Текст книги "Масса атомов. Дальтон. Атомная теория"
Автор книги: Enrique Alvarez
сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 8 страниц)
Enrique Joven Alvarez
Масса атомов. Дальтон. Атомная теория.
Наука. Величайшие теории Выпуск № 22, 2015 Еженедельное издание
Пер. с франц. – М.: Де Агостини, 2015.– 152 с.
ISSN 2409-0069
© Enrique Joven Alvarez, 2012 (текст)
© RB A Collecionables S. A., 2014
© ООО «Де Агостини», 2014-2015
Иллюстрации предоставлены:
Age Fotostock: 35hd, 55, 79hg, 79hd, 111b, 143b; Archives RBA: 17, 27, 35hg, 45hg, 53, 77, 89, 106, 109, 11 lhd, 123, 126; Archives fédérales allemandes: 143hd; bibliothèque du Congrès des États-Unis: 42, 103; Bolckow: 11 lhg; British Museum, Londres: 58; Cockermouth Tourist Information Centre: 45hd; Simon Ledingham: 45b; The Manchester Literary and Philosophical Society: 98; musée d’Histoire de Berne: 143hg; Musée national de Stockholm: 51; National Portrait Gallery, Londres: 21; Marie-Lan Nguyen: 30; The Nobel Foundation: 134, 139; Mike Peel: 35b; Nick Smale: 79b; akg/Science Photo Library.
Введение
Сегодня, наверное, уже не осталось людей, которые никогда не слышали об атоме. Все мы в большей или меньшей степени знаем об этих частицах еще со школьной скамьи. Нам известно, что материя состоит из бесконечного множества крошечных частиц, которые, соединяясь, образуют более сложные структуры. Самые простые из них называются молекулами. Эти молекулы, в свою очередь, образуют еще более сложные структуры, и так далее, вплоть до знакомого нам макромира с его минералами, растениями и животными. Частью этого мира являемся мы сами – существа, наделенные разумом. Из атомов состоит абсолютно все. Мы даже думаем благодаря этим частицам.
Если бы мы ничего не знали об атомах и задались бы вопросом, из чего состоит материя и до какой степени ее можно разделить на составляющие, то оказались бы в затруднении. Частицы пыли, которые мы видим в воздухе невооруженным глазом,– это самые мелкие элементы материи? Или их тоже можно разделить? А как они соединяются? Какие механизмы обеспечивают это соединение? Все ли мельчайшие частицы одинаковы?
На эти и подобные вопросы искали ответы еще древнегреческие философы. Они призывали на помощь логику и в своих поисках дошли до того, что выработали атомистическое учение, согласно которому все в мире состоит из неделимых частиц, то есть деление возможно до определенной степени. Но эти неделимые частицы имеют слишком маленький размер, поэтому их нельзя увидеть невооруженным глазом. Таким образом, наглядно подтвердить атомистическое учение невозможно, и это было его главным подводным камнем.
Существовали и другие соблазнительные теории. Например, некоторые заявляли, что в основе окружающего нас мира лежат четыре основополагающие стихии – воздух, земля, вода и огонь. Это представление гораздо лучше соответствовало человеческим чувствам и ощущениям и потому продержалось около 15 веков. Философия превратилась в религию, а религия, в свою очередь, в догму, и лишь ценой огромных усилий человечеству удалось выбраться на свет. Благодаря астрономам и химикам наука наконец нашла свой путь. Мир не такой, каким мы его себе представляли. Наблюдения и лабораторные опыты все больше расшатывали существующие убеждения. Оказывается, человеку не под силу превращать свинец в золото и читать будущее по звездам.
Астрологи стали астрономами, алхимики – химиками и начали делать собственные выводы. Они выделили элементы, никак не связанные с четырьмя стихиями. Воду можно разделить на кислород и водород, воздух – это просто смесь газов, огонь – продукт горения, да и земля – тоже смесь разных элементов, которые можно отделить друг от друга. Всего было выделено 92 элемента. Каждое новое десятилетие несло удивительные открытия. Частицы материи не исчезают, а лишь меняют форму. Элементы соединяются всегда одним и тем же способом, и их соотношение в соединении измеряется целыми числами. Капризные газы оказались гораздо более предсказуемыми, чем предполагалось. Их температура, давление и объем были тесно связаны друг с другом. Казалось, все забыли об атомах...
