Победа атомно-молекулярного учения

Следующий важный шаг в развитии научной химии был сделан Дж. Дальтоном, ткачом и школьным учителем из Манчестера. Уже первые научные сообщения молодого учителя привлекли внимание некоторых физиков и химиков, среди которых у Дальтона появились друзья. В 1793 г., вышла в свет научная работа Дальтона «Метеорологические наблюдения и опыты».

Анализируя результаты своих метеорологических наблюдений, Дельтон пришёл к выводу, что причиной испарения воды является теплота, а сам процесс есть переход частичек из жидкого состояния в газообразное. Это был первый шаг на пути к созданию системы химической атомистики.

В 1801 г. Дальтон установил закон парциальных давлений газов:

Давление смеси газов, не взаимодействующих друг с другом, равно сумме их парциальных давлений (I закон Дальтона).

Два года спустя, продолжая опыты, английский учёный обнаружил, что растворимость в жидкости каждого газа из смеси при постоянной температуре прямо пропорциональна его парциальному давлению над жидкостью и не зависит от общего давления смеси и от наличия в смеси других газов. Каждый газ растворяется таким образом, как если бы он один занимал данный объём (II закон).

Пытаясь определить «число простых элементарных частиц», образуя сложную частицу, Дальтон рассуждал так: если при взаимодействии двух веществ получается одно соединение, то оно бинарно; если образуются два соединения, то одно бинарное, а другое тройное, т. е. состоят сответственно из двух и из трёх атомов, и т. д.

Применяя эти правила, Дальтон приходит к заключению, что водабинарное соединение водорода и кислорода, вес которых относятся примерно как 1:7. Дальтон считал, что молекула воды состоит из одного атома водорода и одного атома кислорода, т. е. формула её НО. По данным Ж. Гей-Люссака и А. Гумбольдта (1805), вода содержит 12, 6% водорода и 87, 4% кислорода, а так как Дальтон принял атомный вес водорода за единицу, атомный вес кислорода он определил равным примерно семи.

В 1808 г. Дальтон постулировал закон простых кратных отношений:

Сели два каких-либо элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то количества одного из элементов, приходящиеся в этих соединениях на одинаковое количество другого элемента, находятся между собой в простых кратных отношениях, т. е. относятся друг к другу как небольшие целые числа.

Занятия метеорологией привели Дальтона к размышлению о строении атмосферы, о том, почему она представляет собой «массу явно однородную». Изучая физические свойства газов, Дальтон принял, что они состоят из атомов; для объяснения же диффузии газов он предположил, что их атомы имеют различные размеры.

Впервые об атомистической теории Дальтон говорит в лекции «Об абсорбации газов водой и другими жидкостями», которую он прочитал 20 октября 1803 г. в литературно-философском обществе Манчестера.

Дальтон строго разграничивал понятия «атом» и «молекула», хотя последнюю и назвал «сложным», или «составным атомом»; он только подчёркивал, что эти частицы являются пределом химической делимости соответствующих веществ.

Какими же свойствами обладают атомы? Во-первых, они неделимы и неизменны. Во-вторых, атомы одного и того же вещества абсолютно одинаковы по форме, весу и другим свойствам. В-третьих, различные атомы соединяются между собой в различных отношениях; в-четвёртых, атомы разных веществ имеют неодинаковый атомный вес.

В 1804 г. состоялась встреча Дальтона с известным английским химиком и историком химии Т. Томсоном. Тот был восхищён теорией Дальтона и в 1807 г. изложил её в третьем издании своей популярной книги «Новая система химии». Благодаря этому атомистическая теория увидела свет раньше, чем она была опубликована самим автором.

Джон Дальтон является создателем химической атомистики; он впервые, использует представления об атомах, объяснил состав различных химических веществ, определил их относительные и молекулярные веса.

И тем не менее в начале XIXв. атомно-молекулярное учение в химии с трудом пробивало себе дорогу. Понадобилось ещё полстолетия для его окончательной победы. На этом пути был сформулирован ряд количественных законов (закон постоянных отношений Пруста, закон объёмных отношений Гей-Люссака, закон Авагадро, согласно которому при одинаковых условиях одинаковые объёмы всех газов содержат одно и то же число молекул), которые получали объяснения с позиций атомно-молекулярных представлений. Для экспериментального обоснования атомистики и её внедрения в химию много усилий приложил Й. Б. Берцелиус. Окончательную победу атомно-молекулярное учение (и опирающиеся на него способы определения атомных и молекулярных весов) одержало на 1-м Международном конгрессе химиков (1860).

В 50−70-е гг. XIXв. на основе учения о валентности и химической связи была разработана теория химического строения (А. М. Бутлеров, 1861), которая обусловила огромный успех органического синтеза и возникновение новых отраслей хим. промышлености (производство красителей, медикаментов, нефтепереработка и др.), а в теоретическом плане открыла путь построению теории пространственного строения органических соединенийстереохимии (Дж. Г. Вант-Гофф, 1874). Во второй половине XIXв. складываются физическая химия, химическая кинетикаучение о скоростях хим. реакций, теория электролитической диссоциации, химическая термодинамика. Таким образом, в химии XIXв. сложился новый общий теоретический подходопределение свойств хим. веществ в зависимости не только от состава, но и от структуры.

Развитие атомно-молекулярного учения привело к идее о сложном строении не только молекулы, но и атома. В начале XIXв. эту мысль высказал английский учёный У. Праут, исходя из результатов измерений, показавших, что атомные веса элементов кратны атомному весу водорода. На основе этого Праут предложил гипотезу, согласно которой атомы всех элементов состоят из атомов водорода. Новый толчок для развития идеи о сложном строении атома дало великое открытие Д. И. Менделеевым (1869) периодической системы элементов.

Менделеев написал блестящий учебник органической химиипервый в России, за который ему была присуждена Большая Демидовская премия Академии наук.

Прочитав в 1867—1868 гг. курс лекций по неорганической химии, Менделеев убедился в необходимости создания отечественного «руководства к химии». Он приступает к написанию учебника «Основы химии». Этот труд был призван «познакомить публику и учащихся» с достижениями химии, её применением в технике, сельском хозяйстве и т. д. Затруднения встретились при написании второй части учебника, где предполагалось поместить материал о химических элементах. В какой последовательности излагать его? А что, если сопоставить группы сходных элементов? Перепробовав несколько вариантов, Менделеев заметил, что элементы можно располагать в порядке возрастания атомных весов и тогда… Тогда оказывалось, что в каждой колонке свойства элементов постепенно менялись сверху вниз! Это была первая таблица, озаглавленная «Опыт систем элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве». Дмитрий Иванович понимал, что таблица отражает принцип переодичности, определённый закон природы, который устанавливает тесную связь между химическими элементами.

В июне 1871 г. Менделеев закончил статью «Периодическая законность химических элементов», в которой дал формулировку периодического закона:

«Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел состоят в периодической зависимости от их атомного веса».