3. Догадка превращается в теорию

Замечательная догадка древнегреческих мыслителей необыкновенно просто объясняла такие явления природы, которые ранее казались сверхъестественными, происходящими с помощью божественных сил. Различные таинственные, необъяснимые природные явления оказывались естественными, легко объяснимыми. Этого не могла допустить церковь. Она объявляет учение об атомах ересью.

Помогают церкви и власти светские. В 1626 году, например, Парижский парламент запретил учение об атомах под страхом смертной казни!

Более тысячи лет в учёном мире безраздельно господствует ошибочное учение Аристотеля.

Утверждая, что все вещества могут взаимно превращаться друг в друга, Аристотель категорически отрицает существование атомов. «Поповщина убила в Аристотеле живое и увековечила мертвое» (Ленин).

Опасно было утверждать что-либо противное Аристотелю. За ним стояла всесильная католическая церковь, жестоко преследующая науку, свободную от религиозных суеверий.

Немного поэтому находится учёных, осмеливающихся оспаривать Аристотеля.

Но они находились!

Так, например, в 1348 году в Парижский университет было представлено сочинение Николая Ультрикурийского. Автор сочинения смело отвергал учение Аристотеля и доказывал, что атомы действительно существуют. Все разнообразные явления природы, — писал учёный, — сводятся к движению, соединению и разделению атомов. «Учёные» монахи университета заставили Ультрикурийского публично сжечь сочинение и признать свои взгляды ошибочными и еретическими. Церковники торжествовали.

Но вот постепенно оживляется промышленность европейских городов. Люди начинают нуждаться в науке, которая изучает природу, объясняет её закономерности.

И учёные всё чаще и чаще вспоминают догадку мыслителей прошлого, пытаются объяснить явления и закономерности природы при помощи атомов.

В 1647 году во Франции выходит в свет книга об атомах ученого Гассенди. Автор книги отрицает учение Аристотеля и утверждает, согласно с Демокритом, что все вещества в мире состоят из неделимых частичек — атомов. Атомы отличаются друг от друга формой, величиной и весом.

Соглашаясь с учением древних атомистов, Гассенди развил это учение дальше. Он объяснил, каким именно образом могут возникать и возникают в мире миллионы разнообразных тел природы. Для этого, утверждал он, не нужно большого числа различных атомов. Ведь атомы — это всё равно, что строительный материал для домов. Из трёх различных видов стройматериалов — кирпичей, досок и брёвен — можно построить огромное число самых разнообразных домов. Точно так же из нескольких десятков различных атомов природа может создать многие тысячи разнообразнейших тел. При этом в каждом теле различные атомы соединяются в небольшие группы. Эти группы Гассенди назвал «молекулами», то-есть «массочками» (от латинского слова «молес» — «масса»). Молекулы различных тел отличаются друг от друга числом входящих в них атомов и видом («сортом») этих атомов. Нетрудно сообразить, что из нескольких десятков различных атомов можно создать огромное количество различных их комбинаций — молекул. Вот почему так велико разнообразие окружающих нас тел.

Однако многое ещё во взглядах Гассенди ошибочно. Так, он считает, что имеются особые атомы для тепла, холода; вкуса и запаха. Как и другие учёные того времени, он не может полностью освободиться от влияния Аристотеля, от признания его невещественных элементов.

Более точное определение природы невидимых частичек и строения тел из этих частичек даёт великий Ломоносов. Атомно-молекулярную теорию впервые развил в химии М. В. Ломоносов.

Учение-догадку древних атомистов Ломоносов развивает в стройную теорию. Он подробно объясняет, каким именно образом строятся из невидимых частичек различные тела. Более того, учение об атомах он использует как средство научного исследования! Он объясняет непонятные явления природы, пользуясь атомным учением.

Великий учёный считает, что все видимые свойства различных тел природы объясняются внутренним устройством этих тел. Ломоносов первым ставит перед наукой огромную, не решённую полностью и по сей день задачу: «…сыскать причины видимых свойств, в телах на поверхности происходящих, от внутреннего их сложения». К этому же стремится и он сам во всех своих физических и химических работах.