По крайней мере, до появления в науке конца XVIII века англичанина Джона Дальтона. Поначалу этот скромный школьный учитель, не получивший университетского образования, не привлек к себе особого внимания. Известно, что он твердо придерживался религиозных убеждений, был невероятно дисциплинирован и отличался редкой способностью размышлять. Между уроками Дальтон погружался в изучение химии и вскоре оказался далеко впереди ученых своего времени. Он утверждал, что химическое поведение газов – и материи вообще – можно объяснить, если представить вещества в виде набора атомов, свойства которых, по его мнению, близки философским представлениям древних греков. Причем на этот раз атомная гипотеза нашла подтверждение в ходе опытов: химические реакции соединений и элементов, открытых Дальтоном, соответствовали ее постулатам. Окрыленный своими открытиями, Дальтон составил первую таблицу атомных весов (или масс). Он показал, что строение материи можно объяснить с помощью атомов, и это объяснение работает, причем очень хорошо. Такой подход позволял понять: несмотря на то что каждое вещество состоит из одинаковых атомов, свойства соединений меняются в зависимости от отношений атомных масс элементарных составных частей. Другими словами, благодаря теории Джона Дальтона химия была признана математически точной наукой. Английский ученый также утверждал, что атомы водорода – самые легкие из всех, которые можно обнаружить в соединении, и это помогло ему установить значение относительной атомной массы других известных элементов. Благодаря этому критерию – относительной атомной массе – Дальтону удалось, наконец, выстроить первую логичную классификацию отдельных элементов, известных в то время. Химические реакции полностью соответствовали этой новой атомной концепции: закон сохранения вещества, который Лавуазье предложил незадолго до этого, нашел теоретическое подкрепление; модель и практика соответствовали друг другу.
Атомная теория Дальтона встретила поддержку несмотря на настороженность и сопротивление некоторых ученых – как среди его современников, так и спустя столетие. Главной причиной неприятия был тот факт, что рассматриваемые элементы – то есть атомы – невидимы. (Хотя теория подкреплялась наблюдениями.) Для многих ученых эта теория, таким образом, оставалась не более чем гипотезой – безусловно, полезной, но ни в коем случае не окончательной.
До начала XX века не было возможным физически проверить существование атомов. «Физическая» проверка, с одной стороны, означала подтверждение реального существования частиц, а с другой – погружение в физику, которое позволило бы завершить путь, пройденный до этого момента учеными-химиками. Независимо от физических результатов – физика в итоге поколебала некоторые постулаты атомной теории Дальтона, в том числе его идею неделимости атомов – химические выводы не изменились. Определяющими стали открытие броуновского движения, радиоактивности и особенно – работы Эрнеста Резерфорда, который доказал существование атомного ядра и описал его природу. Благодаря этому атомному наваждению в начале XX века возникло уникальное поколение ученых – возможно, самое блестящее в истории науки. К сожалению, именно в результате их работы появилось и самое страшное изобретение в истории человечества – атомная бомба. Однако совершенно несправедливо ставить знак равенства между атомами и ядерными взрывами и еще более несправедливо связывать ядерные взрывы с именем человека, сформулировавшего предпосылки для появления атомной теории. Джон Дальтон никогда не помышлял об оружии.
1766 5 или 6 сентября Джон Дальтон появляется на свет в Иглсфилде, Англия.
1776 Ходит в школу квакеров в Пардшоухолле под руководством Джона Флетчера.
1779 После закрытия школы в Пардшоу-холле квакерская община открывает другую, в Иглсфилде, где Джон Дальтон сам становится учителем.
1781 Помогает своему брату Джонатану, учителю в школе их двоюродного брата, в соседнем городе Кендале.
1785 Вместе с братом после отъезда их кузена покупает школу в Кендале.
1793 Переезжает в Манчестер, где преподает натурфилософию в новой академии, открытой религиозными отступниками. Публикует первую научную работу " Метеорологические наблюдения и этюдыР.
1764 Вступает в Литературно-философское общество Манчестера (Lit & Phil). В том же году представляет свое первое исследование, посвященное дефекту зрения, названному в его честь дальтонизмом.
1800 Назначен секретарем Lit & Phil.
1801 Публикует первые результаты исследований, посвященных газовым смесям и водяным парам. В следующем году открывает закон кратных отношений.
