Чтение онлайн

Генри родился в Манчестере в 1774 году, он был сыном Томаса Генри и учеником Томаса Персиваля — оба хирурги и члены Королевского общества. В 1795 году он начал изучать медицину в университете Эдинбурга, а в 1807-м завершил обучение. По состоянию здоровья Генри оставил врачебную практику и посвятил себя исследованиям в области химии. Получил известность благодаря опытам с количеством газов, поглощаемых водой при различных температурах и давлении (1803). Его книга по химии "Элементы экспериментальной химии· была переиздана 11 раз за 30 лет. В 1836 году ученый застрелился в своей личной часовне в Пендлбери.

Знаменитый закон Генри гласит, что при постоянной температуре объем газа, растворенного в единице объема жидкости, прямо пропорционален давлению этого газа над раствором, если жидкость и газ не действуют друг на друга химически. Мы можем сформулировать этот закон, вслед за современными школьными учебниками, следующим образом:

S=k · P,

где S — растворимость, или концентрация газа в растворе, к — коэффициент Генри, зависящий от температуры и природы газа и раствора, а Р— парциальное давление газа над раствором. Знакомый всем пример действия этого закона — газированные напитки. Во всех этих жидкостях растворена двуокись углерода СO2, и давление этого газа больше атмосферного. Когда мы открываем бутылку, давление уравнивается, и часть газа начинает выделяться из напитка, в результате чего образуются пузыри. Если бутылку оставить открытой, вкус напитка изменится, поскольку весь газ выйдет. Точно так же этот закон действует на ныряльщиков во время погружения. Они вдыхают сжатый воздух, который растворяется в крови. При всплытии понижается растворимость газов в крови, что влечет за собой риск образования маленьких пузырьков, которые мешают нормальной циркуляции крови и могут привести к смерти. Именно поэтому необходимо подниматься после погружения медленно.

Кислород может соединяться с определенным количеством азота или уже с удвоенным таким же, но не может быть какого-либо промежуточного значения количества вещества.

Джон Дальтон, закон кратных отношений (1802)

Этот вывод из доклада Дальтона "О соотношении различных газов или жидкостей, содержащихся в атмосфере, а также о механическом или химическом растворении газов в жидкостях" основывается главным образом на его вере в теорию Ньютона. Дальтон считал, что увеличение объема (расширение) газа при уменьшении давления связано с тем, что составляющие его идентичные или, по крайней мере, однородные частицы отталкиваются друг от друга с силой, обратно пропорциональной расстоянию, их разделяющему. Для Дальтона это был еще один пример действия закона всемирного тяготения, сформулированного Исааком Ньютоном в 1687 году. Ученый постоянно пытался применить теорию Ньютона к воздуху. Доказав, как и Лавуазье несколькими годами раньше, что воздух является не соединением газов, а их смесью, он опытным путем подтвердил закон, который мы сегодня знаем как закон парциального давления газов. Дальтон сделал вывод, что частицы водяного пара не отталкивают частицы других газов, содержащихся в воздухе, по той простой причине, что они различны.

И это объясняет тот факт, что они свободно циркулируют в атмосфере. Несмотря на ошибку, которая заключалась в объяснении с использованием теории Ньютона, это доказательство принесло Дальтону известность за пределами Англии. Его доклад, названный *О диффузии газов другими газами*, вызвал огромную полемику в научном сообществе. Почему отталкивающую силу можно наблюдать только в некоторых случаях?

Ответ на этот вопрос уводит Дальтона от теории Ньютона, он начинает задумываться о том, что существуют конечные неделимые частицы, из которых состоят вещества, образующие воздух. Так Дальтон приступил к разработке понятия атомной структуры.

