Масса атомов. Дальтон. Атомная теория - Enrique Alvarez

Понятие атома Демокрита и Эпикура использовал в XVII веке в наиболее близком его понимании к сегодняшнему француз Пьер Гассенди (1592-1655), убежденный в существовании пустоты. Кстати, это существование было наглядно доказано его современником Торричелли, который заполнил трубку ртутью, перевернул ее и опустил в чашку с той же ртутью. Воздух не мог войти в трубку над ртутью — там образовалась пустота. Гассенди не считал теорию Аристотеля, согласно которой "природа боится пустоты*, безупречной. Более того, он возражал Аристотелю и в области схоластики, так как считал, что знаменитые силлогизмы ни к чему не пригодны. Главную проблему для Гассенди представляла Инквизиция, которая уже расправилась с великим Галилеем за то, что его идеи противоречили учению Аристотеля. Гассенди улучшил телескоп, поскольку также был прекрасным астрономом и математиком, а не только... католическим священником. Если, как предположил Эпикур, наряду с атомами существует пустота, значит открылся путь для учения об атомах. Желая избежать конфликтов с Церковью и собственной совестью, Гассенди допустил, что Бог создал Вселенную (Демокрит этого не признавал) и, соответственно, Он является перводвигателем (идея Аристотеля), приводящим атомы в движение. Тепло образуют круглые атомы, а холод — атомы неправильной формы, и это свойство подтверждается ощущениями. Чтобы образовать тела, атомы соединяются по типу крючка. Эти соединения впервые получили название молекулы и использовались для объяснения химических реакций.

При применении в области химии теория Аристотеля начала разваливаться — как это уже произошло в области астрономии. Способствовало такому эффекту появление соответствующих оптических инструментов и микроскопов. Изобретенные в 1590-1610 годах, они позволяли наблюдать дискретность материи. Но прежде чем вернуться к уже упоминавшемуся Бойлю, скажем несколько слов об англичанине Уолтере Чарльтоне (1619-1707), который познакомил соотечественников с атомистическим учением Демокрита и Эпикура в изложении Пьера Гассенди. Чарльтон был ни много ни мало врачом Карла I Английского. Но врачебная практика не помешала его исследовательской деятельности, и в 1659 году он опубликовал труд Physiologia Epicurogassendo-ChaHetoniana or a Fabrick of Science Natural upon the Hypothesis of Atoms ( "Эпи - куро-гассендиано-чарлътонская физиология, или Фабрика естественной науки, основанной на атомной гипотезе"). Работа описывала мир согласно атомистической теории, которая не соответствовала представлениям Рене Декарта, утверждавшего, что материя делится до бесконечности. Конечно, Декарт был гением, но понять абсолютно все не дано никому.

Начиная с Роберта Бойля химия стала независимой наукой, изучающей состав веществ, а не дополнительным инструментом физиков и алхимиков. Бойль в течение жизни проделал огромную работу. Особая его заслуга состоит в том, что он ввел строгие научные методы в экспериментальную деятельность. Ученый утверждал, что если можно извлекать пользу из опыта, то из него можно делать собственные выводы и заключения. Опыты не должны опираться на предрассудки или следовать одной из двух систем — атомной дискретности либо декартовой непрерывности, — поскольку материю следует изучать объективно.

Ирландец Роберт Бойль (1627-1691) был седьмым ребенком из 14 детей, которых его отец имел от двух жен.

В многодетных семьях было принято отдавать детей на воспитание, поэтому он рос в чужой семье и знал в равной степени английский и ирландский языки. Бойль много путешествовал по Европе со своими наставниками, особенно по Италии и Франции. Там он познакомился с учением Галилея.

По возвращении в Англию Бойль учился в Оксфорде, где начал исследовать газы и сконструировал вместе с Робертом Гуком (1635-1703) пневматическую машину. В1645 году в целях "развития естественной науки" он учредил Лондонское Королевское общество, хотя это название было принято лишь в 1662 году. А до этих пор Королевское общество было просто собранием ученых в Лондоне, которое Бойль называл Невидимым колледжем. Среди изобретений, с высокой долей вероятности приписываемых Бойлю,— эликсир жизни, искусство летать, вечный свет и лодка, управляемая всеми ветрами. Многие из этих идей по прошествии времени стали реальностью. Бойль не отрекся от своих алхимических представлений и не переставал верить в превращение металлов. Знаменит он также теологическими работами. К концу жизни ученого разбил паралич, и он превратился в настоящего затворника.