Как объясняет русский учёный строение окружающих нас тел?

Ломоносов считает, что все тела состоят из мельчайших материальных частиц — корпускул («корпускула» — по-латыни «частица»). Все частицы материальны — они имеют свойства того тела, в состав которого они входят. Различием этих материальных, невидимых частиц и объясняется различие тел природы.

Частицу любого вещества можно разложить, разделить на ещё более мелкие частички — «элементы», но в этом случае исчезает и самое вещество с его определёнными, только этому веществу присущими качествами.

«Элементы», то-есть, иными словами, атомы, — это уже самые малые частички, на которые способны распадаться тела.

Корпускула, то-есть молекула, может быть однородной и разнородной. В первом случае в молекуле группируются одинаковые «элементы» — атомы. Во втором — молекула состоит из атомов, отличных друг от друга. Если какое-либо тело составлено из однородных молекул, то это тело надо считать простым. Наоборот, если тело состоит из молекул, построенных из различных атомов, такое тело Ломоносов называет смешанным.

Таковы взгляды Ломоносова на строение окружающих нас тел. Теперь мы знаем, что различные тела природы имеют именно такое строение. В самом деле, возьмем, например, газ кислород: в каждой его молекуле содержится по два одинаковых атома кислорода. Это молекула простого вещества. Если же атомы, составляющие молекулы, различны, это уже сложное химическое соединение или «смешанное тело», как говорил Ломоносов. Молекулы такого соединения состоят из атомов тех химических элементов, которые входят в состав этого соединения.

Можно сказать и иначе — каждое простое вещество построено из атомов одного химического элемента; сложное вещество включает в себя атомы двух и более элементов.

Таким образом, понятию сложного тела отвечает молекула, состоящая из различных атомов; простое тело строится из молекул, состоящих из одинаковых атомов.

Ломоносов видит различие в молекулах сложных тел не только в том, что эти молекулы состоят из различного числа различных атомов. Различие в свойствах сложных молекул зависит также и от того, каким образом расположены атомы в молекуле, как они связаны в ней друг с другом.

Такое заключение в XVIII веке мог сделать только гениальный учёный, каким и был Ломоносов! Лишь много позднее была установлена полная справедливость высказанной русским учёным мысли о зависимости свойств молекулы от характера расположения атомов в ней.

Таковы были взгляды замечательного русского физика и химика Ломоносова на строение вещества.

Великий учёный не останавливается на простом объяснении природы окружающих тел. Нет, он призывает к изучению этих невидимых частиц мироздания, в существовании которых он уверен, к познанию всех их свойств, ибо только таким путём мы можем придти к познанию сущности всех химических и физических явлений происходящих в мире.

Более того, Ломоносов, первым смело привлекает учение об атомах на помощь в изучении и объяснении ещё не ясных явлений природы. Об этом мы уже упоминали, когда говорили о том, как объяснял Ломоносов, что такое теплота.

А теперь пришла пора ответить на вопрос, поставленный в конце второй главы.

Как можно объяснить закон постоянства состава химических соединений?

Объяснить эту закономерность, и объяснить очень легко, можно только одним путём — если согласиться с тем, что все тела построены из молекул, а молекулы из атомов, имеющих совершенно определённые свойства и вес.

В самом деле. Каким путём должны образовываться в этом случае химические соединения? Возьмём простейший случай, как, например, образуется обыкновенная поваренная соль, которая, как известно, представляет собой химическое соединение двух элементов — натрия и хлора? Если и натрий и хлор состоят из атомов, то молекула поваренной соли образуется соединением атома хлора с атомом натрия. А если это так, то понятно, что где бы и как бы ни образовалась соль, она всегда будет иметь один и тот же весовой состав, так как все атомы хлора, с одной стороны, и все атомы натрия, с другой, всегда имеют один и тот же постоянный вес.

