О.Н. Зефирова - Краткий курс истории и методологии химии (1118122), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Смысл этого закона состоит в том, что каждое химическое соединение харастеризуется строго определенным, постоянным для него процентным содержанием химических элементов. Полемика о постоянстве состава имела важное методологическое значенме, поскольку подтверждение мнения Бертолле о переменном составе тел лишило бы в то время химическую атомистику Дальтона всякой эмпирической опоры . Закон же постоянства состава Пруста стал эмпирической базой атомистики.
а впоследствии — классического атомно-молекулярного учения. При сознании химической атомистики дальтон фактически опирался на зто положение. В начале ХХ столетия были открыты соелинения переменнсп о состава. получившие название «бертоллилы». ГЛАВА 7. Атомно-молекулирное учение 7.1. Развитие химической атомистики в первой поло- вине Х1Х в.
Атомистическое учение Дальтона заклточало в себе объяснение физического устройства вещества и объяснение химических явлений. Первое содержало представление об атомах как о мельчайших неделимых частицах определенного веса, способных соединяться с образованием есложных атомовя (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 атомнстнки Дальтона был особенно важен в условиях развития экспериментальной химии, поскольку принятие химиками атомнстнческого учения зависело в первую очередь от соответствия этой теории экспериментальным данным. Несмотря на методологическую значимость атомистикн Дальтона, его идея определять атомный состав соединений по данным весового анализа с применением постулата наибольшей простоты ! ~~~';,Ф...
'ззь:;,': справедливо рассматривалась некоторыми учеными как спекулятивная. Такой точки зрения придержива'е лись, например, английский химик У.Г. Волластон и шведский химик И.я. Берцелиус, Этими учеными были предприняты попытки усовершенствовать систему Дальтона на основе собственных исследований н представлений. Так, вместо атомных весов Волластон предложил использовать эквивалентные веса, которые он опрсРнс. ЗЗ.
Я. Берцелиус делил дпя многих элементов и соединений по отно- шению к кислороду. Хотя в своих работах он не дал однозначного определения понятию эквивалент (н иногда отождествлял его с дальтоновским относиеетьным 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.) предпочиталн пользоваться именно эквивалентамн Волласто- Это прнволнло к нспрввнльным формулам соелннсннй н нспрявнльным знвченням втомных весов.
Более того, атомный вес олного н тош же элементе (нвпрнмер, взотх) рвзлнчвлся в зависимости от того, нз внвлнзя какого соелннення оп был получен [окнсн азота нлн аммиака). Однако несоверп~енство техники взвепзнввния квкое-то время позволяло округлять результяты разных внвлн юв. 50 7. Д )»ооеитие лини»есной отанистили в лсрлой но»олине Х)Х в. на, казавшимися менее произвольными по сравнению с атомными весами, т.
к. онн рассчитывались не на основании абстрактного дальтоновского постулата, а на основании экспериментальных фактов. Существенный вклад в развнтие химической атомистнкн внес Й.Я. Берцелиус, который попытался создать на основе идей Дальтона целостную, подкрепленную многочисленными экспериментальнымн данными теорию. Отметим, что закон кратных отношений н атомные веса Дальтона были выведены на основании весьма ограннченного круга соединений, который был расширен благодаря работам Т, Томсона н У.Г. Волластона. Берцелиус же путем многочнсленных аналитических экспериментов проверил и доказал достоверность этого закона црнменнтельно ко многим неорганическнм оксидам, солям н (впоследствни) к органическим соединенням.
Не принимая дальтоновского правила нанбольшей простоты, Берцелиус в своих (лзботах пытался вынести состав есложных атомов» из сгехнометрнческнх закономерностей. Базовый прннцип, который он положил в основу своих соображений.
сводился к постулированню простых отношений между числом атомов кислорода в составе оснований н кислот (т.е. в составе основных и кислотных окислов), образующих соли. Таких стехиометрнческнх закономерностей нм было подмечено довольно много. Например, одна из них заключалась в том, что в средних солях кислород кислоты составляет простое числа, кратное кислороду основання. В некоторых случаях ему не удавалось, однако, установить подчнненне составов солей этим закономерностям (например, в солях фосфорной кислоты отношение кислорода кислоты к кнслоролу основания не целое — 5/3). нге нн» И По этой причине для вывода 4ь 1й,ню с66 числа атомов в соединениях с»л» ...,,.... с м,н ллл Берцелиус не ограничивался ме ....,........
