Атомы и молекулы

Атомы и молекулы

Атомы и молекулы

В прекрасных стихах поэмы Лукреция дошло до нас бессмертное учение Левкипп (500—440 гг. до н. э.), Демокрит (470—360 гг. до н. э.) и Эпикур (372—271 гг. до н. э.) о первоначалах всех вещей и явлений — атомах. Отрицая божественное происхождение мира, эти философы пытались объяснить все явления природы движением различных по форме и массе мельчайших невидимых частиц. Многочисленные подтверждения своим взглядам они находили в наблюдениях за окружающим миром.

За основанье тут мы берем положенье такое:

Из ничего не творится ничто по божественной воле.

И оттого только страх всех смертных объемлет, что много

Видят явлений они на земле и на небе нередко,

Коих причины никак усмотреть и понять не умеют,

Вот посмотри: всякий раз, когда солнечный свет проникает

В наши жилища и мрак прорезает своими лучами,

Множество маленьких тел в пустоте ты увидишь, мелькая

Мечутся взад и вперед в лучистом сиянии света;

Будто бы в вечной борьбе они бьются в сраженьях и битвах…

Знай же: идет от начал всеобщее это блужданье.

Первоначала вещей сначала движутся сами,

Следом за ними тела из малейшего их сочетанья,

Близкие, как бы сказать, по силам к началам первичным,

Скрытно от них получая толчки, начинают стремиться

Сами к движенью, затем понуждая тела покрупнее.

Так, исходя от начал, движение мало-помалу

Наших касается чувств и становится видимым также

Нам и в пылинках оно, что движутся в солнечном свете.

Хоть незаметны толчки, от которых оно происходит

(Лукреций. О природе вещей (De rurum natura). М., 1945, с. 15, 79, 81. Рукопись поэмы Лукреция, жившего в I веке до н. э., была найдена итальянцем Паджо Браччолини в Швейцарии в 1547 г.)

Атомистическое учение с самого начала жестоко преследовалось церковью. Последователей Демокрита подвергали гонениям, а их произведения сжигали. В эпоху средневековья атомистические представления были полностью отброшены и в течение более тысячи лет в науке господствовало учение Аристотеля (384—322 гг. до н. э.) о происхождении всего существующего из четырех начал: воды, земли, воздуха и огня.

Взгляды древнегреческих философов вновь стали распространяться среди западноевропейских ученых в эпоху Возрождения. Так, в самом начале XVII в. англичанин Френсис Бэкон (1561—-1626) открыто выступил в защиту атомизма, сказав, что «учение Демокрита об атомах либо истинно, либо с пользой может применяться в доказательствах». Одна из первых попыток применении атомистических представлений к химическим явлениям принадлежит профессору медицины из г. Виттенберга Даниэлю Зеннерту (1572—1637), который считал, что при растворении в кислотах атомы металлов сохраняют свою индивидуальность и поэтому могут быть извлечены из образовавшихся соединений. В середине XVII в. французский философ и физик Пьер Гассенди (1592—1655) заново пересказал учение Эпикура, дополнив его новым понятием «молекула» для обозначения различного сочетания атомов друг с другом.

Церковь упорно противилась возрождению атомистических представлений. Об этом свидетельствует, например, тот факт, что 4 сентября 1624 г. парижским парламентом был издан специальный указ, запрещающий под страхом смертной казни распространение и обсуждение произведений древних авторов.Однако все попытки «отцов церкви» задержать развитие науки были напрасны. Во второй половине XVII в. произошло множество открытий и области физики, химии и математики. Огромную роль и этом сыграли работы выдающихся английских ученых Роберт Бойль (1627—1691) и Исаак Ньютон (1643—1727).

После более чем десяти лет тщательного экспериментирования в своей хорошо оснащенной лаборатории Р. Бойль написал знаменитую книгу «Химик-скептик», в которой доказал нереальность «начал» Аристотеля (вода, земля, воздух, огонь) и ввел представление о химических элементах, понимая под ними вещества, не поддающиеся дальнейшему разложению. Определив задачу химии как изучение элементов и их соединений, Р. Бойль поставил ее на научную основу. Фридрих Энгельс отметил эту заслугу Р. Бойля кратко и определенно: «Бойль делает из химии науку». Учение о химических элементах распространялось очень медленно. Об этом говорит, в частности, такой факт: спустя примерно 100 лет после смерти Р. Бойля Берлинская Академия наук объявила конкурс на разрешение проблемы — «Действительно ли доказано, что в природе имеются лишь пять элементарных земель. Можно ли их превратить одну в другую, и, если это возможно, то каким образом».

И. Ньютон тоже занимался химией почти всю свою жизнь. Он изучал сплавы металлов, много работал над усовершенствованием методов пробирного анализа. Результаты своих многолетних экспериментальных исследований ученый изложил в большом сочинении, о котором отзывался очень высоко. К сожалению, рукопись этого произведения погибла во время пожара, и ее содержание до нас не дошло.

