Берцелиус и его определение атомных весов. Новая система обозначений

Йенс Якоб Берцелиус^* был одним из известнейших химиков своего времени. В своей научной деятельности Берцелиус объединил период развития химии времен создания кислородной теории Лавуазье с периодом разработки химической атомистики. Он настолько усовершенствовал методы эксперимента и конструкции научных приборов, что они применялись впоследствии несколькими поколениями химиков, а некоторые из них используются и в наше время. Кроме того, Берцелиус создал систему химических обозначений, которые, за исключением небольших изменений, мы применяем и сегодня.

^* (Подробнее о жизни и творчестве Й. Я. Берцелиуса см. в книге [197].- Прим. ред.)

Йенс Якоб Берцелиус (1779-1848)

Берцелиус родился в 1779 г. в селении Вэферсунда в семье учителя. В девятилетнем возрасте он остался сиротой и с юных лет вынужден был зарабатывать себе на жизнь репетиторством и трудом на сельскохозяйственных работах. Медицину и химию Берцелиус изучал, находясь в очень тяжелых материальных условиях. Только непреодолимое стремление к знаниям и упорство в достижении цели помогли ему поступить в 1797 г. в Упсальский университет и успешно закончить его в 1801 г.

После окончания университета в 1802 г. Й. Я. Берцелиус стал адъюнктом медицины и фармации Медико-хирургического института в Стокгольме. В это время Берцелиус подружился с владельцем рудника Вильгельмом Хизингером, в доме которого он жил, и даже проводил вместе с ним химические исследования. Так, в 1802 г., использовав батарею Вольта, он совместно с Хизингером обнаружил, что при пропускании электрического тока через растворы солей щелочных металлов последние разлагаются с выделением составных частей. Годом позже Берцелиус и Хизингер (одновременно с М. Г. Клапротом) открыли элемент церий, названный в честь планеты Церера, обнаруженной в 1801г. Джузеппе Пьяцци. (А в 1817 г. Берцелиус открыл другой элемент, который получил название "селен" от греческого названия луны - Селена. Кроме того, в 1828 г. Берцелиус открыл торий.)

В 1807 г. Берцелиус утвержден ординарным профессором химии и фармации медицинского факультета Королевского Медико-хирургического института в Стокгольме. В 1810 г. он избран Президентом шведской Академии наук, а с 1818 г. назначен ее непременным секретарем. В 1818 г. Берцелиусу пожаловано дворянское звание, а в 1835 г.- титул барона. Но в химии он, безусловно, был королем, так как безраздельно "царил" во всех ее областях. Ученики уважали Берцелиуса и восхищались им - он был авторитетом для всех.

Работы Берцелиуса были посвящены прежде всего исследованию соотношений элементов в соединениях. Берцелиус критически проанализировал историю стехиометрии, использовал известные уже данные и извлек из них выводы для выбора направления своих дальнейших работ. Так, еще в XVIII в. шведский химик Т. Бергман наблюдал, что при взаимодействии химически нейтральных солей вновь образуются нейтральные соли, однако он не дал объяснения этому явлению. Проведя точные анализы, немецкий химик К. Венцель попытался выяснить причины этого. Рихтер обработал математически исследования Бергмана и Венцеля и заложил тем самым основы стехиометрии. Берцелиус внимательно изучал вопросы, которые были предметом дискуссии между Бертолле и Прустом. Научный спор между Бертолле и Прустом восхитил Берцелиуса своим достойным стилем, а также тем, что оба химика смогли выйти из него, не опускаясь до взаимных оскорблений.

Итак, задачу своих исследований Берцелиус видел в наиболее точном определении соотношений, в которых вещества соединяются друг с другом. Ученый провел анализы оксидов и сульфидов многих элементов. Кроме того, он установил, что количества кислорода кислоты и основания в солях соотносятся друг с другом как небольшие целые числа. Этот "кислородный закон" окончательно убедил его в атомном строении материи. Берцелиус охарактеризовал атомистическую гипотезу как крупнейшее событие в истории химии. Однако он критиковал Дальтона за то, что тот упрямо придерживался одной устоявшейся предпосылки и игнорировал результаты Гей-Люссака, которые на самом деле не опровергали, а подтверждали эту гипотезу. Закон объемных отношений и представление, согласно которому в равных объемах газов должно находиться одинаковое количество атомов, взаимно дополняли друг друга. В соответствии с этой гипотезой молекула водяного пара должна состоять из двух атомов водорода (два объема) и одного атома кислорода (один объем).

Берцелиус добился результатов чрезвычайной важности, но достиг он их не одними рассуждениями, а благодаря вычислению (относительных) атомных весов 45 элементов. В 1818 г. он опубликовал их в виде таблицы. В том же году Берцелиус провел сопоставление процентного состава 2000 химических соединений (почти всех соединений, известных в то время) и указал их "атомные веса". Он не пользовался понятием "молекула", а рассматривал молекулы как атомы различной степени сложности.

Берцелиус преобразовал символы, использовавшиеся Дальтоном для обозначения элементов и соединений. В то же время он воспринял идею Дальтона о возможности с помощью знаков отражать качественный и количественный состав соединений. Кроме того, он считал, что в формулах должно быть отражено отношение объемов взаимодействующих газов при образовании исследуемого соединения. Кружки, штрихи и точки в прежних формулах Берцелиус заменил буквами и цифрами. По его мнению, для химических обозначений следовало использовать буквы, чтобы их легко можно было писать и печатать. Они должны были наглядно отражать соотношения элементов в соединениях, указывать относительные количества составных частей (объемов газов), образующих вещество, и, наконец, выражать численный результат анализа так же просто и понятно, как алгебраические формулы в механике [19]. При разработке новых формул Берцелиус использовал начальные буквы латинских названий химических элементов, например S (sulfur - сера). Если названия элементов имели одинаковые начальные буквы, то к обозначению, элемента Берцелиус добавлял вторую букву, например С (carbon - углерод) и Си (cuprum - медь). Если же и вторые буквы названий веществ были одинаковыми, то к начальной букве латинского названия элемента Берцелиус добавлял первую из различающихся согласных букв, например Sn (stannium - олово) и Sb (stibium - сурьма).

Эти преобразования, сделанные Берцелиусом, не только упростили систему обозначений химических соединений, но и способствовали наглядности описания их состава, что было чрезвычайно важно для преподавания и исследовательских работ.