Ь НФ,м применением только одного критерия, а прнннмал во внимание все «косвенные соображения», в том числе аналогии (напрнмер, аналогия кислорода н серы позволялл ему нзу Рне Эя.Снм ы Бернелнусадля элементол н чать соединения серы в тех нлсоединенн» случаях, когда в ряду кислородных соединений отсутствовалн 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 аналнтнческой точностью. Однако, поскольку критерии Берцелиуса для сужденнй о составе ГЛАВА 7, Атамноояояенязярноя гченне соединений ие были безупречными, он иногда принимал неправильные формулы и, соответственно, неверные значения атомных весов. Впосяедствнн Берцелиус постоянно уточнял зти 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 Х!Х в. наметился, однако, путь для точного определения этого числа (и, соответственно, атомного веса) — с помощью обьемного анализа веществ в газообразном состоянии. В 1805 г. французский ученый Ж.Л. ГейЗакон объем- Люссак (совместно с немецким естествонспытаиых отношений телем АлександРом фон Гумбольлтом) показал, что при образовании воды из кислорода и водорода независимо от преобладания того или другого газа один объем кислорода всегда соединяется с двумя объемами водорода (соотношение 1:2). Изучив затем объемные соотношения газов в реахциях образования закиси азота, аммиака, оксидов серы и др., ГейЛюссак установил, что объемы соединяющихся газов и продуктов реакции соотносятся как целые числа. Это обобщение получило название второго закона Гей-Люссака н сыграло очень важную роль в развитии атомно- молекулярного учения.
Найденные закономерности привели Гей-Люссака к мысли об отсутствии взаимодействия между частицами в газообразных телах. Развитие этой идеи могло бы привести к выводу о равенстве числа частиц в одинаковых обьемах газов (при олинаковых условиях) и, соответственно, к выводу о пропорциональности весов одинаковых объемов газов и их атомных весов. Гей-Люссак, однако, на основании своих опытов не попытался пересмотреть атомные веса Дальтона, хотя считал, что открытый им закон может способствовать развитию атомистики. Следует отметить, что и сам Дальтон предполагал возможность определения атомных весов на основании плотности веществ в газообразном состоянии, однако отверг лгу возможность.
В случае равенства числа частиц в равных объемах газов число вступающих в соединение н образующихся частиц дается непосредственно числом объемов. Но прн традиционном рассмотрении реакции образования, например окиси азота как реакции простого присоединения и частиц азота к и частицам кислорода в ней следовало ожидать образования п частиц окиси азота ()ч+О = МО).
Однако на- 7.2. Молекулярная концепция Аяогидро блюдаемое экспериментально удвоение объема ()т(з+Оз = 2)ч(О) означало с точки зрения Дальтона либо неравенство числа частиц в равных объемах газов'. либо возможность разделения атомов реагирующих газов на половники (Рис. 25). Второе допущение противоречило основному положению атомистики — механической неделимости атомов и разрушало методологическую основу закона постоянства состава и кратных отношений. Поэтому оно и было отвергнуто Дальтоном, предположившим неточность в экспериментах Гей-Люссака. Й.Я.Берцелиус в своих работах также ! !';б сделал попытку согласовать данные весового и объемного анализа.
Он принял, что в одинаковых объемах газообразных веществ содержится одинаковое число атомов н что, Рае. Зб. Парзшюы отьятнешш например, вода состоит из одного атома ки- образования двух абьемов Жа слорода и двух атомов водорода. Для объяснения образования двух, а не одного объема воды при ее синтезе из элементов (как должно было бы быть в представлении об одноатомности молекул простых газов 2Н + О = НзО) Берцелиус вынужден был прибегнуть к гипотезе об увеличении расстояния между «сложными атомами» воды по сравнению с простыми газами, После 1819 г.
Берцелиус, хотя и исполыювал объемный анализ для установления атомного состава и молекулярных весов некоторых соединений, но в большей степени опирался на открытый в этом же году закон изоморфизма Митчсрлиха н закон удельных теплоемкостей Дюлонга и Птн. Дюлонг и Птн показали, что произведение атомного веса простых тел на теплоемкость есть величина постоянная. Сущность же закона Митчерлиха сводилась к тому, что «одинаковое число атомов, если они связаны одинаковым образом, дает одинаковые кристаллические формы, и зти формы не зависят от природы атомов. а только от их числа и способа связи между ними». Опираясь на эти законы, Берцелиус исправил формулы многих соединений и значения атомных весов, и в 1826 г.
предложил новую таблицу, атомные веса в которой в большинстве случаев близки к современным. 7.2. Молекулярная концепция Авогадро Важные идеи о возможности соединить закон Гей-Люссака с атомнстической системой Дальтона были высказаны в работах итальянского физика А. Авогадро. В ! 8!! г. Авогадро сформулировал гипотезу о том, ' Иапомннм, что зта реакция подтверждала изначальное допушение Дальтонв о раз.личных размерах теплоролных оболочек атомов разных гвмиь Из этого допушения следовало, что число атомов в одинаковых обьемах разных тазов неодинаково. 53 ГЛАВА 7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
