Теория Дальтона

Все началось с метеорологии, которой Дальтон занимался всю свою сознательную жизнь, сделав около 200 000 записей о состоянии погоды. В процессе метеорологических наблюдений он заинтересовался свойствами газов и газовых смесей, причем, обсуждая те или иные вопросы физики газов, он использовал атомистические теории, весьма распространенные в Англии еще с XVII в. В итоге к 1801 г. у него сложились следующие представления о природе газообразного состояния:

  • атомы газов окружены теплородной оболочкой, объем которой увеличивается с ростом температуры;
  • между частицами газов действуют силы отталкивания, обусловленные отталкиванием теплородных оболочек, и силы притяжения («химического сродства»);
  • частицы газа располагаются в пространстве настолько плотно, что теплородные оболочки касаются друг друга.

Для ответа на целый ряд важных вопросов (почему происходит диффузия газов; почему атмосфера не расслаивается, т. е. почему тяжелые газы не скапливаются у поверхности Земли, и т. д.) необходимо было прежде всего научиться определять состав газовой смеси; для начала - хотя бы количество кислорода в ней: без этого невозможно было экспериментально изучать изменение состава атмосферы с высотой, растворимость газов в воде и другие проблемы. Наиболее быстрым способом определения кислорода в газовой смеси, по мнению Дальтона, могла служить так называемая проба Пристли, т. е. реакции, которые в современной записи имеют вид:

2NO + O2 → 2NO2 или в присутствии воды:

2NO + O2 + H2O → HNO2 + HNO3

В итоге Дальтон пришел к необходимости определить состав оксидов азота, а для этого надо было знать относительные атомные массы азота и кислорода. Таким образом, именно в процессе решения химической задачи о составе оксидов азота возникла задача определения относительных атомных масс. Однако, чтобы составить шкалу относительных атомных масс (Дальтон принимал массу атома водорода за единицу), нужно было знать атомные составы соединений - сколько атомов каждого элемента входит в молекулу («сложный атом», по терминологии Дальтона) данного соединения, а для того чтобы определить атомный состав соединения, надо знать его элементный состав (в процентах по массе) и... относительные атомные массы входящих в соединение атомов элементов. Круг замкнулся.

Чтобы как-то выйти из создавшегося положения, Дальтон придумал правило, которое он назвал «правилам простоты». Именно придумал, потому что никаких мало-мальски веских доводов в доказательство этого правила он привести не смог, только умозрительные, вроде того что «природа действует всегда простейшим путем», «не следует увеличивать сложности без необходимости» и т. п.

Согласно этому правилу, если два элемента образуют только одно соединение (как, например, водород и кислород дают только воду; пероксид водорода тогда еще не был открыт), то состав его будет простейшим: AB, т. е. вода в таком случае должна иметь состав HO, аммиак NH и т. д. Как видим, Дальтон не «угадал» состава воды и аммиака, и потому численно его шкала относительных атомных масс оказалась неверной.

Но несовершенства теории Дальтона не умаляют сделанного им прорыва. Дальтон исходил в своих рассуждениях из того, что элемент - это атомы одного вида, с определенными атомными весами, а каждый атом - это атом определенного химического элемента. Иными словами, атомы различных химических элементов неодинаковы по своим свойствам и по их массам, тогда как все атомы одного и того же вещества совершенно одинаковы.

Кроме того, Дальтон показал, что предложенная им атомная теория может быть не только умозрительной, но и рабочей теорией: проблему генезиса свойств веществ можно и должно связывать с атомным составом тел.

Атомистические представления и представления об элементах, проделав долгую историческую эволюцию, объединились наконец в одно фундаментальное учение.

Читать далее