Глава 2. Джон Дальтон

На северо-западе Англии, в краю озер, в маленькой деревеньке Иглсфилд в бедной семье ткача Джозефа Дальтона 6 сентября 1766 г. родился сын Джон. Рос он любознательным и способным мальчиком. До 11 лет Джон учился в местной школе, а уже в 12 лет сам стал в ней учителем. Вскоре он переехал в городок Кендал, где продолжал преподавать в школе, одновременно занимаясь самообразованием. Ежедневная забота о хлебе насущном не позволила Дальтону завершить даже среднее образование. Всего он достиг лишь самостоятельными занятиями, а его первая научная работа заключалась в составлении метеорологических таблиц для популярного издания - "Календаря для леди и джентльменов". Молодой учитель начал вести дневник метеорологических наблюдений, которые не прекращал до самой смерти; их было проведено более 200 тысяч.

Уже первые научные сообщения молодого учителя из маленького городка привлекли внимание некоторых физиков и химиков, среди которых у Дальтона появились друзья. Они помогли ему переехать в Манчестер и устроиться преподавателем математики в высшем учебном заведении - "Новом колледже". Это произошло в 1793 г., когда вышла в свет научная работа Дальтона "Метеорологические наблюдения и опыты". А уже в следующем году он был избран членом городского литературно-философского общества (философами тогда называли и естествоиспытателей).

Анализируя результаты своих метеорологических наблюдений, Дальтон пришел к выводу, что причиной испарения воды является теплота, а сам процесс есть переход частичек воды из жидкого состояния в газообразное. Это был первый шаг на пути к созданию системы химической атомистики.

В 1801 г. Дальтон установил закон парциальных давлений газов:

давление смеси газов, не взаимодействующих друг с другом, равно сумме их парциальных давлений (первый газовый закон Дальтона).

Два года спустя, продолжая опыты, английский ученый обнаружил, что растворимость в жидкости каждого газа из смеси при постоянной температуре прямо пропорциональна его парциальному давлению над жидкостью и не зависит от общего давления смеси и от наличия в смеси других газов. Каждый газ растворяется таким образом, как если бы он один занимал данный объем (второй газовый закон Дальтона).

Джон Дальтон (1766-1844)

Пытаясь определить "число простых элементарных частиц", образующих сложную частицу, Дальтон рассуждал так: если при взаимодействии двух веществ получается одно соединение, то оно бинарно; если образуются два соединения, то одно бинарное, а другое тройное, т.е. состоят соответственно из двух и из трех атомов, и т.д.

Применяя эти правила, Дальтон приходит к заключению, что вода-бинарное соединение водорода и кислорода, веса которых относятся примерно как 1 :7. Напомним: Дальтон считал, что молекула воды состоит из одного атома водорода и одного атома кислорода, т.е. формула ее НО. По данным Ж. Гей-Люссака и А. Гумбольдта (1805), вода содержит 12,6% водорода и 87,4% кислорода, а так как Дальтон принял атомный вес водорода за единицу, атомный вес кислорода он определил равным примерно семи.

В 1808 г. Дальтон постулировал закон простых кратных отношений: если два каких-либо элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то количества одного из элементов, приходящиеся в этих соединениях на одинаковое количество другого элемента, находятся между собой в простых кратных отношениях, т.е. относятся друг к другу как небольшие целые числа.

Из-за несовершенства существовавших тогда методов исследования Дальтон не имел правильных представлений об истинных формулах соединений, а также об атомных весах. Свой закон Дальтон иллюстрировал на многих примерах, среди которых были и соединения углерода с водородом (метан и этилен). Правда, формулу первого он принял СН₂ (вместо СН₄), а второго-СН (вместо С₂Н₄); атомный вес углерода он считал равным 5,4.

Занятия метеорологией привели Дальтона к размышлению о строении атмосферы, о том, почему она представляет собой "массу явно однородную". Изучая физические свойства газов, Дальтон принял, что они состоят из атомов; для объяснения же диффузии газов он предположил, что их атомы имеют различные размеры.

Впервые об атомистической теории Дальтон говорит в лекции "Об абсорбции газов водой и другими жидкостями", которую он прочитал 20 октября 1803 г. в литературно-философском обществе Манчестера.

"Материя,-считает он,-хотя и поддается делению в чрезвычайно высокой степени, но все же она не делима до бесконечности, и поэтому должна существовать граница, дальше которой мы не можем идти при делении материи".

"Я избрал слово атом,-продолжает он,-для обозначения этих первичных частиц, предпочитая его словам частица, молекула или каким-либо другим уменьшительным названиям потому, что это слово кажется мне значительно более выразительным; оно включает в себя представление о неделимости, чего нет в других обозначениях".

Дальтон строго разграничивал понятия "атом" и "молекула", хотя последнюю и называл "сложным", или "составным атомом"; он только подчеркивал, что эти частицы являются пределом химической делимости соответствующих веществ.

Какими же свойствами обладают атомы? Во-первых, они неделимы и неизменны. Во-вторых, атомы одного и того же вещества абсолютно одинаковы по форме, весу и другим свойствам. В-третьих, различные атомы соединяются между собой в различных отношениях; в-четвертых, атомы разных веществ имеют неодинаковый атомный вес.

В 1804 г. состоялась встреча Дальтона с известным английским химиком и историком химии Т. Томсоном. Тот был восхищен теорией Дальтона и в 1807 г. изложил ее в третьем издании своей популярной книги "Новая система химии". Благодаря этому атомистическая теория увидела свет раньше, чем она была опубликована самим Дальтоном.

В 1808 г. выходит первая часть "Новой системы химической философии". В ней Дальтон утверждает, что не только газы, но вообще все тела состоят из мельчайших первичных частиц, атомов, которые связаны силой притяжения. Химические процессы, по его мнению, представляют собой соединение и разделение атомов. В этой книге Дальтон описывает методы определения атомных весов и приводит их числовые значения.

Во второй части издания, опубликованной через два года, автор рассматривает состав и физические характеристики (относительные атомные веса) многих элементов и их соединений. Для наглядного изображения состава этих веществ Дальтон предложил специальные формулы.

Джон Дальтон является создателем химической атомистики; он впервые, используя представления об атомах, объяснил состав различных химических веществ, определил их относительные атомные и молекулярные веса. Наконец-то к нему приходит заслуженная слава. В 1816 г. его избирают членом-корреспондентом Французской Академии наук, в следующем году-президентом Манчестерского литературно-философского общества; в 1827 г. - почетным членом Московского общества испытателей природы, а в 1830 г.-иностранным членом Французской Академии наук (высшая честь, оказываемая во Франции зарубежному ученому). И все же он по-прежнему был вынужден зарабатывать на жизнь частными уроками, и только в 1833 г., когда ему было уже 67 лет, Дальтон смог целиком посвятить себя исследованиям - один из меценатов назначил ему пожизненную пенсию. Через одиннадцать лет (27 июля 1844 г.) не стало создателя атомистической теории, которого Энгельс назвал "отцом современной химии". Учение Дальтона было развито в трудах Гей-Люссака, Жерара, Берцелиуса и других ученых.