1603 Открывает закон парциального давления газов и составляет первый вариант таблицы атомных масс. В октябре при помощи сэра Гемфри Дэви представляет атомную теорию в Lit & Phil.
1805 Публикация первой таблицы относительных атомных масс, разработанной Джоном Дальтоном.
1808 Публикует первую часть первого тома 4 Новой системы химической философии*. Вторая часть опубликована два года спустя, в ней уточнены некоторые экспериментальные результаты.
1816 Избран членом Французской академии наук. В следующем году становится президентом Lit & Phil.
1822 По приглашению Аркейльского общества посещает Францию и знакомится со своими научными оппонентами и друзьями Клодом Луи Бертолле и Жозефом Луи Гей-Люссаком. Заочно избран членом Королевского Лондонского общества.
1827 Публикует второй том *Новой системы химической философии>.
1837 Дальтона частично парализует после перенесенного инфаркта.
1844 27 июля умирает в Манчестере от второго инфаркта.
ГЛАВА 1
Джон Дальтон, близкий и далекий
После состоявшихся в прошлом веке революций в химии и физике сегодня нелишне задаться вопросом: что должно было произойти, чтобы появилась атомная наука в том виде, в котором мы ее знаем сегодня? История Джона Дальтона в этом смысле невероятно красноречива, ведь наука о «самой маленькой частице» не может быть воспринята вне понятия атома – понятия, которое родилось как обычная философская абстракция.
Джон Дальтон – образец ученого, который совсем не думал о последователях. Он имел весьма скромное происхождение и добровольно подчинил свою жизнь религии – до такой степени, что так никогда и не женился и по собственной воле обрек себя на полное воздержание. Это был неутомимый труженик. У него было мало друзей и вообще не было семьи, так что вся его одинокая жизнь была посвящена исследованиям. Британское общество признало важность открытий Дальтона еще при жизни ученого, а после его смерти в 1844 году удостоило его значительных наград, что случалось в то время нечасто.
Хроники той эпохи гласят, что за гробом Дальтона шло более 40 тысяч человек и похоронная процессия растянулась больше чем на три километра. Как скромный ученый, отказавшийся от наград и почестей, смог собрать на своих похоронах такое количество людей? Чем объяснить их признательность и благодарность? Дальтон не относился к сливкам общества и не обладал властью, он не был популярной персоной в сегодняшнем смысле слова. Если верить свидетельствам его учеников, Дальтона отличал резкий, даже неприятный голос, а его манера читать лекции нагоняла скуку. Он был совершенно бесстрастен и безразличен к жизни. Новости в те годы распространялись не так стремительно, как сейчас, а Нобелевской премии еще не существовало. Она была учреждена в 1901 году и в 1908-м была присуждена новозеландскому ученому Эрнесту Резерфорду (1871-1937), которому удалось расщепить атом – частицу, считавшуюся до этого благодаря Джону Дальтону неделимой. Конечно, исследования Резерфорда относились к области физики, однако он получил Нобелевскую премию по химии, потому что довольно долгое время эти две науки были неотделимы друг от друга, едины – как самая маленькая частица, неизменяемая и неразрушимая, первичный элемент материи, по мнению Джона Дальтона.
Дальтон пользовался в обществе большим уважением, и это трудно объяснить. Вряд ли оно было связано с атомной теорией ученого, представленной главным образом в его объемном труде *Новая система химической философии", который был опубликован между 1808 и 1827 годами. Трудно поверить, что британцы и европейцы вообще стремились ознакомиться с этой теорией и с нетерпением ждали публикации труда Дальтона. Атомы не привлекали большого внимания, и лишь немногие эрудиты в Оксфорде или Кембридже слышали о философских теориях Демокрита и Левкиппа. Современников Дальтона больше волновал хлеб насущный, поскольку его не хватало, их беспокоили известия о наполеоновской экспансии, а радость вызывала новость о том, что войска герцога Веллингтона разбили армию могущественного генерала Жюно под Лиссабоном. Вовсю заявляла о себе в те времена и промышленная революция. В Великобритании практически повсеместно экономика, основанная на тяжелом ручном труде, заменялась экономикой железа и стали. Новые производственные мощности работали на угле высшего качества (антрацит использовался как топливо в США с 1808 года), что было гораздо эффективнее, нежели использование в качестве топлива древесины. Контроль температуры и давления газов был первостепенной необходимостью для первых промышленных машин, особенно для доменных печей и паровых установок. Те, кто разбирался в химии, имели право на уважение, особенно если они не принадлежали к миру академической университетской науки и способны были донести свои знания простым людям. Джон Дальтон был как раз из таких людей: он преподавал, следуя своим твердым религиозным убеждениям, а кроме того, обладал исключительным умом. Дальтон интересовался практически всеми областями научного знания и давал уроки даже самым простым людям.
ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕВОЛЮЦИЯ
В конце XVIII – начале XIX века в Англии происходили важные общественные и экономические потрясения. Целый комплекс технологических изобретений, среди которых была паровая машина Джеймса Уатта (1736-1819), привел к модернизации промышленности. Англия вообще и Манчестер в частности были впереди всего мира в сфере практического применения последних научных открытий. Ученые, инженеры и преподаватели сыграли важнейшую роль, привлекая внимание и вызывая восхищение всех социальных классов: и самых угнетенных, для кого новейшие изобретения означали облегчение тяжелого труда, и самых благополучных, кому эти же изобретения сулили значительную выгоду. Социальные перемены повлекли за собой создание рабочих мест, улучшение производства, снижение цен и повышение благосостояния. Так появился средний класс.
Паровая машина
Первая паровая машина была создана Томасом Ньюкоменом, однако изобретение Уатта сделало ее гораздо более производительной. Уатт снабдил паровую машину Ньюкомена системой преобразования кругового движения в линейное. Основным топливом для этих машин был уголь, а Англия являлась его крупнейшим производителем. Вскоре и текстильная промышленность обзавелась подобными изобретениями, такими как ткацкий станок Джона Кея или машины Джеймса Харгривса, Сэмюэля Кромптона или Эдмунда Картрайта. Появились локомотивы, запатентованные Уаттом в 1784 году, а затем, в 1825 году, улучшенные Джорджем Стефенсоном – человеком, который построил первую железнодорожную линию, связавшую Ливерпуль со столь дорогим Дальтону Манчестером. Не заставили себя ждать и пароходы.
Паровая машина Джеймса Уатта.
Билл Брайсон (р. 1951) в своей знаменитой книге «Краткая история почти всего на свете» (изд-во Payot, 2012) рассказывает, что в 1826 году один знаменитый французский химик приехал в Манчестер, чтобы познакомиться с Джоном Дальтоном, чье имя уже гремело по всей Европе. Он ожидал обнаружить ученого в престижном Литературно-философском обществе Манчестера (Дальтон был его председателем с 1817 года до своей смерти) или же за кафедрой блестящего научного собрания, однако застал нашего героя перед детьми в маленькой школе бедного района Манчестера. Запинаясь от смущения, французский химик спросил: «Я имею честь беседовать с господином Джоном Дальтоном?» – настолько он не мог поверить в то, что человек, объясняющий маленькому мальчику элементарные правила, мог быть знаменитым химиком. «Да, это я. Не могли бы вы присесть и подождать, пока я закончу урок арифметики?» – ответил Дальтон.
Эта история напоминает легенду, связанную с именем античного философа Диогена, который утверждал, что секрет счастья заключается в простой жизни в гармонии с природой. Повстречав могущественного Александра Македонского, Диоген попросил того отодвинуться, ибо император заслонял солнечный свет. Мы можем провести некоторую параллель между аскетичной жизнью Дальтона и жизнью древнегреческих мыслителей. В этой биографии мы часто будем возвращаться к античному пониманию слова "атом" – "неделимый". И увидим тот смысл, который вложил в это понятие Дальтон.
ПОД ВЛИЯНИЕМ СТРОГОЙ РЕЛИГИИ
Вся жизнь Джона Дальтона, все его труды отмечены печатью самоотречения и самопожертвования. Дальтон был квакером – членом протестантского движения, известного также как Религиозное общество Друзей. Квакеры проповедовали простую мирную жизнь, они требовали от себя неукоснительной честности, основанной на справедливости, и осудили рабство, едва узнав о нем. Квакеры отказывались от любой роскоши, особенно вне стен церкви. Они обходились без священников, наделенных правом комментировать библейские тексты, и считали, что к Богу можно обращаться напрямую. Вероятно, именно такое почти мистическое чувство, заставляющее трепетать перед силой Божества (по-английски quake – «трепетать»), испытывал Джон Дальтон, совершая каждое из своих многочисленных открытий.