В то же время близкий друг Дальтона Уильям Генри уже представил свои результаты, касающиеся растворимости газов в жидкостях. Дальтон еще раз подтвердил выводы Генри. Это означало, что если растворимость газов зависит от давления (другими словами, от силы), значит она должна иметь механическую причину. Это было очевидно и Генри, и Дальтону, который снова обратился к исследованиям и чуть позднее, в 1802 году, представил труд "О поглощении газов водой и другими жидкостями" (правда, работа была опубликована лишь три года спустя). В двух словах, растворимость газов — это не просто химическая реакция, но некое количество механических действий между частицами, которые зависят от размеров этих частиц (то есть от атомов, от атомной массы).

Закон кратных отношений, или закон Дальтона, сформулированный в 1802 году, — очень важный закон среди так называемых стехиометрических. Он гласит, что "если два вещества образуют друг с другом более одного соединения, то массы одного вещества, приходящиеся на одну и ту же массу другого вещества, относятся как целые числа, обычно небольшие". Другими словами, если атом вещества А соединяется с одним и с двумя атомами вещества 8, соотношение массы вещества А и 8 будет 1:2. Классический пример — оксиды меди, в которых А — это кислород, а 8 — медь:

— CuO: 79, 89% (Cu), что равно 3, 973 грамма меди на 1 грамм кислорода;

— Cu2O:88, 82% (Cu), что равно 7, 945 грамма меди на 1 грамм кислорода.

Мы видим, что соотношение 3, 973/7, 945 приблизительно составляет 1:2. Рассмотрим другой пример с оксидами азота.

Этот закон 1803 года невозможно было бы сформулировать проще: "Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений всех газов, составляющих смесь".

Этот закон обычно служит для расчета давления газа при взаимодействии с водой. Общее давление будет равно сумме давления газа и давления водяного пара при определенной температуре. Так, если давление равно 766, 7 мм ртутного столба, а температура — 27°С (что означает давление водяного пара, равное 26, 7 мм ртутного столба согласно известным таблицам), давление газа будет равно (766, 7-26, 7) = 740 мм ртутного столба.

В очередной раз Дальтон опирался на работы Ньютона.

С 1802 по 1805 год одно за другим следовали выступления, публикации, различные опыты и проверка уже полученных результатов. Прежде чем перейти к понятию атома в следующей главе, отметим, что в трудах 1802 года Дальтон использовал понятие "конечная частица", а не "атом". Он широко применял диаграммы, чтобы наглядно показать состав атмосферы, изображая разными символами известные ее элементы: кислород, азот, углекислый газ и водяной пар. В работах 1803 года Дальтон немного изменил свою теорию и объяснил отталкивание конечных частиц через атмосферное тепло. Лавуазье уже высказывал подобную мысль. Помня об этом, Дальтон стал изучать отталкивающую силу одних и тех же частиц. К понятию этой "особой" отталкивающей силы он добавил впоследствии понятие "особого веса". В день рождения ученого, 6 сентября 1803 года, в его лабораторной тетради появились заметки, имеющие историческую важность: он смог впервые составить таблицу атомной массы молекул и известных веществ — эти понятия в то время накладывались друг на друга. Атомная теория начала вырисовываться. Оставалось только окончательно сформулировать ее.

Джон Дальтон смог опытным путем показать, что идеи античных философов объясняют привычные для нас явления. Нечасто бывает, что философская идея находит подтверждение в реальной жизни и разрастается до такого масштаба, что становится одной из основ современной науки.

Для историков науки формирование атомной теории Джона Дальтона представляет довольно сложную загадку. Мы не знаем точно, когда и почему Дальтон пришел к выводу об атомной структуре вещества. Для него конечные частицы были просто инструментом объяснения поведения смесей газов и жидкостей, растворимости и давления. Понятно, что у него были предшественники — даже во времена Древней Греции,— которые настаивали на идее существования атомов. И то, что лишь век спустя Эрнест Резерфорд экспериментально доказал существование атомов, ни в коей мере не отменяет заслуг Дальтона, который пошел гораздо дальше простого объяснения. Атомная теория в том виде, в котором сформулировал ее Дальтон, была способна объяснить практически все, что до ее появления оставалось непонятным. Поэтому велика вероятность, что она была сформулирована тогда же, когда и почти все ее постулаты.