Амедео Авогадро

Итальянский ученый Амедео Авогадро (полное имя Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро ди Кваренья э ди Черрето) принадлежит к числу естествоиспытателей, которые в начале XIX века установили основные законы химии.

В отличие от многих его современников, чьи работы быстро получили всеобщее признание, прошло почти полвека, когда в химию окончательно вошла гипотеза, высказанная Авогадро в 1811 г.: "молекулярные массы всех веществ, находящихся в газообразном состоянии, при одинаковых условиях занимают равные объемы". Это признание произошло прежде всего потому, что быстрое развитие органической химии требовало внимания к самому понятию молекулы. В начале второй половины XIX века в органической химии царила неразбериха, тормозившая развитие этой науки.

Одновременно применялись атомные массы, установленные Й. Берцелиусом, Ж. Дюма, Ш. Жераром и О. Лораном, а также эквивалентные массы, введенные в науку Л. Гмелиным. Такое неопределенное положение устранил итальянский химик Станислао Канниццаро, который своей основополагающей работой²⁵ содействовал признанию гипотезы Авогадро.

Амедео Авогадро (1776-1856)

На основании анализа истории вопроса Канниццаро пришел к выводу: "Успехи науки в последние годы подтверждают правильность представлений Авогадро, Ампера и Дюма о тождестве свойств тел в газообразном состоянии, т. е. предположения, что равные объемы веществ, которые могут быть как простыми, так и сложными, содержат одинаковое число молекул, но ни в коем случае не одинаковое число атомов" [31, с. 223].

Работы Авогадро превратили Италию в родину молекулярной теории. Как Лавуазье и многие другие естествоиспытатели конца XVIII - начала XIX в., Авогадро подходил к решению химических вопросов в первую очередь как физик, а не химик.

Авогадро родился 9 августа 1776 г. на севере Италии, в Турине, в семье чиновника судебного ведомства. Он получил юридическое образование и в 1796 г. стал доктором права. Вскоре молодой юрист начал работать в бюро адвоката по делам бедняков, а затем в бюро генерального адвоката. Уже в юности Авогадро стал интересоваться естественными науками, изучая в свободное время математику и физику. В 1803 г. он представил в Туринскую Академию наук работу по изучению свойств электричества, выполненную совместно с братом. С 1809 г. Авогадро стал преподавателем физики в лицее, расположенном в Верчелли - небольшом городке около Турина, а с 1820 г. он - профессор высшей физики в Туринском университете. Но в 1822 г. кафедра высшей физики Туринского университета была закрыта из-за неустойчивой политической обстановки в королевстве Пьемонт. Лишь в 1834 г, Авогадро смог вернуться к преподавательской деятельности в Туринском университете, которой занимался до 1850 г. 9 июля 1856 г. он скончался в Турине.

О жизни Авогадро сохранилось мало сведений. Даже Герман Копп не упоминает об Авогадро в своем труде "История химии", опубликованном в 1843-1847 гг. В более поздней работе Копп писал о научных трудах Авогадро: "Если бы они только побудили ученых к необходимости экспериментальной проверки важных теоретических положений, и тогда эти работы не были бы совершенно оставлены без внимания, но они рассматривались лишь как чисто умозрительные построения человека, о других работах которого ничего не было известно" [32, с. 354].

Авогадро всегда был на стороне прогресса и стремился улучшить условия жизни людей. Его деятельность как адвоката по делам бедных не обещала ему особых материальных благ; для того чтобы заниматься этим, надо было либо обладать значительным состоянием - о чем из скудных биографических сведений ничего не известно,- либо чувствовать высокую степень ответственности перед теми слоями современного ему общества, которые были беззащитны перед угнетением и эксплуатацией. Мы считаем, что Авогадро сознавал такую ответственность. На это указывает еще один факт: когда Северная Италия была занята французскими войсками под командованием генерала Наполеона Бонапарта, Авагадро стал ответственным чиновником новой республиканской администрации - секретарем префектуры Французской республики.

Значительное влияние французских просветителей на судьбы итальянских ученых отчетливо проявилось в политической и научной деятельности Авогадро. Ее характерными чертами было уважение прав человека в общественной деятельности и рационалистический подход к решению проблем естествознания с широким использованием математики в научной работе.

Вместе с законами сохранения массы и постоянных отношений закон Авогадро составляет основу классической химии.

Закон Авогадро тесно связан с исследованиями Гей-Люссаком объемных отношений при соединении газов (с 1805 г.). Простые объемные отношения при реакциях между газами Авогадро объяснил, предположив, что в равных объемах различных газов должно находиться одинаковое число мельчайших частиц. Этой гипотезой Авогадро подвел итог дискуссии между Дальтоном и Гей-Люссаком после открытия французским ученым в 1808 г. следующего закона: два газа соединяются друг с другом лишь в простых объемных отношениях. Дальтон считал, что его представления об атомах равнозначны представлениям Гей-Люссака об объемах. Если бы было возможно доказать, что в равных объемах всех газов содержится одинаковое число атомов, то обе гипотезы были бы тождественны, но с тем различием, что гипотеза Дальтона имеет более общий характер, а гипотеза Гей-Люссака применима только к газам.