Религиозная семья и крайне скромное происхождение стали слагаемыми – как атомы слагаются в молекулы – трудного детства Джона. Он родился в самой простой семье и вполне мог бы быть главным героем одного из романов своего современника Чарльза Диккенса (1812-1870). Несмотря на исповедуемые принципы и стремление к образованию, между квакерами и остальным обществом лежала пропасть. Членам этого движения, как и другим протестантам, в Великобритании был закрыт доступ в лучшие университеты, и квакеры были вынуждены создавать собственные колледжи благодаря помощи своих более благополучных в общественном и экономическом смысле последователей. Их не интересовало богатство, однако они стремились к лучшему образованию. Джон Дальтон был необыкновенно смышленым и прилежным ребенком, и когда ему исполнилось 12, наставник поручил мальчику обучать более старших детей.
В этом возрасте юный Дальтон уже собирал гербарии и коллекционировал насекомых – бабочек, улиток, червяков. Ненасытная любознательность во многом определила характер будущего ученого. Рассказывают, что он прочитал Principia mathematica Исаака Ньютона (1642-1727) – разумеется, на латыни, – а также кропотливо записывал свои наблюдения за погодой. Эти записи Дальтон будет тщательно вести в течение всей жизни, и в конце концов они приведут его к атомной теории. Из небольшого дневника ученого мы знаем также, что он точно взвешивал все, что ел, чтобы сопоставить потом вес пищи с весом выделений организма.
Возможно, было бы преувеличением считать его необыкновенным ребенком. Нельзя сказать, что он, как, например, Томас Юнг (1773-1829), научился читать в два года, или, как Блез Паскаль (1623-1662), сформулировал теоремы Евклида еще до исполнения 16 лет, или, как Карл Фридрих Гаусс (1777– 1855), мог в раннем детстве исправить ошибки, допущенные в расчетах его отцом. И все же не стоит забывать, что врожденная любознательность и ум Джона Дальтона шли вразрез с семейными установлениями. Он не мог изучать медицину, хотя хотел этого, не мог поступить в университет, а всего лишь получил доступ в Литературно-философское общество Манчестера (доказав свою состоятельность и упрямство ученого), в котором и представлял свои открытия, а затем стал его председателем. Дальтон много путешествовал по всему Объединенному Королевству, посещал он и Францию, где его работы встречали единодушное признание. К сожалению, больное сердце и слабое здоровье заставили его отказаться от цикла лекций. И несмотря ни на что основы современной атомной теории были заложены. Как мы увидим, всего через полвека появятся такие гении, как Людвиг Больцман (1844-1906), Альберт Эйнштейн ( 1879-1955) и уже упоминавшийся Эрнест Резерфорд, которые экспериментально докажут реальное существование атомов. Дальтону понятие атома через незыблемые, но простые законы помогало объяснить химические взаимодействия и процесс образования молекул. Однако с точки зрения теории это понятие вызывало огромную проблему. По законам физики, особенно в соответствии с законом всемирного тяготения Ньютона и электромагнетизма Максвелла, атомы не могли существовать. Резерфорд докажет, что атомы существуют, что они обладают чрезвычайно плотным маленьким ядром и это ядро также состоит из частиц – протонов, которые и есть атом, и нейтронов.
БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ
Это явление, открытое в 1827 году шотландским ботаником Робертом Броуном (1773-1858), стало первым экспериментальным доказательством существования молекул и, следовательно, атомов. Броун увидел в микроскоп, что плавающие на поверхности воды частицы пыльцы двигаются хаотично. Как ботаник, он сделал вывод: это явление объясняется тем, что зерна пыльцы – живые организмы. Несколькими годами ранее, в 1785 году, Ян Ингенхауз наблюдал похожее явление, растворяя частицы угля в спирте.
Роберт Броун в 1855 году.
