Химия — просто

Хорошо, тогда давай предположим, что вся материя построена из атомов и что объём атомов не изменяем, но при этом между атомам и есть пустоты. Вот это уже проще представить и объяснить, правда? Ведь тогда пустоты, отделяющие атомы друг от друга, смогут менять свой объём в зависимости от давления или температуры. Согласен?

Другой пример. Все мы миллион раз видели, как сахар растворяется в воде. А ты задумывался, почему сахар исчезает? Что с ним происходит? И вот здесь нам на выручку приходит атомистическая гипотеза: с её помощью мы легко можем представить, как частички сахара размещаются между частицами воды, которые раздвигаются, чтобы освободить им место.

Подобным же образом атомистическая гипотеза помогает нам получить представление о химических соединениях. Например, что вода — это соединение атомов водорода с атомами кислорода.

Приведённые примеры показывают, что предположение о существовании атомов, которое не поддавалось опытному доказательству в XIX веке, тем не менее позволило учёным того времени вывести верные заключения об устройстве окружающего мира. Практически тогда же они пришли к выводу, что отдельные атомы могут соединяться друг с другом, образуя своеобразные скопления. Такие группы, состоящие из двух и более атомов, мы и по сей день называем молекулами.

Молекула вещества

Кстати, забавный факт: в школьных учебниках того времени физика определялась как наука о молекулах, а химия — как наука об атомах. При этом атомы и молекулы считались тогда не реально существующими, а всего лишь плодом воображения, порождением человеческой фантазии.

Поверив наконец в то, что вся материя, любое вещество состоит из атомов, учёные поставили перед собой очередной закономерный вопрос: а сколько же весит этот самый атом?

На самом деле массу (вес) атомов начали вычислять ещё в XVII веке, причём даже не подозревая об этом. Дело в том, что немецкий химик Иеремия Вениамин Рихтер (1762–1807) и Иосиф Людовик Пру (1755–1826) открыли в своё время три закона стехиометрии. Подробно разбирать эти законы мы не будем, так как иначе уйдём от лёгкого повествования к сложным математическим расчётам и там заблудимся. Просто коротко остановимся на выводах, прямо или косвенно вытекающих из законов и опытов двух этих учёных.

Иеремия Вениамин Рихтер

Впрочем, первый закон стехиометрии я всё же здесь приведу, поскольку он довольно прост.

Два тела соединяются друг с другом в определённом весовом соотношении.

Например, водород соединяется с хлором и образуется соляная кислота (HCl). Причём весовое соотношение водорода к хлору в соляной кислоте всегда выражается числовым соотношением 1:35,5. И это соотношение никогда не меняется. Если чего — то будет больше или меньше, то какое-то вещество (то, которого было больше) попросту не прореагирует полностью. А теперь ради интереса посмотри в таблице Менделеева на молярные массы водорода и хлора. Знакомые цифры?! А ведь химики XVII века даже ещё и не подозревали, что соляная кислота состоит из атомов водорода и хлора! Они просто брали одно вещество, добавляли к нему другое и получали третье. И при этом умудрялись определять оптимальное соотношение исходных веществ, необходимое для полного их реагирования (без остатка).

То есть примерные веса элементов в XIX веке уже были известны. И они прекрасно укладывались в атомистическую теорию, которая начинала рассматривать химизм реакций.

Также учёные доказали, что одни и те же элементы, соединяясь между собою, могут образовывать разные вещества. В частности, английский химик Джон Дальтон (1766–1844), уже знакомый нам учитель юного Джеймса Джоуля, доказал, что при образовании молекул в её состав может входить только целое число атомов. Например, какое-нибудь соединение не может состоять из 1,5 атомов. Вроде бы логично, но учёные тех времён только начали развивать атомистическую теорию, постепенно выдвигая на её основе новые законы.

Джон Дальтон

Дальтон первым вызволил из забвения Демокритовы атомы и применил их для объяснения химических явлений и законов. Он быстро понял, что с помощью атомистической гипотезы можно наглядно и легко представить все основные законы химии.

Ответить на вопрос «Сколько весит атом?» учёные по-прежнему не могли, так как в виду микроскопичности размеров его невозможно было взвесить никакими известными им методами. Тогда они пошли другим путём. Те веса, что учёным удалось вычислить, были признаны относительными, то есть вычисленными по отношению к какому-то одному элементу. Например, как в соотношении водорода к хлору в соляной кислоте (1:35,5): атомный вес водорода был принят за единицу, а относительно него был посчитан вес хлора.