Задача ученых XVII в. заключалась главным образом в том, чтобы дать наглядное представление о химических явлениях с помощью образов, заимствованных из механики. Атомы наделялись поэтому шероховатой или гладкой поверхностью, колечками, клинышками, крючками, иголками и прочим фантастическим оснащением. Это обстоятельство не могло не вызвать насмешек со стороны некоторых ученых-естествоиспытателей, которые стали называть атомистические представления «философией остриев и крючочков».

От наивных представлений о сложной форме атомов одним из первых отказался русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов. Его научная и практическая деятельность отличалась удивительной широтой и разносторонностью. «Только теперь, спустя два века, можно с достаточной полнотой охватить и должным образом оцепить все сделанное этим удивительным богатырем науки. Достигнутое им одним в областях физики, химии, астрономии, приборостроения, геологии, географии, языкознания, истории достойно было бы деятельности целой Академии». Но более других наук М. В. Ломоносов любил химию. Он утверждал, что все химические и физические явления обусловлены внутренним движением частиц вещества. Наделив атомы массой, шарообразной формой и способностью к движению, ученый объяснил процессы растворения, испарения и теплопередачи, а также высказал ряд важных положений, которые спустя 130 лет легли в основу кинетической теории газов. Полагая, что химические процессы тесно связаны с тепловыми, электрическими, световыми и капиллярными явлениями, М. В. Ломоносов считал знание физики главным залогом успешной деятельности в области химии. «Химик без знания физики,— писал он,— подобен человеку, который всего должен искать ощупом. И сии две науки. так соединены между собой, что одна без другой в совершенстве быть не могут».

М. В. Ломоносова по праву можно считать одним из основоположником количественного метода исследования. Весы, применяемые им для изучения химических реакций, стали вскоре необходимым инструментом каждою химика. Проводя опыты по накаливанию металлов в запаянных стеклянных сосудах, М. В. Ломоносов открыл закон сохранения массы веществ при химических реакциях.

Количественный метод исследования быстро завоевал всеобщее признание; в конце XVIII в. он являлся уже основой химического эксперимента. Ученые стали систематически прибегать к измерению объемов и взвешиванию. Большая заслуга в этом принадлежит также выдающемуся французскому химику Антуану Лорану Лавуазье (1743—1794), который не только развил и усовершенствовал количественный химический анализ, но и дал ему теоретическое обоснование. Независимо от М. В. Ломоносова, некоторые работы которого долгое время оставались неизвестными западноевропейским ученым, А. Л. Лавуазье экспериментально доказал, что масса веществ при химических реакциях всегда постоянна.

Способствуя установлению важных количественных закономерностей, новый метод исследования привел к бурному развитию химии. Список элементов стал постепенно уточняться, ошибочные «элементы» обнаруживали свою ложную природу. Основываясь на результатах своих экспериментальных исследований (1772—1784), А. Лавуазье разработал кислородную теорию горения и провел общую систематику элементов. В 1789 г. он опубликовал «Элементарный учебник химии», в котором обобщил все достижения химической науки того времени.

Дальнейшее развитие химии сдерживалось, однако, тем, что отсутствовало общепринятое мнение о причинах и способах соединения химических элементов, а следовательно, и о составе образующихся веществ. Ученые точно не знали, обладает химическое соединение двух элементов А и В постоянным составом АтВn с определенными значениями тип или же переменным составом АХВУ с изменяющимися х и у. Вскоре на этот вопрос были даны два противоположных ответа. Известный французский исследователь Клод Луи Бертолле на основании анализа сплавов и осадков солей в природных растворах установил, что состав веществ непрерывно меняется в зависимости от внешних условий, и сделал отсюда вывод, что химические соединения имеют переменный состав, а постоянный состав отдельных веществ является частным случаем химического взаимодействия.

Свои исследования К. Бертолле опубликовал в 1799—1801 гг. Одновременно, и тоже во Франции, появились работы Луи Жозефа Пруста, который на основе результатов тщательного анализа карбоната меди и оксидов меди и олова пришел к выводу о постоянстве состава индивидуальных химических соединений, независимо от способа их получения. Завязалась оживленная научная дискуссия, которая длилась около десяти лет. Она закончилась победой Л. Пруста и установлением закона постоянства состава: 

любое чистое вещество, независимо от способа его получения, имеет постоянный состав.

В 1803 г. английский учитель Джон Дальтон сформулировал на основе атомистических представлений другое важное положение, получившее название закона кратных отношений: 

если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то количества одного элемента, приходящиеся в этих соединениях на одно и то же количество другого элемента, относятся между собой как небольшие целые числа.

Статья на тему Атомы и молекулы