Альберт Эйнштейн
В мае 1905 года Альберт Эйнштейн опубликовал статью под названием "О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты*, в которой основывал свои расчеты на статистических методах, используемых в кинетической теории газов. Маленькие частицы пыльцы – Эйнштейн полагал, что их описание может объяснить броуновское движение, – подталкиваются тепловым движением молекул воды (которые в тысячу раз меньше частиц пыльцы). Математические расчеты Эйнштейна были подтверждены и дополнены в ходе опытов шведского ученого Теодора Сведберга (1884-1971) и особенно французского ученого Жана– Батиста Перрена (1870-1942), который за свои исследования в 1926 году был удостоен Нобелевской премии. Перрен не просто подтвердил расчеты Эйнштейна, но поставил точку в спорах о существовании атома, о котором говорил Дальтон. Именно Перрену принадлежит знаменитое высказывание об атомах: «Отныне уже будет трудно защищать разумными аргументами враждебное отношение к молекулярным гипотезам».
НЕНАСЫТНОЕ ЛЮБОПЫТСТВО
Точнее всего Джона Дальтона можно охарактеризовать как безгранично любознательного человека. Наставники препятствовали его склонности к изучению медицины, взывая к ложно истолкованному религиозному смирению, поэтому он с юности посвятил себя бесконечному множеству других наук. То, что атомная теория была выведена из его метеорологических наблюдений, выглядит странным в наших глазах, но не в глазах самого Дальтона (который, кстати, не мог различать некоторые цвета). Под наблюдением одного из своих первых наставников во время учебы в скромной квакерской школе в Кендале, где позже, едва достигнув 20 лет, Дальтон сам будет преподавать, мальчик начал каждый день методично записывать различные метеорологические показатели: температуру, давление, относительную влажность, скорость, силу и направление ветра, облачность и так далее. Из этих наблюдений он заключил, например, что дождь является следствием не изменения атмосферного давления, а понижения температуры. В течение 57 лет, то есть до самой своей смерти, он сделал больше 200 тысяч наблюдений. По целеустремленности и упрямству Дальтона можно сравнить с датским астрономом Тихо Браге (1546-1601), который, наряду с Николаем Коперником, Галилеем и Кеплером, считается основателем астрономии. После учебы в главных европейских университетах 16-летний Браге заявил, что необходимо пересмотреть таблицы расположения звезд, и этой задаче он посвятил 40 лет своей жизни.
Мне понадобилось много лет, чтобы принять почти маниакальную идею о том, что если хочешь достигнуть любопытных результатов, необходимо подчинить себя ежедневной дисциплине.
Джон Дальтон
Метеорология привела ученого к атомной теории. Это был длинный путь, о котором мы постараемся рассказать. Любое, даже самое незначительное явление привлекало внимание ученого. В 1788 году, например, его до такой степени поразило северное сияние, что он увлекся его изучением. Дальтон справедливо считал, что между северным сиянием и магнитным полем Земли есть связь. Он предположил, что в самых верхних слоях атмосферы должен находиться подвижный газ, обладающий теми же свойствами, что и железо. Сегодня мы знаем, что сияние возникает из-за идущих от Солнца заряженных частиц, которые попадают в атмосферу около магнитных полюсов Земли.
Большая часть этих частиц на самом деле является протонами и электронами – элементами, из которых состоит атом. Джон Дальтон был на верном пути.
Погружению в изучение газов, а потом – благодаря газам – и в атомную теорию предшествовало множество работ. Сохранились тексты Джона Дальтона о связи дождя и родников, цвете неба, отражении и преломлении света, о ботанике и других, более отдаленных от науки предметах, например подробное исследование о вспомогательных глаголах английского языка и грамматике. Дальтон был больше преподавателем, чем ученым, для него все было важным. Нет нужды говорить, что он был блестящим математиком и прекрасно разбирался в астрономии, географии и химии газов, а также в гуманитарных науках, в древнегреческом языке и латыни. Он был самоучкой, который, казалось, никогда не отдыхал.
Ничто не теряется, ничто не создается, все трансформируется.
