Масса атомов. Дальтон. Атомная теория

Выделение элементов из химического вещества не всегда было легкодоступным. Электролиз, безусловно, является одним из самых эффективных способов. Он состоит в том, что через раствор пропускается электрический ток. Для этого в емкость погружают два электрода: положительно заряженный (анод) и отрицательно заряженный (катод). В одном из самых простых примеров (см. рисунок) в воде растворяется обычная соль (хлорид натрия, NaCI), раствор подогревают. Из-за разницы потенциалов между анодом и катодом ионы СI^- будут притягиваться положительно заряженным электродом (в данном случае атома углерода), а ионы Na⁺ — отрицательно заряженным электродом (атома железа). Натрий оседает в твердой форме на поверхности, а хлор испаряется:

2Na⁺ + 2е^- → 2Na

2CI^- → СI₂ + 2е^-

Электролиз использовали химики — современники Дальтона и он сам для различных исследований и выделения новых элементов. Дэви, друг и меценат Дальтона, с помощью этого способа открыл барий, стронций, кальций, магний, калий и натрий. Ученик Дэви Майкл Фарадей обобщил и усовершенствовал электролиз и вывел два основных его принципа:

— количество вещества, образовавшегося на электроде при пропускании через электролит, прямо пропорционально количеству пропущенного электричества;

— для разных электролизных процессов при одинаковом количестве электричества, пропущенного через электролит, массы образовавшихся веществ пропорциональны их химическим эквивалентам.

В то время ничего не знали о носителе электрического заряда и об электроне как части атома.

Схема электролиза

Дальтон бегло говорил по-французски и переписывался со своим другом и соперником Бертолле, причем переписка не прерывалась даже в непростой период Наполеоновских войн. Ученые не только обменялись почетными званиями в своих научных учреждениях, но и не прекращали обмена идеями, статьями, произведениями. Бертолле получил экземпляр "Новой системы химической философии" в 1808 году, через два месяца после публикации, хотя он открыто критиковал книгу и предостерегал своих коллег от опасного влияния атомной теории. Бертолле после Лавуазье был самым большим авторитетом в области химии, по крайней мере во Франции.

Великий Бертолле умер в 1822 году, в тот же год, когда он лично познакомился с Дальтоном в Аркейле. Его учеником и ассистентом был Жозеф-Луи Гей-Люссак, один из величайших химиков нашей эпохи. Гей-Люссак был неутомим и бесстрашен в своих исследованиях. В 1804 году он дважды поднимался на воздушном шаре на высоту 7000 метров, чтобы провести несколько замеров и опытов в условиях разреженного воздуха и полюбоваться невероятным пейзажем. Этот человек заслуживает особого упоминания в книге, посвященной Дальтону, поскольку он был одним из немногих ученых, способных возражать Дальтону по существу.

Главное слабое место атомной теории Дальтона — вопрос об объеме. Постулаты теории основаны на количественных законах — открытых самим Дальтоном и его коллегами,— но в них не учтены отношения объемов. Ученый утверждал — и всегда отстаивал эту точку зрения, — что если два разных газа имеют одну температуру, одно давление и, кроме того, занимают один объем, они обязательно будут иметь разное количество атомов. Однако Гей-Люссак в 1808 году открыл экспериментальным образом то, что он позже назвал законом объемных отношений.

Самый известный результат его опытов с объемами газов — это опыт с водяными парами. Один объем кислорода вступает в реакцию с двумя объемами водорода, образуя два объема водяных паров:

O₂ + 2Н₂ → 2 Н₂O (пар).