В то время казалось весьма трудным привести в соответствие объемные законы Гей-Люссака с атомистической теорией Дальтона. Авогадро нашел способ, позволивший обойти эти трудности. Он прекрасно понимал различие между так называемыми "простыми" молекулами, которые могут соединяться друг с другом, и "составными" молекулами. Вместо применявшихся обычно до этого терминов "атом", "сложный атом" Авогадро ввел понятия "простая молекула" и "составная молекула", соответствующие современным понятиям "атом" и "молекула". Он предположил, что газообразные вещества состоят из молекул, относительное расположение которых зависит от давления и температуры. На основании этих положений, в известной мере подкрепленных экспериментально, Авогадро пришел к следующим умозаключениям. Если объемы двух газов при одинаковых давлении и температуре равны, то можно предположить, что в каждом из этих объемов независимо от состава газа или пара будет содержаться одинаковое число молекул. В первой из основополагающих статей Авогадро (1811 г.) по атомно-молекулярной теории "Описание способа определения относительных масс элементарных молекул тел и отношений, согласно которым они входят в соединения" Авогадро писал: "Следует поэтому принять, что также существует очень простое соотношение между объемами газообразных веществ и числом молекул, которые они образуют. Гипотеза, которая с первого взгляда кажется здесь единственно допустимой, основывается на представлении, что число сложных молекул в равных объемах различных газов всегда одинаково или пропорционально объему. Потому что если предположить обратное, а именно что число молекул в равных объемах различных газов неодинаково, то мы не сможем понять, почему закон, согласно которому определяется расстояние между молекулами, во всех случаях будет давать нам такие простые соотношения, как в вышеприведенных случаях между объемами и числом молекул" [33, с. 3].

Авогадро не сомневался, что его гипотеза подтверждает основные положения теории Дальтона. Авогадро увидел возможность при помощи разработанных им представлений "определять величины составных молекул на основании значений объемов сложных газов" [33, с. 7].

Для признания учеными положений Авогадро кроме работ Канниццаро и Дюма особенно большое значение имели труды немецкого физикохимика Вальтера Нернста. Опубликованный им в 1893 г. учебник "Теоретическая химия с точки зрения правила Авогадро и термодинамики" выдержал по 1926 г. 15 изданий, В предисловии к первому изданию Нернст писал: "...для теоретической разработки химических процессов... главнейшим основанием является прежде всего правило Авогадро, кажущееся мне почти неистощимым рогом изобилия, дарованным нам молекулярной теорией" [34, с. 7].

Портрет Авогадро на специальной почтовой марке итальянской почты, выпущенной в честь столетия со дня смерти ученого

Насколько сильно в начале XIX в. химиков интересовало изучение реакций газообразных веществ, дающих экспериментальное обоснование разработанным в то время представлениям о составе веществ, можно судить по опубликованному в 1814 г. письму А. М. Ампера К. Л. Бертолле "Об определении отношений, в которых соединяются тела в соответствии с числом и относительным расположением молекул, составляющих их сложные частицы". Это письмо было напечатано в известном французском научном журнале "Анналы химии". Ампер понял, что результаты исследования Гей-Люссака также можно использовать для определения состава многих соединений, которые не способны существовать в газообразном состоянии. После написания этой работы, по словам Ампера, он узнал, "что господин Авогадро положил ту же идею в основу своей работы об отношениях элементов в химических соединениях" [33, с. 24]. Но это замечание отнюдь не привлекла внимания ученых к трудам Авогадро.

Основной причиной такого явного пренебрежения к идеям Авогадро было то, что большинство химиков - современников итальянского ученого не могли отчетливо понять различия между атомом и молекулой. Даже Берцелиус, исходя из своей электрохимической теории, смешивал представление Дальтона об атомах с учением Авогадро о молекулах и считал, что в равных объемах газов содержится одинаковое число атомов. Именно это мнение имело в первой половине XIX в. множество приверженцев. Лотар Мейер считал главной причиной длительного непризнания представлений Авогадро его современниками "...то, что они с Самого начала довольно трудным для нашего понимания способом отождествляли представления Авогадро с понятиями Дальтона об атомах, хотя от любого внимательного читателя работы Авогадро не может ускользнуть, что, по мнению автора, вещество состоит из определенных частиц, не идентичных с атомами" [35, с. 159].

Основное значение работ Авогадро для развития естествознания состоит в том, что созданные им представления о молекулярном составе веществ на основании изучения физическими методами химических реакций способствовали превращению химии в точную науку.

Авогадро в отличие от великих химиков XIX в. не был химиком-экспериментатором, но он всегда уделял большое внимание успехам химии в экспериментальной области и проявлял особый интерес к развитию химических теорий²⁶.