Пути развития химии. Том 2. От начала промышленной революции до первой четверти XX века

Хотя представления Лорана и Кекуле об атомах, молекулах и валентности были уже ими сформулированы, тем не менее для того, чтобы показать связь между этими понятиями и обобщить накопленные данные, научные выводы и опыт, не хватало решающего шага. Этот шаг был сделан в 1858 г. Станислао Канниццаро. В работе "Краткий очерк курса химической философии" [37] Канниццаро обратился к атомно-молекулярной гипотезе, предложенной Авогадро около 40 лет до того[60]. Вначале эта работа не вызвала должного интереса. Однако, когда Канниццаро ознакомил с ней участников Международного химического конгресса в Карлсруэ (1860г.), она обратила на себя внимание и вскоре нашла всеобщее признание. Химикам сразу стали понятнее определения атомного и эквивалентного весов. Это позволило решить основную проблему, стоящую перед химиками в течение 30 лет,- определить порядок расположения элементов в соединениях (см. следующий разд. "Стереохимия").

Канниццаро показал, как можно систематически применять закон Авогадро, согласно которому в одинаковых объемах всех газов при равных условиях содержится одно и то же число молекул. Как было отмечено выше (разд. "От системы Лавуазье к атомистике Дальтона"), Авогадро основывался на открытом Гей-Люссаком законе объемных отношений: объемы газов, реагирующих друг с другом или образующихся в результате реакции, соотносятся как небольшие целые числа. Вывод закона Авогадро, основанный на существовании молекул, вызвал отрицательное отношение со стороны Дальтона, а Берцелиус весьма своеобразно использовал его. Теперь Канниццаро применил положения Авогадро настолько четко, что, зная атомный или молекулярный вес вещества, который можно было установить по плотности пара или на основании закона удельных теплоемкостей Дюлонга и Пти, стало возможным объяснить многие его химические и физические свойства[61]. Для определения плотности пара Ж. Б. Дюма в 1827 г. предложил довольно простой метод; поэтому можно сказать, что экспериментальные предпосылки для использования закона Авогадро существовали в химии уже с конца 1820-х годов.

Метод определения атомного веса такого элемента, например, как водород, состоял в том, чтобы получить как можно больше его газообразных соединений и определить их вес (при постоянных объеме, давлении и температуре). При этом каждый раз нужно было определять весовую долю водорода[62]. Единицей сравнения при расчете атомного веса служил кислород, атомный вес которого был принят равным 16.

Структурная теория и формула бензола Кекуле

Представления о "соединительной силе", или валентности, атомов, объяснение понятий "атом", "молекула", "атомный вес" и "эквивалентный вес", а также идея о возможности образования связей между атомами углерода — вот те основные предпосылки, которые имелись к началу 1860-х годов для объяснения структуры одного из важнейших углеводородов — бензола.

Решению этой проблемы способствовали и другие исследования. Например, Э. Эрленмейер своими работами о связи атомов в молекулах содействовал развитию теории валентности. Начало этому было положено выходом в свет его Учебника органической химии (1864г.), основу которого составило учение о валентности и о связи атомов. Эрленмейер установил также структурную формулу глицерина.

Важный вклад в развитие структурной химии внесли работы А. М. Бутлерова[63] и Карла Шорлеммера[64].

Бутлеров (1828-1886) первым четко сформулировал определение понятия химического строения как способа связи атомов в молекуле. Он считал, что химический характер веществ зависит от природы и количества его элементарных составных частей и химического строения соединения [169]. Написанный Бутлеровым в 1864 г. учебник органической химии (переведен на немецкий язык в 1868 г.) в немалой степени способствовал распространению среди химиков представлений о строении соединений.[65]

Шорлеммер определял органическую химию как химию углеводородов и их производных.