Оглавление 20 21 22 23 24 — — — 270 
Определение атомных весов.Первые попытки определения атомных ве­сов, основанные на анализах различных соединений элементов с водородом, при­надлежат Дальтону. Однако для вычисления атомного веса по данным анализа требовалось знать число атомов каждого элемента в молекуле анализируемого со­единения. Эти числа Дальтону не были известны, поэтому многие из вычисленных им атомных весов впоследствии оказались неверными.

Когда Авогадро в 1811 г. высказал свою гипотезу о равном числе молекул в равных объемах газов, он одновременно указал и метод определения атомного состава молекул простых газов. Путем изу­чения объемных отношений при реакциях, в которых участвуют водород, кислород, азот и хлор, было установлено, что молекулы этих газов двухатомны. Следова­тельно, определив молекулярный вес любого из этих газов и раз­делив его пополам, можно было сразу найти атомный вес дан­ного элемента. Например, определение молекулярного веса хлора показало, что он равен 71; отсюда следовало, что атомный вес хлора равняется 71:2 = 35,5.

Другой метод определения атомных весов, получивший более широкое применение, был предложен в 1858 г. Канниццаро. Пользуясь этим методом, сначала находят по плотности пара мо­лекулярный вес возможно большего числа газообразных или легколетучих соединений данного элемента. Затем на основании результатов анализа тех же соединений вычисляют, сколько ве­совых (кислородных) единиц приходится на долю этого элемента  в молекуле каждого из взятых соединений. Наименьшее из полу­ченных чисел и принимается за искомый атомный вес.

Поясним этот метод примером определения атомного веса углерода. В табл. 4 приведены молекулярные вбса ряда соедине­ний углерода и процентное содержание углерода в каждом из-них. В последней графе таблицы указано вычисленное из про­центного состава количество углерода в молекуле каждого из. соединений.
Наименьшее весовое количество углерода, содержащееся; в молекулах приведенных в табл. 4 соединений, равно 12. Отсюда ясно, что атомный вес углерода не может быть больше 12 (на­пример, не может быть 24 или36). В противном случае пришлось бы принять, что в состав молекул углекислого газа, окиси угле­рода и сероуглерода входит дробная часть атома углерода С другой стороны, нет оснований принимать его меньшим 12. Двенадцать кислородных единиц есть такое количество угле­рода, меньше которого не содержится ни в одном из известных, соединений этого элемента. Это количество, не делясь, переходит при химических реакциях из одной молекулы в другую. Все дру­гие количества углерода являются целыми, кратными двенадцати следовательно, это число и есть атомный вес углерода.
    Таблица 4
Соединение
Молеку­лярный вес
Содержание углерода в %
Количество углерода, со­держащиеся в одной молекуле, в кислородных единицах
Углекислый газ
44
27,27
12
Окись углерода
28
42,86
12
Ацетилен
26
92,31
24
Сероуглерод
76
15,76
12
Бензол
78
92,31
72
Этиловый эфир
74
64,86
48
Ацетон
58
62,07
36
Нафталин
128
93,75
120
 
   

Описанный метод определения атомных весов обладает од­ним недостатком. Достоверность найденного атомного веса зави­сит от числа исследованных соединений данного элемента. Чем больше исследовано таких соединений, тем меньше вероятность, что найдется еще соединение, молекула которого будет содер­жать дробную часть принятого атомного веса. Кроме того, метод. Канниццаро позволяет находить атомные веса только тех эле­ментов, которые дают газообразные или легко переходящие в газообразное состояние соединения. Большинство же металле» не образует таких соединений. Поэтому при определении атомных весов металлов в свое время был использован другой метод, основанный на зависимости между атомным весом элемента и удельной теплоемкостью соответствующего простого вещества в твердом состоянии.