Возможен случай, когда с одним атомом какого-либо химического элемента будет соединяться не один атом другого элемента, а, скажем, два, три, четыре и более атомов. Весовой состав химического соединения в этом случае будет уже другим, чем тогда, когда один атом одного элемента соединяется с одним же атомом другого элемента, но зато и само химическое соединение здесь будет уже совсем другое — с другими свойствами. Свойства химического соединения этих двух элементов будут зависеть не только от вида вступающих в соединение атомов, но и от того, в каких соотношениях соединяются друг с другом эти атомы.

Чтобы показать, насколько меняются свойства отдельных атомов при их химическом соединении, достаточно привести пример с той же поваренной солью.

Она состоит, как уже было сказано, из элементов натрия и хлора. В каждой молекуле поваренной соли содержится один атом хлора и один атом натрия. Свойства поваренной соли — её солёный вкус и прочее — определяются свойствами её молекул.

Ну, а что представляют собой атомы химических элементов натрия и хлора, то-есть, иными словами, сами элементы натрий и хлор? Каковы их свойства?

Оказывается, оба эти элемента не имеют ничего общего с поваренной солью! Металл натрий — это несъедобное вещество, которое нельзя держать на воздухе, он очень быстро соединяется с кислородом воздуха. А газ хлор — это ядовитый желтовато-зелёный газ; в первую мировую войну он был применён немцами как отравляющее вещество. И вот такие два элемента, химически соединяясь, дают вещество не только безвредное, но даже необходимое для нашего организма!

Столь же сильно изменяются свойства соединения, если в его молекуле меняется число тех или иных атомов. Очень часто один лишний атом какого-либо элемента в молекуле соединения резко изменяет свойства этого вещества. Вот, скажем, вода. Молекула этого общераспространённого, необходимого для всех живых существ соединения состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Попробуйте, например, изменить число атомов кислорода в молекуле воды! Химики умеют это делать, но не вздумайте выпить такой «воды». Если к молекуле воды добавить ещё один атом кислорода, то получится совсем новое соединение, с совершенно другими свойствами, так называемая перекись водорода. Для питья она не годится.

Учение об атомах, атомная теория, просто и убедительно объясняет не только закон постоянства состава химических соединений, но и то, почему именно с изменением весового состава соединения изменяются его свойства.

Очень просто объясняет эта теория и ломоносовский закон сохранения массы. Действительно, если сложное вещество образуется путём присоединения атомов одного элемента к атомам другого, то масса, вес этого соединения, всегда должна быть равна сумме весов всех тех атомов, которые вступили в это соединение. Это ясно. А об этом и говорит как раз открытый Ломоносовым закон постоянства массы.

Неизменность же химических элементов, невозможность их разложения вытекают из того, что сами атомы неизменны по своим свойствам и неразложимы химическими методами.

Так «атомистический» взгляд на мир легко объяснил вновь открытые законы природы.

Ещё больший успех принесло атомной теории изучение свойств различных газов. Проводя опыты с газами, учёные обычно, поскольку это очень просто сделать, сравнивали объёмы различных газов.

В XVII веке были известны лишь немногие газообразные вещества, но к концу XVIII века были уже открыты многие газы, было установлено, что воздух является смесью различных газов. И вот с этими газами начинается работа. Химики и физики хотят знать свойства вновь открытых газообразных тел природы. Этого требует развивающаяся техника того времени.

И все вновь открываемые законы поведения газов очень легко объясняются, если только считать, что все тела состоят из быстро движущихся атомов и молекул. Именно так должны вести себя газы, если считать, что они состоят из отдельных беспорядочно движущихся частиц.

Атомная теория завоевывает себе всё большее число сторонников, но всё же общее количество их невелико. Учёные в большинстве своём, наблюдая поведение веществ в различных условиях, не догадываются о том, что в поисках истины необходимо руководствоваться атомной теорией, принимать её не как догадку, а как действительность, планировать свою работу, сообразуясь с этой действительностью.

И только отдельные, наиболее выдающиеся люди науки смело руководствуются в своей работе атомной теорией. И великая теория блестяще оправдывает себя. Она как бы является чудодейственным ключом к открытию всё новых и новых тайн, закономерностей природы.

Первым учёным, пошедшим по новому пути, был, как мы уже говорили, Михаил Васильевич Ломоносов.