры замерзания жидкостей. Интерес к метеорологии привел Дальтона в дальнейшем к изучению газов и в конце концов к созданию атомистической теории.
Еще в XVI и XVII вв. атомистические представления играли важную роль при объяснении химических явлений [6]. В Англии эти идеи получили распространение в результате работ Р. Бойля и И. Ньютона. Атомы, или корпускулы[23], рассматривались как отдельные плотные и непроницаемые частицы очень малых размеров. Эти представления сохранили свое значение и в XVIII в., однако на их основе химикам уже трудно стало объяснять новые факты. Согласно этим представлениям, разделение и соединение атомов осуществлялось чисто механически за счет их различных форм — с помощью крючочков и колечек, пор и зубцов, входящих в зацепление или разъединяющихся.
В 1789 г. У. Хиггинс[24] выступил против флогистонной теории с позиций атомизма, но его аргументы были лишь умозрительными. В отличие от него Дальтон для подтверждения положений созданной им теории не только использовал новейшие результаты других химиков (систему Лавуазье, закон эквивалентов Рихтера, закон постоянства состава Пруста), но и провел самостоятельные исследования.
В конце XVIII в. Дальтон начал заниматься изучением атмосферы, состояния газов при изменении температуры и давления, поглощения газов жидкостями. Основываясь на том, что удельный вес кислорода больше удельного веса азота, Дальтон пытался доказать, что в равнинном воздухе кислорода содержится больше, чем в горном. Но проведенные ранее исследования Пристли показали, что независимо от высоты воздух содержит 21 "часть" (объёмных процентов) кислорода и 79 "частей" (объёмных процентов) азота. Каким же образом могло осуществляться постоянное распределение в такой смеси газов с различными удельными весами? Некоторые химики пытались объяснить это тем, что воздух, быть может, является каким-то видом химического соединения. Дальтон однако таким объяснением не довольствовался, а изучил свойства различных по удельному весу газов. Он обнаружил, что газы при соприкосновении смешиваются друг с другом, даже если более тяжелый газ находится ниже более легкого. Таким образом, любой газ ведет себя в пространстве так, как будто в системе находится только он один. Каждый газ оказывает свое собственное (парциальное) давление, и общее давление газовой смеси является суммой парциальных давлений всех газов.
В 1802 г. Дальтон и одновременно Гей-Люссак обнаружили, что все газы одинаково расширяются при нагревании. В 1803 г. друг Дальтона У. Генри обратил его внимание на то, что растворимость газов в индифферентных жидкостях пропорциональна их давлению. Изучая растворимость газов в жидкостях, Дальтон обнаружил, что каждый газ растворяется так, как будто в системе нет других газов.
21
Закон простых кратных отношений гласит: при образовании из двух соединений новых веществ образуются соединения с простейшими (кратными) отношениями количеств атомов или элементов типа ОН, CN, Н2О и т.д. [178, с. 166-167].- Прим. ред.
22
23
Строго говоря, "корпускулами" тогда назывались и атомы, и молекулы в современном понимании [192, с.14; 193].- Прим. ред.
24
Об У. Хиггинсе (1763-1825) и его антифлогистонной химии подробнее см. в [195, с. 20-24].- Прим. ред.