В 1662 году Бойль опубликовал знаменитый закон: при постоянной температуре произведение давления газа на его объем постоянно, то есть PV=C. Этот закон обычно называют законом Бойля — Мариотта, потому что примерно в то же время независимо от Бойля его открыл француз Эдм Мариотт (1620-1684). В 1898 году Людвиг Больцман сформулировал свою молекулярно-кинетическую теорию и обобщил уравнение PV=nRT, в котором n — количество молекул, r — отношение постоянных Больцмана и Авогадро, а T — температура системы.

Экспериментальные доказательства привели Бойля к двум главным выводам. Первый состоит в том, что четыре стихии Аристотеля не являются ни элементами, ни стихиями. Второй доказывает ошибочность представлений всех, кто следовал принципам алхимии — главным образом под влиянием Парацельса, крайне противоречивого швейцарского алхимика и медика, который отвергал классическую, или галеническую, медицину и заменял ее медициной, основанной на алхимии, металлах и астрономии. Сторонники этой точки зрения считали, что основными элементами любых соединений являются ртуть, сера и соль, и им было посвящено немало насмешливых замечаний в знаменитой книге Бойля "Химик-скептик" (1661).

Важно значение опытов, а не их количество, именно значение следует принимать во внимание.

Исаак Ньютон

Помимо знаменитого закона Бойля, его главный научный вклад состоит в определении составляющих элементов материи, но это определение далеко от позабытой теории Аристотеля. Бойль предположил, что элементов больше, чем четыре. Кстати, он точно определил некоторые соединения, используя новейшие экспериментальные техники, и это ознаменовало начало химического анализа. Наконец, Бойль предположил, что эти элементы состоят из маленьких твердых и неделимых частиц, которые при химических реакциях всегда ведут себя одинаково. Но он не имел в виду атомы: напротив, Бойль различал бесконечно маленькие "невидимые" частицы, которые, соединяясь, образуют "частицы второго порядка", более крупные и уже видимые, которые и есть истинные составляющие элементов. Эти вторые частицы заставляют думать о молекулах, предложенных несколькими годами ранее Гассенди. Двое ученых расходились во мнении по поводу первопричины движения частиц. По мнению Гассенди, это движение было обусловлено божественным происхождением материи, тогда как Бойль искал внешние причины.

Скажем также несколько слов о великом Исааке Ньютоне (1642-1727). Отец теории всемирного тяготения интересовался и атомизмом. В своей книге De natura acidorum (*0 природе кислот", 1710) он классифицировал частицы по их сложности и — это особенно важно для следующих поколений ученых — предположил, что эти конечные частицы взаимно притягиваются в соответствии с законом всемирного тяготения. Открытие силы тяготения положило конец идеям о порах, остриях и крючках, как это представлялось Пьеру Гассенди и другим.

Уже упоминавшийся в этой книге голландский врач Герман Бургаве, любимый автор Джона Дальтона, также был современником Исаака Ньютона. Бургаве полагал, что атомы имеют тенденцию соединяться, но этому соединению мешает тепло, которое и является причиной постоянного движения атомов. Михаил Ломоносов, имя которого всегда упоминается рядом с именем Лавуазье в качестве второго автора закона сохранения вещества, представлял материю как объединение неуловимых частиц, содержащихся в других, более сложных частицах. Главная заслуга Ньютона состоит в том, что он пересмотрел термины Бойля, назвав элементы атомами, частицы — молекулами, а химический элемент — простым телом. Эти определения использовала французская школа, особенно Жозеф-Луи Пруст (автор закона постоянства состава, о котором мы уже говорили), Клод Луи Бертолле, главный научный противник Пруста, и позже — Джон Дальтон. Бертолле был одним из консультантов Наполеона Бонапарта — он входил в группу ученых, сопровождавших Наполеона в Египетском походе в 1798 году. Бертолле считал, что между частицами существуют силы притяжения, именно этим и обусловлены их реакции. Он утверждал, что эти силы зависят не только от температуры, давления и концентрации, но также от их сродства, как он это называл. Бертолле открыл, что на результат реакций могут влиять атмосферные факторы, и значит, каждое соединение может иметь более одной химической формулы. Именно это утверждение он противопоставлял сначала взглядам Пруста, а позднее и Дальтона.