Enrique Alvarez - Масса атомов. Дальтон. Атомная теория

• Название: Масса атомов. Дальтон. Атомная теория
• Автор: Enrique Alvarez
• Издательство: Де Агостини
• Жанр: Физика
• Год: 2014

Джон Дальтон является основоположником атомной теории и одним из создателей современной химии. Преподаватель скромной начальной школы Манчестера обратился к идеям, сформулированным за тысячу лет до него Демокритом и другими греческими философами, и предположил, что весь мир состоит из неделимых атомов и в результате их взаимодействия появляются элементы, которые, в свою очередь, образуют химические соединения. Несмотря на то что существование атомов вызывало серьезные споры вплоть до начала XX века — то есть и через 100 лет после публикации труда Дальтона, — именно работа этого просветителя, не получившего университетского образования, легла в основу концептуальной революции, изменившей лицо науки.

---

В 1790 году Дальтон часто писал своему двоюродному брату Джорджу Бьюли и первому наставнику Элиу Робинсону, удачливому торговцу. Также он советовался с Джоном Гауфом и со своим дядей по материнской линии Томасом Гринапом, важным адвокатом при коллегии адвокатов в Лондоне. Дальтон писал о том, что хотел бы уехать из Кендала, чтобы изучать медицину или право. О духовном образовании не могло быть и речи, поскольку у квакеров не было священников. Дальтон, возможно, первый и последний раз в жизни выказывал честолюбивые намерения — скорее всего, причиной этому был юношеский пыл. Он писал своим блестящим знакомым, что немногие люди, имевшие склонности к торговле, деловому поприщу или изучению натурфилософии, удовлетворились бы ролью школьного учителя. Если бы он посвятил себя какой-нибудь уважаемой профессии, это позволило бы ему получить более существенный доход для него и для общины. Дальтон считал, что может изучать медицину в шотландском университете Эдинбурга, зная о том, что квакеры, отступившие от официальной англиканской церкви, не имели права учиться в Оксфорде и Кембридже. К своему удивлению, Джон не получил от своих корреспондентов обнадеживающих ответов. Его дядя, к примеру, написал, что люди в его финансовом положении не могут себе позволить изучать медицину и право. Он советовал Дальтону изучать вместо медицины фармацевтику или подумать о карьере клерка, а не адвоката, и только потом — когда он с успехом завершит образование и будет обладать небольшим капиталом — устраивать жизнь по своему усмотрению.

Такая реакция остудила пыл Джона на год. Он снова начал читать свои научно-популярные лекции и в 1792 году впервые поехал в Лондон на ежегодное собрание Общества Друзей. Последствия этого короткого пребывания в британской столице не заставили себя ждать: Дальтон получил предложение преподавать математику и натурфилософию в Манчестере в новой академии, которую квакеры готовились открыть в этом промышленном городе вместе с другими общинами религиозных отступников, такими как социнианцы и унитарианцы.

СТРАСТЬ К МЕТЕОРОЛОГИИ И БОТАНИКЕ

Хотя первый наставник Дальтона в Иглсфилде Элиу Робинсон привил ему страсть к метеорологии (да и могло ли быть иначе в графстве с таким изменчивым климатом, как Камберленд?), именно слепой Гауф подвигнул Дальтона вести наблюдения. Это занятие вошло у юноши в привычку и превратилось почти в наваждение. Первые его записи датированы 24 марта 1787 года, когда Дальтону был 21 год, а последние сделаны накануне его смерти в Манчестере, 26 июля 1844 года. Между этими двумя датами — то есть на протяжении почти 60 лет — ученый сделал более 200 тысяч записей о температуре, влажности, давлении, он фиксировал наблюдения о дожде и ветре. Дальтон публиковал эти записи вместе со своим анализом — первый небольшой том вышел в Манчестере под названием Meteorological observation and essays ("Метеорологические наблюдения и этюды") в 1793 году.

РЕЛИГИОЗНЫЕ ОТСТУПНИКИ

Инакомыслие объединяет многих верующих ученых — достаточно вспомнить о противостоянии Галилея и католической церкви или Кеплера и лютеранской церкви. Ученые часто становились жертвами предрассудков и предубеждений. Джон Дальтон принадлежал к общине квакеров, которые вместе с последователями социнианского, унитарианского и христадельфианского учений — это лишь самые известные течения того времени — были лишены доступа к университетам. Главное отличие их взглядов от официальной доктрины состояло в том, что они отрицали учение о Троице. Бог был един с их точки зрения, и Иисус из Назарета не существовал до своего рождения. Хотя все отступники признавали Христа божеством, они не считали его Божьим сыном и не верили в Святого Духа. Их верования были основаны на личном прочтении библейских текстов. Защищая свои убеждения, а также испытывая необходимость дать своим членам хорошее образование, некоторые общины объединялись и основывали собственные школы и академии. Так поступили квакеры, социниане и унитаринцы в Манчестере, где преподавал Дальтон.

