Краткая история науки

Когда в соединении содержалось более одного атома некоего элемента. Берцелиус приписывал к букве цифру, обозначающую число атомов. Он ставил цифру чуть выше буквы, хотя современные ученые поступают наоборот: O₂ означает, что у нас два атома кислорода. В остальном шведский ученый записывал формулы в точности так же, как пишем мы их сегодня.

Берцелиус куда лучше работал с неорганическими соединениями, чем с органическими, «Органическими» называют такие соединения, которые содержат углерод и ассоциируются с живыми существами: сахара и протеины находятся в их числе. Органические соединения часто сложнее, чем неорганические, и они имеют склонность вступать в реакции несколько не так, как это делают соли, кислоты и минералы, с которыми большей частью имел дело шведский ученый.

Берцелиус полагал, что реакции, идущие внутри наших тел (или внутри иных живых существ, таких как коровы или деревья), не могут быть объяснены тем же образом, как происходящие в лаборатории. Органическая химия во время его жизни развивалась в Германии и Франции, и хотя швед всегда дистанцировал себя от коллег, ей занимавшихся, он внес немалый вклад в их работу.

Во-первых, он предложил слово «протеин», чтобы поименовать один из наиболее значимых видов органических соединений. Во-вторых, он догадался, что многие химические реакции не идут, если не присутствует некая третья субстанция, и он назвал ее «катализатором». Катализатор помогает реакции – часто ускоряя ее, – но сам в процессе реакции не изменяется, в отличие от других веществ, которые соединяются или разлагаются. Катализаторы обнаруживают всюду в живой природе, и попытки объяснить, как именно они работают, становились целью многих химиков со времен Берцелиуса.

По всей Европе концепция «атома» помогала химикам лучше понимать то, что они изучали.

Но оставались и сложные моменты.

В 1811 году итальянский физик Амедео Авогадро (1776–1856) сделал смелое заявление. Оно оказалось столь смелым, что химики отвергали его почти сорок лет. Итальянец сказал, что в заданном объеме пространства число частиц любого газа при фиксированной температуре всегда одинаково. «Гипотеза Авогадро», как назвали это утверждение, имела очень важные последствия. Из нее выводилось, что молекулярные массы можно рассчитывать напрямую, используя предложенную Авогадро формулу. Идея итальянца помогла модифицировать атомарную схему Дальтона, поскольку объясняла любопытное поведение одного из наиболее часто изучаемых газов, водяного пара.

Химики долго не могли понять, отчего процент водорода и кислорода в определенном объеме пара выглядел неправильным, если предположить, что молекула воды состоит из одного атома каждого элемента. В конечном же счете получилось так, что в водяном паре два атома водорода приходятся на один атом кислорода.

Ну а позже открыли, что многие газы, включая те же водород и кислород, существуют в природе не в виде одиночных атомов, а в виде молекул, состоящих из двух или более «слипшихся» атомов: H₂ и О₂, как бы мы это записали.

Идеи Авогадро казались бессмысленными, если вы верили в атомарную теорию Дальтона, и в мнение Берцелиуса по поводу того, что атомы элементов имеют положительные или отрицательные характеристики. Как могут «слипаться» два отрицательно заряженных атома кислорода? Именно поэтому гипотезу итальянца долго не принимали.

Много позже она тем не менее позволила решить многие химические головоломки, и сейчас на ней основано наше понимание атома с точки зрения химии. В науке часто происходит подобное: все кусочки загадки сходятся вместе только спустя долгое время, и тогда старые гипотезы обретают новое значение.

Глава 22 Силы, поля и магнетизм

Атом Дальтона позволил создать современную химию, но были и другие углы зрения, под которыми можно было использовать эту идею.

Для начала атомы не только комбинируются между собой, чтобы создавать соединения. Все не исчерпывается тем, что они вступают в разные химические реакции. Дэви и Берцелиус, без сомнений, признавали тот факт, что атомы в растворе могут быть притянуты к положительному или отрицательному полюсу с помощью проходящего через раствор электрического тока.

Атомы являлись частью феномена «электричества». Но почему? Как?

Отчего, например, в таком растворе, как морская вода, натрий мигрирует к отрицательному полюсу, а хлор – к положительному?

Такие вопросы горячо обсуждались в начале девятнадцатого века, и одним из важнейших исследователей этого направления был Майкл Фарадей (1791–1867), замечательный во всех отношениях человек. Он родился в простой семье и получил самое базовое образование, молодые годы провел, изучая переплетное дело, но затем обнаружил такую вещь, как наука, и свободное время посвящал чтению всего, что мог найти о ней. Популярные детские книги по химии воспламенили его воображение, и один из покупателей в переплетной лавке, где работал Фарадей, предложил ему билет на лекцию Гемфри Дэви в Королевском институте.