Масса атомов. Дальтон. Атомная теория - [9]
Джон Дальтон, гравюра Джозефа Аллена (1814).
Дальтон первым исследовал дефект, которым страдал сам и который позже был назван дальтонизмом. Он завещал науке собственные глаза —они изображены на рисунке вместе с очками и прядью волос.
Современное здание Религиозного общества Друзей в Манчестере.
Больцман и Мах не были близки ни в личном, ни в профессиональном плане. Больцман основывал свои работы — прежде всего в области статистической механики и термодинамики — на существовании атомов. Это его убеждение полностью разделяли такие признанные ученые, как Джозайя Уиллард Гиббс (1839-1903) и особенно шотландец Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879), создатель теории электромагнитного поля. Он работал вместе с Больцманом над кинетической теорией газов, которая сегодня называется статистикой Максвелла — Больцмана. Критика оппонентов, сначала одного его наставника, Эрнста Маха, а затем и второго, Вильгельма Оствальда (1853- 1932), так сильно повлияла на Людвига Больцмана, что он погрузился в депрессию и покончил с собой в 1906 году. Почти в то же время было доказано существование атомов — еще до их бомбардировок частицами, осуществленных Эрнестом Резерфордом. Доказательство представил начинающий исследователь Альберт Эйнштейн (в статье о броуновском движении атомов, опубликованной в 1905 году), а также Жан Батист Перрен в работах по изучению коллоидов, которые позволили подтвердить научную состоятельность постоянной Больцмана и постоянной Авогадро. Постоянная Авогадро — это величина, равная числу структурных элементов (атомов или молекул) в 1 моле вещества. Она не зависит ни от вещества, ни от рассматриваемой частицы и названа в честь итальянца Амедео Авогадро (1776-1856) — странного угрюмого человека, который в 1811 году открыл, что при одинаковых температуре и давлении в равных объемах идеальных газов содержится одинаковое число молекул. Так, 1 моль водорода (Н>2, 2,012 грамма) или 1 моль углерода (С, 12 граммов, взятых как образец) содержат 6, 0221367 х 10>23 молекул или атомов. Исходя из этих данных можно измерить размер и массу атомов. Так, две бутылки одинакового размера, одна из которых наполнена кислородом, а другая — гелием, содержат одинаковое количество молекул. Таким образом, число атомов кислорода в два раза больше, поскольку его молекула состоит из двух атомов, тогда как молекула гелия, инертного газа, состоит из одного атома.
После того как Дальтон нашел способ измерить атомную массу, его часто называли "тем, кто взвесил атомы". Эти исследования не только изменили мышление его современников и новых поколений ученых, но и произвели революцию в химии того времени. Сначала труды француза Лавуазье, а позднее — англичанина Дальтона разделили химическую науку на до и после. Специалисты называют это время началом современной химии. Мы лишь кратко упомянем блестящих ученых, таких как Лавуазье, Лаплас, Джоуль, Дэви, Авогадро, Фарадей, Больцман, Максвелл, Перрен, а также атомных физиков XX века Томсона, Кюри, Резерфорда, Чедвика, Эйнштейна, Планка, Бора, а позднее — Шрёдингера, Гейзенберга, Ферми и Паули, и это лишь самые знаменитые. Все они обязаны своими открытиями необыкновенным исследованиям и самоотверженности Джона Дальтона, который первым предположил, что все в природе начинается с основной неделимой частицы — атома.
Атомная масса измеряется сегодня в атомных единицах массы (а.е.м.), которые мало чем отличаются оттого, что предлагал Джон Дальтон, — разве лишь тем, что в качестве единицы измерения атомной массы сегодня принята 1/12 часть массы атома нейтрального углерода-12 (то есть атома, ядро которого содержит 6 протонов и 6 нейтронов), а не атом водорода. Эта единица равна 1,66х10>-27. Самым легким является атом водорода, а самым тяжелым среди стабильных атомов — свинец-208, атомная масса которого равна 207, 98 а.е.м. Если мы примем моль за единицу массы (что часто происходит в химии), то установим общее правило, согласно которому масса одного моля какого-либо элемента примерно равна атомной массе этого элемента.
ГЛАВА 2
Начало: трудные годы
Ученые, как и другие люди, принадлежат времени и месту, в котором живут, а также событиям, которые происходят в годы их жизни. Биография Джона Дальтона, почти такая же строгая, как и он сам, таит много неожиданностей. Но особенно ярко она раскрывает упрямый, решительный характер и безграничную склонность к науке, а также свидетельствует об упорстве, интуиции и уме Дальтона.
Джон Дальтон родился в маленьком городе Иглсфилде в графстве Камберленд, на северо-западе Англии. Камберленд (или Камбрия) славится живописными местами — здесь находится знаменитый национальный парк Лейк-Дискрит, один из красивейших британских островов. Дальтон родился 5 или 6 сентября 1766 года: точная дата неизвестна, поскольку квакеры не ведут таких записей. У родителей Джона — Джозефа и Деборы Дальтон — уже было два ребенка: Джонатан и Мэри.
Дальтоны жили в Камберленде по крайней мере с конца XVI века. На момент рождения Джона семья владела небольшой фермой (вероятно, полученной в качестве приданого Деборы Дальтон-Гринап), Джозеф работал ткачом. Жили они довольно скромно. Джозеф, как младший в семье, не имел никаких прав на наследство и получил совсем немного денег лишь после смерти старшего брата в 1786 году. Предположительно глава семейства, Джозеф Дальтон, обратил семью в доктрину Джорджа Фокса, основателя квакерской общины. Позже Джон разделил участь своего отца: он также не мог претендовать на наследство, и то немногое, чем владела семья, перешло к его старшему брату Джонатану. Только после смерти в 1834 году Джонатана, оставшегося неженатым, значительно возросшее семейное состояние перешло к Джону Дальтону, финансовые дела которого к тому времени и так были неплохи. Ученый мог жить, не думая о деньгах, поскольку был неженат и воздержан на грани скупости в том, что касалось личных расходов.
