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.

---

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.

МАНЧЕСТЕР И LIT & PHIL

Во время своих уроков в Кендале Джон Дальтон уже использовал работы по химии Джозефа Пристли, о котором мы только что упомянули. Любопытно, что Пристли тоже был религиозным отступником, а также основателем унитаризма в Англии. Пристли грозила смерть, и он вынужден был в 1794 году эмигрировать в США, но до этого считался одним из блестящих профессоров академии Манчестера. Туда же был приглашен преподавать и Джон Дальтон, которому поручили занятия по натурфилософии и математике, его опекал слепой квакер

Джон Гауф. В распоряжении Дальтона оказались замечательная библиотека и необходимый инструментарий. Педагогическая деятельность захватила его полностью, по крайней мере в первые годы жизни в Манчестере. Очень быстро к преподаваемым наукам добавилась химия, самый интересный для Дальтона предмет.

АНТУАН ЛОРАН ДЕ ЛАВУАЗЬЕ

Лавуазье (1743-1794) родился в Париже и считается пионером французской научной революции. Он происходил из состоятельной семьи, которая купила дворянский титул и собирала налоги в пользу государства. Все свое время Лавуазье посвящал научным исследованиям, в работе ему помогала жена Мари-Анн Польз. Он много занимался и государственной деятельностью, в частности был директором Управления порохов и селитр, участвовал в разработке системы мер и весов, был назначен комиссаром Национального казначейства. На этой должности он приобрел множество врагов, и самым непримиримым из них был Жан-Поль Марат (1743-1793), член Национальной Ассамблеи, чьи научные труды удостоились презрительных отзывов Лавуазье. В1791 году Марат обвинил своего недруга в том, что тот берет чрезмерное вознаграждение. Лавуазье был арестован в 1793 году и отправлен на гильотину. Приговор суда звучал так: "Республика не нуждается ни в ученых, ни в химиках". Лавуазье было 50 лет. Ему мы обязаны новой химической номенклатурой, которая лежит в основе современной, а также знаменитым законом сохранения массы. В "Элементарном трактате по химии" (1789) Лавуазье дал определение химического элемента как простого тела, которое невозможно разложить никаким известным химическим способом.

Академия Манчестера испытывала затруднения, которые привели к тому, что она была перенесена сначала в Йорк, потом снова в Манчестер и в итоге в Лондон. Все эти перемещения мешали упорной работе Джона Дальтона. В марте 1800 года он объявил о своем намерении прекратить преподавание, однако ученый не собирался покидать Манчестер, в котором его жизнь была очень удобно устроена. В сентябре того же года Дальтон открыл собственную школу, которая пользовалась таким успехом, что он вполне мог вести достойную жизнь и не отвлекаться от научных исследований. Джон Дальтон никогда не прекращал частные уроки, но решающим для его научной деятельности стало вступление 13 октября 1794 года в Литературно-философское общество Манчестера (Lit & Phil), о котором мы уже не раз упоминали. Дальтона рекомендовали Томас Генри (1734-1816), который в 1776 году перевел на английский язык исключительный труд Лавуазье "Небольшие физические и химические исследования", вышедший во Франции двумя годами ранее, Томас Персиваль (1740-1804), первопроходец в медицинской деонтологии и здравоохранении, автор кодекса медицинской этики, высоко оцененного в Англии, и, конечно, Роберт Оуэн (1771-1858) из Уэльса: он руководил текстильной фабрикой в Манчестере и стоял у истоков кооперативных организаций утопического социализма, за что удостоился славы предшественника рабочих и профсоюзных движений Англии. Это исключительное интеллектуальное окружение окончательно утвердило Дальтона в намерениях обосноваться в промышленном Манчестере.

Спустя месяц после вступления в Lit & Phil Дальтон представил в обществе свою первую большую научную работу, основанную на его собственном опыте, — о неспособности различать некоторые цвета (этот физический недостаток известен нам как дальтонизм).

Это первое представленное в Lit & Phil исследование Дальтона получило гораздо больший отклик, нежели его предыдущие труды — метеорологические изыскания или работы о давлении газов. После утверждения в качестве полноправного члена престижнейшего академического сообщества Дальтон не только заслужил высокую репутацию и получил удобное для работы место, но также у него появились слушатели и широкие возможности распространять идеи. Дальтон смог, наконец, упорядочить свои исследования, не оставляя преподавания. В 1796 году он писал брату:

"Я посчитал, что шесть уроков химии и шесть уроков по другим предметам позволят мне заработать немного денег в моей школе".

ДАЛЬТОН И ДАЛЬТОНИЗМ

Дальтонизм — это генетический наследственный недостаток, который не позволяет правильно различать цвета. Чаще встречается у мужчин, поскольку связан с Х-хромосомой; наблюдается у 1,5% мужчин и 0,5% женщин. Дальтон изучил этот недостаток и связал его со стекловидным телом глаза. Ma самом деле дефект связан с аномалией цветочувствительных рецепторов — колбочек. Они бывают трех видов и работают как электронные устройства: один тип чувствителен к красному цвету, другой — к зеленому, третий — к синему. Взаимодействуя с мозгом, человеческий глаз способен различить около 8000 цветовых сочетаний. Тип дальтонизма зависит от того, какой тип колбочек поражен. Самый серьезный случай — ахроматический, когда человек не различает ни одного цвета. При монохромазии человек различает один из трех цветов, при дихромазии — два цвета из трех, и это самый распространенный тип дальтонизма. Если нарушены красные рецепторы, дальтонизм называется протанопией, если зеленые — дейтеронамалией, если синие — тританопией. Случается, что у дальтоника снижена активность всех трех пигментов, и это достаточно частый случай. Дальтон страдал дейтеронамалией, то есть самым легким типом дальтонизма.

Завещание глаз для науки

Все биографии Дальтона содержат множество историй о его дальтонизме. Самая заурядная из них связана с тем, как он перепутал химические реактивы разных цветов, а самая смешная — возможно, выдуманная — рассказывает об оплошности ученого в тот день, когда он предстал перед Гийомом IV в ярко-красном костюме. Но совершенно точно, что Дальтон для изучения этого дефекта зрения завещал науке собственные глаза.

Тетрадка с цветными нитями, которые Дальтон использовал, чтобы проверить, различает ли он цвета. Подарок Фредерика Уильяма Гершеля (1792-1871).

ХИМИЯ НА ЗАРЕ XIX ВЕКА

Настало время рассказать о том, в каком состоянии пребывала химия в первое десятилетие XIX века. Это позволит представить ту обстановку, в которой Дальтон начал свою научную карьеру и исследования в области химии. Большинство химиков, и Дальтон не был исключением, опирались на работы Роберта Бойля (1627-1691) — ирландского ученого, работавшего в Оксфорде. Бойль считается первым современным химиком, поскольку он первым отошел от алхимических убеждений. В школе Кендала Дальтон получил доступ к его многочисленным трудам и с жадностью их изучал. Однако труды Бойля были написаны так сухо, что Дальтон обращался и к работам по химии голландца Германа Бургаве (1668-1738), который был скорее врачом, нежели химиком, и считался одним из лучших преподавателей своего времени. Бургаве заведовал кафедрой в Лейдене и по материалам своих занятий написал труд под названием Elementa chemiae ("Химические элементы", 1724), в котором изложил все практические познания в этой области. Он был убежденным последователем Ньютона и впервые применил законы Ньютона в области химии (впоследствии это сделает и Дальтон).