Глава 1. Химия и математика

В XVIII в. химики изучают не только качественные изменения тел, но и их количественные характеристики: вес, растворимость и т.д. Так, шведский химик Торберн Бергман разрабатывает точные способы весового анализа, с помощью которых он определяет состав солей (гипса, кристаллической соды, медного купороса и других).

Немецкий химик Карл Венцель в своей работе "Учение о сродстве тел" (1777) установил, что скорость растворения металлов в кислотах пропорциональна концентрации последних. Такого же рода исследованиями занимался соотечественник и коллега Венцеля Иеремия Рихтер. Он увлекался математикой, и это определило тематику его дальнейших работ. В то время математические вычисления только начали применяться в химии. Современник Рихтера выдающийся немецкий философ Иммануил Кант не признавал химию наукой, поскольку считал, что ее результаты не поддаются математической обработке. Рихтер решил доказать обратное. Для своей докторской диссертации (1789) он выбрал тему "О применении математики в химии". Та же тема развивалась им и в других работах, в частности в трехчастном труде "Начальные основания стехиометрии, или искусства измерения химических элементов", который был опубликован в 1792-1794 гг. (термин стехиометрия происходит от стохейон - элемент и метрео - измеряю).

Для своих исследований Рихтер выбрал реакцию нейтрализации. Он брал определенное количество одной и той же кислоты и соединял с различными основаниями для получения нормальных (средних) солей. И наоборот, одно и то же количество основания соединял с разными кислотами. Из этих опытов в 1793 г. Рихтер вывел закон эквивалентов:

если одно и то же количество кислоты нейтрализуется различными количествами двух или нескольких оснований, то количества последних эквивалентны и нейтрализуются одним и тем же количеством другой кислоты.

Следовательно, зная состав реагирующих веществ, можно узнать и состав получаемых соединений. В том же году Рихтер создал первую таблицу эквивалентных весов, в которой за эталон принимал 1000 весовых частей какой-либо кислоты (азотной, серной или соляной) и по отношению к ней определял количество основания, необходимое для насыщения этой кислоты.

Одним из первых обратил внимание на выводы Рихтера немецкий химик Г. Фишер. В предисловии к книге знаменитого французского химика Клода Бертолле "Исследования законов сродства" (изданной в Берлине в 1802 г.) Фишер поместил упрощенную таблицу Рихтера, взяв за основу 1000 весовых частей серной кислоты и сделав по ней все расчеты для оснований и кислот.

Что же подразумевалось под эквивалентом? Впервые этот термин был применен Г. Кавендишем в 1767 г. (от латинского aequivalens - равноценный, равнозначный, равносильный )..Под ним понималось такое количество вещества, "которое соединялось с одной частью другого.

В конце XVIII в. количественным анализом соединений занялся известный французский химик Луи Пруст. Он установил процентное содержание кислорода в оксидах железа и меди, серы-в сульфидах металлов и т.д. Состав исследованных веществ был всегда одинаков независимо от способов их получения. Природная вода из разных мест, очищенная от примесей, и вода, полученная в лаборатории, имеет один и тот же состав: 88,9% кислорода и 11,1% водорода, и т.д.

Опыты убедили Пруста, что химические соединения - это вещества не только с характерными для них свойствами, но и с определенным постоянным составом. Это и было выражено в законе постоянства состава:

любое чистое вещество, независимо от его местонахождения и способов получения, имеет всегда один и тот же постоянный качественный и количественный состав.

Прусту возражал Бертолле, который утверждал, что отношения элементов в химических соединениях не могут быть постоянными. Они непрерывно изменяются от границы, где соединение лишь становится возможным, до предела его существования.

Как раз в то время, когда между Прустом и Бертолле шел многолетний спор, мало кому известный преподаватель физики и математики из Манчестера Джон Дальтон изучал состав газовых смесей с целью определения "числа простых элементарных частиц", образующих сложную частицу.