В 1819 г. французские ученые Дюлонг и Пти, определяя теп­лоемкость различных металлов, нашли, что произведение удель­ной теплоемкости простого вещества (в твердом состоянии) на атомный вес соответствующего элемента для большинства эле­ментов приблизительно одинаково и равно в среднем 6,3. Так как это произведение представляет собой количество тепла, необхо­димое для нагревания 1 грамматома элемента на 1°, то оно на­зывается атомной теплоемкостью.Найденная законо­мерность получила название пр а в и л а Д ю л он г а и Пти.
Атомная теплоемкость элементов приблизительно равна 6,3.
Табл. 5 иллюстрирует это правило.
    Теплоемкости некоторых элементов
Элемент
Атомный вес
Удельная теплоемкость
Атомная теплоемкость
24,3
0,248
6,0
32,0
0,175
5,6
55,8
0,112
6,3
63,5
0,095
6,0
65,4
0,093
6,1
118,7
0,054
6,4
Иод
126,9
0,052
6,6
197,0
0,031
6,1
207,2
0,031
6,4
Из правила Дюлонга и Пти следует, что, разделив 6,3 на удельную теплоемкость простого вещества, легко определяемую из опыта, можно найти приближенное значение атомного веса соответствующего элемента.
Рассмотренные нами методы определения атомных весов не дают вполне точных результатов: с одной стороны, точность опре­деления молекулярного веса по плотности пара редко превышает 1 %; с другой стороны, правило Дюлонга и Пти позволяет найти лишь приблизительную величину атомного веса. Однако получен­ный одним из этих методов атомный вес легко исправить путем сравнения его с эквивалентом того жеэлемента.

Эквиваленты элементов могут быть вычислены очень точно на основании анализов различных соединений. Между эквивалентом элемента и его атомным весом существует определенное соотно­шение, а именно атомный вес элемента всегда является величи­ной, кратной его эквиваленту, т. е. или равняется эквиваленту, или в целое число раз больше его. Это соотношение непосред­ственно вытекает из атомной теории и определения понятия «эквивалент». В самом деле, если атом элемента может присоеди­нить или заместить только один атом водорода, весящий 1,008 кислородных единиц, то очевидно, что эквивалент этого эле­мента должен равняться его атомному весу. Но если атом эле­мента присоединяет два или более атомов водорода, то атомный вес и эквивалент уже не могут совпадать; однако последний не­пременно будет в целое число раз меньше атомного веса. На­пример, эквивалент кислорода (8) равняется половине его атом­ного веса, так как атом кислорода присоединяет два атома водо­рода, и следовательно, на 1,008 вес. ч. водорода приходится 16/2 вес. ч. кислорода. Эквивалент алюминия, атом которого за­мещает три атома водорода, равняется Уз атомного веса алюми­ния и т. д.

Таким образом, для нахождения эквивалента элемента надо разделить атомный вес последнего на число атомов водорода, ко­торое может присоединить или заместить атом данного элемента. Получаемое число выражает собой валентность элемента, откуда следует, что эквивалент элемента равняется его атомному весу, деленному на валентность:
эквивалент = атомный вес :валентность
 
Пользуясь этой зависимостью, нетрудно установить точный атомный вес элемента, если известны его приблизительный атом­ный вес и эквивалент. Для этого находят сперва валентность элемента делением приблизительного атомного веса на эквива­лент. Так как валентность всегда выражается целым числом, то полученное частное округляют до ближайшего целого числа. Умножая затем эквивалент на валентность, получают точную ве­личину атомного веса.
Пример. Эквивалент индия равняется 38,27; удельная теплоемкость этого элемента 0,053. Определить точный атомный вес индия.
Прежде всего на основании правила Дюлонга и Пти определяем прибли­зительный атомный вес индия:
6,3:0,053= 118,9
Затем делением приблизительного атомного веса на эквивалент находим валентность индия:
118,9:38,27 = 3,1 или, округленно, 3
Умножая эквивалент на валентность, получаем точный атомный вес индия:
38,27х 3= 114,81
Кроме описанных выше методов определения атомного веса, применяются еще и другие. О некоторых из них будет сказано в последующих главах.
Вы читаете, статья на тему Определение атомных весов