Становление понятий о химических элементах.

Становление понятий о химическом элементе.

Теоретические представления о химических явлениях рассматривались в
курсе философии в свете общих представлений о возникновении и
исчезновении веществ. Эксперементальной же работой в области химии
занимались многочисленные аптекари и алхимики. Последние, делая опыты по
“трасмутации” металлов, не только открывали новые способы получения
различных веществ, но и развивали натурфилософские учения
древнегреческих философов Аристотеля, Эмпедокла, Левкиппа, Демокрита.
Согласно этим учениям, все вещества в природе состоят из более простых
частей, называемых элементами. Такими элементами по Левкиппу и Демокриту
были атомы - мельчайшие частицы бескачественной первичной материи,
различной только по величене и форме.

В эпоху эллинизма возникло учение о “трансмутации” (превращении),
согласно которому можно, изменяя сочетание элементов, получать вещества
с иными свойствами. Это учение было развито Парацельсом. Подобно
алхимикам, Парацельс исходил из представления, что все вещества состоят
из элементов, способных соединяться друг с другом. При разложении
веществ элементы разъединяются. Но в отличии от алхимиков Парацельс
подчеркнул вещественный характер трех начал: “серы” - начала горючести,
“ртуть” - начала липучести, “соли” - начала огнепостоянства.

Учение о ртути, сере и соли как начала, образующих все тела, содержится
в сочинениях неизвестного автора, труды которого появлялись под
псевдонимом “Василий Валентин”, и получили большое распространение в 16
веке. Доказательства этого учения Парацельс видел в горении древесины.
Он писал: “ Чтобы испытать это, возьми сначала дерево: это будет тело.
Сожги его, тогда то, что будет гореть, - это сера, то, что будет дымить,
- меркурий ( ртуть), а то, что останется золой, - соль”.

Считая,что каждый из четырех элементов Аристотеля должен состоять из
этих трех начал, Парацельс писал: “ Каждый элемент состоит из трех
начал: ртути, серы и соли.”

Роберт Боиль

Боиль жил в эпоху великих общественных и духовных преобразований. Однако
несмотря на сильные религиозные тенденции, Бойль научными работами
расчистил путь механистическому материализму в естествознании. На
основании экспериментальных результатов Бойль в первую очередь выступил
против учения о трех началах и четырех элементах как основе всех
веществ. По его мнению, элементом следует считать вещество, которое не
имеет составных частей и не может быть разложено. Этот критерий Бойль
принял для определения химического элемента в значительной мере потому,
что в то время считалось, что вещества, не изменяющиеся при обжиге можно
назвать элементами.

Бойль доказал также, что вещества, которые он анализировал, вовсе не
распадаются на три или четыре более простых вещества, как, например,
золото или стекло. Из некоторых веществ могут выделяться простые “тела”
в количестве, большем чем три или четыри, причем их химические свойства
такие же, как у элементов.

Михаил Васильевич Ломоносов.

Он принадлежит к числу первых ученых, изучивших количественно химические
процессы при помощи взвешивания.

Ломоносов обратил внимание на увеличение веса металлов после обжигания
на воздухе. Он считал сомнительным вывод Бойля о том, что это увеличение
веса вызвано присоединением “тепловых материй”. Уже в 1744 году
Ломоносов писал: “если бы теплотворная материя приставала к известям,
то сами извести, вынутые из огня, оставались бы горячими. Следовательно,
эта материя либо к ним не пристает, либо пристающая материя - не
теплотворная”. В 1748 году он писал Эйлеру:”...нет никакого сомнения,
что частицы из воздуха, непрерывно текущего на кальцинируемое
тело,смешиваются с последним и увеличивают его вес”.

Антуан Лоран Лавуазье.

Вслед за Ломоносовым Лавуазье пришел к выводу, что такое увеличение
массы металлов должно быть связано с поглощением воздуха. Лавуазье в
1787 году предложил новую рациональную номенклотуру химических
соединений, созданную им вместе со знаменитыми французскими химиками К.
Бертолле, А. Фуркруа и Л. Гитоном де Морво. В докладе Парижской
Академии наук Авторы подчеркивали:”В соответствии с предложенной нами
программой мы обратили особое внимание на наименования простых тел,
поскольку названия сложных тел должны получаться из названия простых.” В
своей новой химической системе Лавуазье впервые разделил вещества на
химические элементы (среди которых он выделил металлы и неметаллы,а
также два “невесомых флюида” -свет и теплород и, кроме того, так
называемые “земли”: известь CaO, магнезит MgO, барит BaO, глинозем
Al2O3, кремнезем SiO2.Лавуазье подозревал сложность состава этих
веществ, но в то время они еще не были разложены, и поэтому ученый
причислял их к элементам.) и химические соединения. Таким образом,
Лавуазье систематизировал совокупность химических знаний в рамках
созданной им общей теории.

Джон Дальтон.

Дальтон развил в своих исследованиях представления Ньютона, изложенные в
его работе “Математические начала натуральной философии”, опубликованной
в 1687 году. Ньютон показал, что газ состоит из мельчайших материальных
частичек, силы отталкивания между которыми растут пропорционально
уменьшению расстояния между ними. Дальтон считал, что отталкивание
происходит только между частицами определенного вида газа, в то время
как частицы других видов газов не должны отталкиваться.

Дальтон показал, что эти мельчайшие частицы растворяются не только в
фазе, где существуют два газа, но и в системе, образованной газом и
жидкостью. Растворимость различных газов в воде он объяснял таким
образом:”Эта разница тесно связана с тяжестью, весом и числом мельчайших
частиц в различных газах. Подвижность более легких и меньших по размерам
частиц падает. Рассмотрение роли относительной тяжести мельчайших
частичек тел, насколько я знаю, является совершенно новым предметом
исследования. Я начал недавно эти работы и достиг некоторых успехов .”