Антуан Лоран де Лавуазье, закон сохранения массы
Хотя всю жизнь Дальтон сожалел о том, что не смог посвятить себя изучению медицины и медицинской практике, с его именем все же связана одна семейная история, имевшая непосредственное отношение к медицине. В 1792 году 26-летний Дальтон решил вместе со своим братом подарить матери на день рождения чулки неяркого синего цвета, подобающие скромной квакерше. К удивлению сыновей, мать оскорбилась и отвергла подарок. На самом деле выбранные Джоном и Джонатаном чулки были ярко-красного цвета – просто братья не отличали красный цвет от синего. Джон Дальтон посвятил исследованию этого явления два года и в 1794 году, будучи членом Литературно-философского общества Манчестера, представил работу «Чрезвычайные факты, связанные с видением цветов». Несмотря на то что ученый предположил неверное объяснение этого явления (по его мнению, неспособность различать красный цвет была связана с аномалией стекловидного тела), метод и причинная связь были разработаны точно. Так что, помимо признания, которое получили последующие исследования Дальтона об атоме, именем ученого было решено назвать и это отклонение – дальтонизм, – от которого он сам страдал и которое тщательно исследовал.
ВОЗДУХ И НЕПРЕОДОЛИМАЯ ТЯГА К ГАЗАМ
Джон Дальтон имеет полное право на титул отца современной химии, хотя так называют его предшественника, Антуана Лорана де Лавуазье (1743-1794). Дальтон прекрасно знал работы французского ученого, особенно его исследования состава воздуха и знаменитый закон сохранения массы.
Мы еще вернемся к этому вопросу, но сейчас напомним, что когда был открыт закон сохранения массы, об атоме еще не знали. Джон Дальтон дополнил незыблемый закон Лавуазье: "Масса вещества в ходе химической реакции не изменяется, масса использованного вещества равна массе полученного продукта". Эта формулировка была усовершенствована век спустя после Дальтона, когда было открыто, наконец, строение атома и стало возможным производить ядерные реакции, для которых необходимо учитывать соотношение массы и энергии. Однако знаменитое уравнение Эйнштейна (Е-тс2) выходит за рамки нашей книги.
Зато мы можем упомянуть работы Лавуазье и Дальтона о составе воздуха. Лавуазье провел множество революционных для своего времени опытов, большую их часть он осуществил вместе с крупным французским астрономом, физиком и математиком Пьером-Симоном де Лапласом (1749-1827). К сожалению, жизнь Лавуазье завершилась на эшафоте – в годы Французской революции его казнили на гильотине. Ученый не открыл атомов, но ему в числе прочего мы обязаны первой таблицей химических элементов.
ВОЗДУХ
Состав воздуха оставался загадкой на протяжении веков. Многие считали, что это особый газ, соединение разных элементов, главным из которых является способный к горению кислород. Нужно было дождаться работ Антуана Лавуазье (1743-1794), Джозефа Пристли (1733-1804) и, разумеется, Джона Дальтона, чтобы узнать истинный состав воздуха и установить, что воздух – это смесь, а не соединение, поэтому у него нет химической формулы. На рисунке ниже показаны относительный состав воздуха и его составляющие – азот и кислород, а также благородные газы, диоксид углерода и метан. Здесь изображен только состав сухого воздуха, без водяных паров, которые являются переменной величиной.
Он доказал, что вода состоит из кислорода и водорода, и из этого заключил: горение и даже собственно дыхание являются всего-навсего соединением кислорода и еще какого-нибудь элемента. Также Лавуазье предположил, что воздух является не одним элементом, а смесью нескольких. Это открытие имело необыкновенную важность для Джона Дальтона, поскольку он тоже изучал состав воздуха и убедился в том, что воздух является физической смесью газов, а не химическим соединением определенных элементов. Дальтон публиковал результаты этих и других исследований с 1793 года в Манчестере, куда переехал в возрасте 27 лет для преподавания в новом колледже, основанном его религиозной общиной. В тот же год, окончательно поселившись в этом городе, он был принят в престижное Литературно-философское общество Манчестера, более известное под названием Manchester Lit & Phil.
Интерес Джона Дальтона к метеорологии нашел свое применение в исследованиях воздуха, необходимых для понимания климата. Вступление в общество Lit & Phil сыграло решающую роль в распространении работ ученого. Уже в 1793 году, когда Дальтон только переехал в Манчестер, он опубликовал свои "Метеорологические наблюдения и этюды*, но этот труд, несмотря на всю его оригинальность и глубину, практически не встретил отклика. Но вступление в Lith & Phil все изменило. При этом Джон Дальтон никогда не отказывался от поприща преподавателя для небогатых учеников: внутри Литературнофилософского общества, равно как и за его стенами, ученый всегда оставался убежденным квакером, он жил в скромном викторианском доме, который делил со священником.