Другое огромное увлечение Дальтона до того, как он погрузился в химию, было также передано ему квакером Джоном Гауфом. Это была ботаника. Дальтон собирал растения, высушивал их, клал под пресс и скрупулезно классифицировал по универсальной системе биноминальной номенклатуры, предложенной знаменитым шведским ботаником Карлом Линнеем. К 1790 году Дальтон закончил биноминальную классификацию большинства растений в районе Кендала и описал их в 11 томах. Эти труды были проданы местному музею Кендала с весьма прозаической целью — ради получения дополнительного дохода, поскольку ученый в те годы нуждался в деньгах. Однако этот трудный период закончился в 1793 году с переездом в Манчестер.

С тех пор и в течение 50 лет до самой смерти в Манчестере Джон Дальтон был одержим одной-единственной мыслью — посвятить себя научным исследованиям. Он забыл обо всем остальном, поскольку у него 4ни на что другое не было времени". Ученый сотрудничал со многими журналами и писал самые разные статьи, в том числе о человеческих отношениях. Например, он рассуждал о необходимости носить кольцо после свадьбы, о выгодах и недостатках развода и повторного брака, о пользе любовных консультаций... В то же время его собственные романтические отношения, по крайней мере те, о которых нам известно, ограничились коротким периодом помолвки с одной вдовой, продлившимся чуть больше недели. В 1794 году Джон Дальтон написал по этому поводу:

"Во время этого короткого заточения я лишился аппетита, начал заикаться и выказывал явные признаки умственного порабощения. Но через неделю я вновь обрел свободу. (...) Моя голова слишком занята треугольниками, химическими реакциями и электрическими опытами, чтобы я думал о свадьбе".

ВЕЛИКИЕ АНГЛИЙСКИЕ ХИМИКИ

В следующей главе мы более подробно рассмотрим роль, которую сыграл Джон Дальтон в развитии химии своего времени. Но, оставаясь верными хронологическому изложению, выскажем несколько полезных наблюдений. Джон Дальтон, как и другие английские химики того времени, интересовался изучением газов и горючих веществ, что было прямым следствием произошедшей в Великобритании промышленной революции.

КАРЛ ЛИННЕЙ

Шведский ученый Карл Линней (1707- 1778) считается отцом современной таксономии или, проще говоря, научной классификации живых существ.

Его главный труд — Sistema Naturae ("Система природы·, 1735) — для многих стал отправной точкой зоологической классификации: живые существа в нем разделены по классам, группам, видам и родам. В конечном счете это классификация божественных созданий, как думал сам ученый. Джон Дальтон в свою очередь, увлекшись биологией, использовал систему Линнея для классификации растений в своем родном городке Иглсфилде. В этой системе, называемой биноминальной номенклатурой, первое латинское название обозначает род, а второе — вид. Род может быть общим, а вид является конкретным определением: эта пара напоминает сочетание имени и фамилии. Например, Panthera leo обозначает льва, Panthera tigris — тигра. А известный нам Homo sapiens означает "человек разумный".

Стоит упомянуть несколько имен, например — в хронологическом порядке — Джозефа Блэка (1728-1799), шотландского медика и химика, который установил разницу между теплотой и температурой, а также ввел в обиход принятые и сегодня понятия теплоемкости и скрытой теплоты при изменении состояния. Уточним, что изучение скрытой теплоты при изменении состояния и теплоемкости сыграло решительную роль в истории появления паровой машины, в частности для работ шотландца Джеймса Уатта (1736-1819). Но Блэк более известен как первооткрыватель углекислого газа (СO2), который он назвал фиксированным воздухом. Ученый закрыл мышь и свечу в емкости, заполненной углекислым газом. Свеча погасла, мышь погибла. Так Блэк доказал, что углекислый газ непригоден для дыхания.

Помимо Джозефа Блэка необходимо упомянуть Джозефа Пристли (1733-1804), больше священника, нежели ученого, который сегодня вместе с Карлом Шееле и великим Лавуазье считается открывателем кислорода. На самом деле Пристли первым выделил этот газ и отметил его значение для жизни. Он называл кислород дефлогистированным воздухом в духе теории флогистона, которая вскоре будет опровергнута Лавуазье. Флогистон — это гипотетическая субстанция, ответственная за процесс горения. Это понятие уходит корнями в алхимию, а его название происходит от греческого слова phlogistos ("горючий, воспламеняемый") — то, что высвобождается из вещества при горении.

Разумеется, нельзя забыть и о благородном Генри Кавендише (1731-1810), человеке разносторонних интересов, получившем известность благодаря опыту с крутильными весами, с помощью которых он определил среднюю плотность Земли (5, 45 г/см³) и опытным путем доказал закон тяготения Ньютона, получив постоянную всемирного тяготения (G=6, 74 · 10 -11 H · м²/кг²). Он выделил водород, или горючий газ. Благодаря работам, открытиям и ошибкам Кавендиша, Антуан Лоран де Лавуазье смог научно объяснить процесс горения.