Результаты своих определений весов мельчайших частиц Дальтон обобщил в
1803 году в таблице, озаглавленной “Соотношения весов мельчайших частиц
газообразных и других тел”. Приняв за еденицу атомную массу водорода,
Дальтон определил относительные атомные массы азота (4), углерода (4,5),
кислорода (5,66), серы (17), воды (6,66) и других веществ.

Дальтон пользовался атомной теорией как основой для новой химической
символики.

Хотя сделанные Дальтоном определения атомных весов были недостаточно
точными, разработанная английским ученым атомистическая теория внесла в
химию первые ясные представления о строении элементов и их соединений и
позволила количественно объяснить и предвидеть химические явления,
отчетливо показала важность теоретических построений для развития
экспериментальных химических исследованний. Большинство химиков тотчас
восприняли основные положения теории Дальтона и стали развивать их.

Йенс Якоб Берцелиус.

Особенно большое значение имели работы шведского химика Берцелиуса,
который дал более точные определения атомных масс. Уже до Берцелиуса
Дальтон пользовался атомной теорией для новой химической символики.
Дальтон отбросил использующиеся в то время химические знаки, которые не
отражали количественного состава соединений, и предложил для каждого
элемента символ, обозначающий его атом. Состав соединения он изображал
соположением символов атомов, из которых оно состоит. Однако, формулы,
предложенные Дальтоном, не всегда давали представление об истинном числе
атомов, образующих соединение: количественный элементарный анализ
позволял ученому лишь судить об относительных массах элементов, входящих
в состав соединения. Атомистическая теория Дальтона показала важность
теоретических построений для развития экспериментальных химических
исследований.

Берцелиус с большим успехом применил закон Гей-Люссака для определения
состава и количественных характеристик многих элементов и соединений. Со
времени публикации своих первых работ Берцелиус поддерживал тесные
личные связи с химиками во многих странах, что помогало ему создать
четкое представление о мировом уровне разработки научных проблем.

Наиболее важным вкладом Берцелиуса в развитие химии являются разработка
атомистической теории Дальтона и подтверждение законов постоянных и
кратных отношений фундаментально проведенными анализами: анализу были
подвергнуты 2000 соединений, образованных 43 элементами. Результатом
работ было усовершенствование старых и создание новых методов анализа,
изобретение новых приборов, развитие техники лабораторных работ.

Одним из наиболее значительных научных достижений Берцелиуса было
создание им таблицы атомных масс. Существенную помощь при этом ему
оказал закон объемных отношений газов, установленный Гей-Люссаком.
Значение этого закона Берцелиус понял сразу же после ознакомления с
работой французского ученого, относящейся к 1808.

Первую таблицу атомных масс Берцелиус опубликовал в 1814 году. В отличии
от Дальтона Берцелиус принял за основу для расчетов атомную массу
кислорода., а не водорода. Атомную массу шведский ученый принял равной
100. Ж. С. Стас впоследствии пересчитал атомные массы элементов, приняв
атомную массу кислорода равной 16. С 1818 г. по 1826 г. Берцелиус
несколько раз исправлял значения атомных масс, используя открытые в 1819
г. Законы изоморфизма Мичерлиха и атомных теплоемкостей Дюлонга и А.Пти.

В результате этих исследований Берцелиус значительно уточнил величины
атомных величин, определенные Дальтоном. Тем самым были созданы
предпосылки систематизации элементов на основе их атомных масс. Эти
тщательно выполненные исследования позволили Берцелиусу сделать
атомистическую модель основой химии.

Экспериментальные работы, поведенные во второй половине 19 - начале 19
вв. Б.Франклином, Л.Гальвани, А.Вольтой и другими исследователями,
привлекли внимание естествоиспытателей и филисофов к электрическим
процессам. Результаты этих работ и выводы из них побудили Берцелиуса к
разработке электрохимической теории. Приняв за основу электрохимические
положения Дэви, Берцелиус считал причиной соединения элементов в
определенном отношении электрическую полярность атомов. Учение об
электричестве похволило дать простое объяснение природе, например,
такого распространенного в химии явления, как образования солей.
Оказалось, что с суть этого явления заключается во взаимной
нейтрализации положительных и отрицательных зарядов мельчайших частичек
вещества. На основе разработанной им теории Берцелиус сделал
принципиально важный вывод: все химические элементы состоят из
отрицательных и положительных веществ. Созданная на основе этих
представлений дуалистическая модель явилась попыткой рассмотреть
химическое родство как стремление к уравниванию различных электрических
полярностей атомов или их групп. Тем самым развивались представления
Дэви, что существует определенная причинная обусловленность явлений
химического сходства и электрических процессов. Однако, ограниченность
дуалистических процессов мешала химикам понять механизм превращений,
протекающих иначе, чем образование солей. Так, электрохимическая теория
Берцелиуса затруднила признание гипотезы Авогадро, имеющей большую
область применения в химии. При помощи дуалистических представлений
нельзя было объяснить многоатомность молекул газообразных простых
веществ.

Существенное значение для превращения химии в точную науку имело
усовершенствование Берцелиусом химической номенклатуры и создание им
символики, близкой к современным обозначениям элементов и их соединений.
Она заменила символику Дальтона, в которой чувствовалось влияние
алхимических знаков. Для обозначения химических элементов Берцелиус
предложил применять начальные буквы их латинских названий.

Исходя из своей электромеханической теории Берцелиус предложил принцип
наименования соединений, состоящих из положительных элементов и
отрицательных частей. Например, сульфат меди он рассматривал как
сернокислый оксид меди (CuO SO3). В своей химической