Атомы и электроны

Чему же этот заряд равен? Ясно, что он равняется частному от деления всего заряда 96500 кулонов, который переносится одним граммом водорода, на число атомов в грамме водорода. Попробуем записать это в виде математического уравнения (эта книжка написана так, что для её чтения не нужно знать никакой сложной математики; поэтому пусть читатель, незнакомый с математикой, не пугается: от него требуется только, чтобы он умел применять четыре правила арифметики и десятичные дроби и знал, что величины иногда обозначаются буквами). Итак, обозначим заряд, который переносится через раствор электролита одним атомом водорода, буквой e (такой же заряд переносится и атомом калия, или натрия, или серебра). Этот заряд получается от деления 96500 кулонов на число атомов в одном грамме водорода. Поэтому, если обозначить число атомов в одном грамме водорода буквой N, то выйдет, что N•e (т. е. произведение заряда e на число N) равно 96500 кулонам. Это, по существу, и есть та формула, которую мы хотели написать, но только её обыкновенно пишут в несколько изменённом виде, а именно вот как: вместо того чтобы измерять электрический заряд кулонами, как это делают электротехники, физики обыкновенно выбирают другую единицу измерения, которая в три миллиарда раз меньше кулона. Такая единица называется абсолютной единицей. Ясно, что заряд 96500 кулонов равен 96 500 • 3 000 000 000 абсолютных единиц. Если произвести перемножение, а затем применить обычный способ сокращённой записи длинных чисел, которым мы уже пользовались в предыдущей главе, то выйдет, что это произведение равно 2,895•10¹⁴. Поэтому, измеряя заряд e, переносимый одним граммом водорода, не в кулонах, а в абсолютных единицах, мы получим

N•e=2,895•10¹⁴ абс. ед.

Мы говорим, что 1 г водорода, и 23,0 г натрия, и 35,45 г хлора, и 39,1 г калия, и 107,87 г серебра переносят через электролит один и тот же электрический заряд, а именно 96500 кулонов, и мы обращаем внимание на то обстоятельство, что числа 1; 23,0; 35,45; 39,1; 107,87 являются как раз атомными массами этих веществ, что можно видеть из таблицы, которая приведена в предыдущей главе. Всё это — результаты измерений Фарадея. Но не со всеми веществами у Фарадея получилось то же самое. Когда он стал измерять количество электричества, которое нужно пропустить через электролит, чтобы выделить из него 24,31 г магния, или 40,08 г кальция, или 65,38 г цинка (эти числа суть атомные массы упомянутых веществ, в чём всякий может убедиться, взглянув на нашу таблицу), то оказалось, что оно одно и то же и для 24,31 г магния, и для 40,08 г кальция, и для 65,38 г цинка, но только оно совсем не равно 96500 кулонам, как мы могли бы ожидать. Измерения Фарадея показали, что оно равно 193000 кулонов, т. е. вдвое больше, чем 96500 кулонов. Сообразим, что всё это значит. Ведь в 24,31 г магния или в 65,38 г цинка содержится столько же атомов, сколько в одном грамме водорода. Но эти атомы переносят с собою не такое количество электрического заряда, какое переносит с собой один грамм водорода, а ровно вдвое больше. Значит, и каждый атом магния, или цинка, или кальция переносит с собой не такой электрический заряд, а ровно вдвое больше, т. е. не e, а 2e. Итак, из измерений Фарадея вытекает следующее:

Каждый атом водорода, или натрия, или калия, или серебра и т. д. переносит с собой через электролит количество электричества, равное e. Каждый атом магния, или калия, или цинка и т. д. переносит с собой через электролит количество электричества, равное 2e.

Аналогичные измерения Фарадей проделал и для целого ряда других химических элементов, и при этом всегда оказывалось, что один атом любого химического элемента при прохождении через электролит несёт с собой электрический заряд, который может быть равен или e, или 2e, или 3e, или 4e и т. д., но никогда не может быть равен дробному числу e, например заряду e, умноженному на целое число с половинкой. Заметим, что сам Фарадей, формулируя открытый им количественный закон электролиза, ничего не упоминал об отдельных атомах, а только говорил, что если взять число граммов водорода, или калия, или натрия и т. д., равное их атомной массе, то это число граммов рассматриваемого химического элемента переносит с собой через электролит всегда один и тот же заряд, а именно 96500 кулонов; а если сделать то же самое с кальцием или с магнием, то получится не 96500 кулонов, а ровно вдвое больше, и т. д., и т. д.