«Нова система хімічної філософії» Д. Дальтона

Історично так склалося, що вчення про елементи і атомістичні уявлення до початку XIX ст. розглядалися як принципово різні способи пояснення структури і властивостей тел. Властивості часто пояснювали наявністю в тілі тих чи інших елементарних почав, роль яких могли грати елементи Аристотеля (вогонь, вода, повітря, земля), три першооснови Парацельса (ртуть, сірка, сіль) або які-небудь інші набори елементарних сутностей. Прихильники ж атомистических уявлень пов’язували властивості з геометричними і механічними характеристиками складових тіло часток (наприклад, з їх величиною, формою, рухом, з притаманними їм силами).

Думка Лавуазьє про існування в природі кінцевого числа елементів, що володіють певною сукупністю властивостей і доступних визначенню методами хімічного аналізу, сприяла подальшого синтезу атомістики і вчення про елементи.

Але для того щоб ці два вчення злилися в одне, атомну теорію потрібно було видозмінити. І головне, що належало зробити, – це знайти таку властивість атома, яке б, з одного боку, залишалося незмінним в ході хімічних реакцій і агрегатних переходів, а з іншого – піддавалося б кількісному експериментальному визначенню. Ні форма, ні величина атомів на цю роль не підходили хоча б тому, що їх неможливо було визначити експериментально. В якості підходящого властивості атома Д. Дальтон вибрав відносний атомна вага (в даний час використовують термін відносна атомна маса, або просто «атомна маса»).

Все почалося з метеорології, якої Дальтон займався все своє свідоме життя, зробивши близько 200 ТОВ записів про стан погоди. У процесі метеорологічних спостережень він зацікавився властивостями газів і газових сумішей, причому, обговорюючи ті чи інші питання фізики газів, він використовував атомистические теорії, вельми поширені в Англії ще з XVII ст. У результаті до 1801 у нього склалися наступні уявлення про природу газоподібного стану:

атоми газів оточені теплородной оболонкою, обьем якого збільшується з ростом температури;
між частинками газів діють сили відштовхування, обумовлені відштовхуванням теплородних оболонок, і сили тяжіння («хімічної спорідненості»);
частки газу розташовуються в просторі настільки щільно, що теплородние оболонки торкаються один одного (рис. 55).

Для відповіді на цілий ряд важливих питань (чому відбувається дифузія газів; чому атмосфера не розшаровується, т. Е. Чому важкі гази не скупчуються біля поверхні Землі, і т. Д.) Потрібно було передусім навчитися визначати склад газової суміші; для початку – хоча б кількість кисню в ній: без цього неможливо було експериментально вивчати зміна складу атмосфери з висотою, розчинність газів у воді й інші проблеми. Найбільш швидким способом визначення кисню в газовій суміші, на думку Дальтона, могла служити так звана проба Прістлі, т. Е. Реакції, які в сучасній записи мають вигляд:

2NO + O2 → 2NO2 або в присутності води:
2NO + O2 + H2O → HNO2 + HNO3

У підсумку Дальтон прийшов до необхідності визначити склад оксидів азоту, а для цього треба було знати відносні атомні маси азоту і кисню. Таким чином, саме в процесі вирішення хімічної задачі про складі оксидів азоту виникла завдання визначення відносних атомних мас. Однак, щоб скласти шкалу відносних атомних мас (Дальтон брав масу атома водню за одиницю), потрібно було знати атомні склади сполук – скільки атомів кожного елемента входить в молекулу («складний атом», за термінологією Дальтона) даного з’єднання, а для того щоб визначити атомний склад з’єднання, треба знати його елементний склад (у відсотках за масою) і … відносні атомні маси входять у з’єднання атомів елементів. Коло замкнулося.

Щоб якось вийти з положення, Дальтон придумав правило, яке він назвав «правилом простоти». Саме придумав, тому що ніяких мало-мальськи вагомих доводів на доказ цього правила він привести не зміг, тільки умоглядні, на зразок того що «природа діє завжди найпростішим шляхом», «не слід збільшувати складності без необхідності» і т. П.

Згідно з цим правилом, якщо два елементи утворюють тільки одне з’єднання (як, наприклад, водень і кисень дають тільки воду; перекис водню тоді ще не був відкритий), то склад його буде найпростішим: АВ, т. Е. Вода в такому випадку повинна мати складу ПЗ, аміак NH і т. д. Як бачимо, Дальтон не “вгадав» складу води й аміаку, і тому чисельно його шкала відносних атомних мас виявилася невірною.

Але недосконалості теорії Дальтона не применшують зробленого ним прориву. Дальтон виходив у своїх міркуваннях з того, що елемент – це атоми одного виду, з певними атомними вагами, а кожен атом – це атом певного хімічного елемента. Іншими словами, атоми різних хімічних елементів неоднакові за своїми властивостями і за їх масам, тоді як всі атоми одного і того ж речовини абсолютно однакові.

Крім того, Дальтон показав, що запропонована ним атомна теорія може бути не тільки умоглядною, а й робочої теорією: проблему генезису властивостей речовин можна і повинно зв’язувати з атомним складом тел.

Атомістичні уявлення та уявлення про елементах, проробивши довгу історичну еволюцію, об’єдналися нарешті в одне фундаментальне вчення.

У своїх розрахунках відносних атомних мас азоту і кисню Дальтон виходив з відомих на початку XIX ст. даних про відсоткове (по масі) складі води (85% кисню і 15% водню) і аміаку (80% азоту і 20% водню). Визначте виходячи з цих даних і принципу простоти Дальтона отримані ним значення відносних мас азоту і кисню (атомну масу водню Дальтон приймав за 1).
Спочатку Дальтон вважав, що один з оксидів азоту, так звана селітряних кислота, мав атомний склад, який в сучасних позначеннях може бути представлений формулою NO2Процентний (по масі) складу цього оксиду, за даними того часу, був наступним: 29,5% азоту і 70,5% кисню. Зіставляючи гіпотетичний атомний і експериментально певний процентний склади цього оксиду і використовуючи свою шкалу відносних атомних мас (див. Попередню задачу), Дальтон запропонував нову формулу селітряних кислоти. Яку? Відповідь обґрунтуйте розрахунком.
Як з позицій атомної теорії Дальтона можна інтерпретувати закон сталості складу?
Чому своє двотомне твір, що вийшло в 1808-1810 рр., Дальтон назвав “Нова система хімічної філософії»?
Які положення атомної теорії Дальтона викликали, на вашу думку, найбільші заперечення у його сучасників?

Посилання на основну публікацію