Содержание статьи

    УГЛЕРОДНАЯ ЕДИНИЦА

    УГЛЕРОДНАЯ ЕДИНИЦА. Американский химик Эдвард Уильям Морли (1838–1923) имел сан священника в церкви конгрегационалистов (см. КОНГРЕГАЦИОНАЛИСТСКИЕ ХРИСТИАНСКИЕ ЦЕРКВИ) и очень интересовался «универсальными константами природы», считая, что в них проявляется «благословение создателя». В 1867 году он опубликовал труд Натуральная теология: теория теплоты, основным тезисом которого была «разумность» расширения воды при замерзании, поскольку это ее свойство обеспечивает плавание льда и незамерзание водоемов в морозы.

    Работы Морли внесли заметный вклад в определение относительных атомных масс химических элементов. Рассматривая периодическую таблицу элементов, можно заметить, что в ней нет ни одного элемента с целым значением относительной атомной массы. Все они, хоть немного, но отличаются от целого. Может быть, дело в неточности измерений? Оказывается, нет: современные методы измерений исключительно точны. Во многих таблицах при указании относительных атомных масс элементов приводят ошибку измерения (цифры в скобках, указывающие на погрешность последнего знака; например, значение для кислорода 15,9994(3) означает неопределенность в пределах ± 0,0003; значение для цинка 65,39(2) означает погрешность ± 0,02 и т.д.). Следовательно, никакими ошибками в измерениях отклонения от целых чисел объяснить нельзя.

    Однако когда-то «целые числа» для относительных атомных масс весьма привлекали ученых. Для этого были серьезные основания. В 1815 лондонский врач и химик Уильям Праут (1785–1850) опубликовал (анонимно) в журнале «Анналы философии» статью О связи между удельным весом тел в газообразном состоянии и весами их атомов. В ней он высказал предположение, согласно которому из самого легкого элемента – водорода путем конденсации могли возникнуть все остальные элементы. В этом случае атомные массы всех элементов должны быть кратны массе атома водорода. Следовательно, если за единицу атомной массы выбрать водород, относительные атомные массы всех элементов, в соответствии с гипотезой Праута, должны быть целыми числами.

    Многие ученые были восхищены смелой гипотезой Праута. Действительно, у многих элементов (углерод, азот, кислород, фтор, натрий, алюминий, кремний, фосфор, сера) атомные массы в «водородной шкале» были очень близки к целым. А некоторые отклонения атомных масс от целых чисел для других элементов легко было объяснить неточностью их определения. Однако довольно быстро энтузиазм химиков угас. Так, никакими допущениями о неточности эксперимента невозможно было «сделать целой» атомную массу хлора (она равна 35,5) или магния (24,3). По мере появления все более точных данных по атомным массам (бельгийского химика Ж.С.Стаса, американцев Э.У.Морли, Т.У.Ричардса и других) становилось очевидным, что целые атомные массы – скорее не правило, а исключение. Так, Стас, получив еще в 1860 для серебра значение 107,94, заявил: «Мы должны считать закон Праута чистой иллюзией и рассматривать атомы как индивидуальные сущности, массы которых не имеют между собой простой связи». Поэтому химики уже в 19 в. в основном отказались от гипотезы Праута; более того ее часто осмеивали ее как лишенную научного содержания.

    Поучительна история появления в конце 19 в. точнейших для того времени определениях атомных масс элементов, проведенных Э.У.Морли, который более известен измерениями скорости света (знаменитый эксперимент Майкельсона – Морли). В 1891 несколько американских химиков обратились к Морли с настоятельной просьбой «раз и навсегда разделаться с Праутом». Однако сам Морли, исходя из своих философских воззрений, скорее был склонен обосновать гипотезу Праута и потому ответил уклончиво. Только спустя пять лет он опубликовал работу О плотностях кислорода и водорода и об отношении их атомных весов. Основываясь на своих экспериментальных данных, Морли заявил, что гипотеза Праута, наконец, окончательно опровергнута, а свою работу он считал «завершающей главой в истории атомной теории».

    Д.И.Менделеев, работая на своей периодической таблицей, тоже интересовался гипотезой Праута, и тоже пришел к выводу о ее несостоятельности, о чем написал в своем классическом учебнике Основы химии: «Точные исследования... имеют важное значение для разрешения вопроса о том: действительно ли атомные веса элементов могут быть выражены целыми числами, если за единицу атомных весов принять атомный вес водорода. Проут (в транскрипции Менделеева)... высказал такое предположение. Последующие затем определения... показали несправедливость этого заключения уже потому, что, например, для целого ряда элементов оказались атомные веса с дробною величиною, например, для хлора около 35,5... Даже между паем водорода и кислорода не существует, сколько то поныне известно, того простого отношения, какое требуется по гипотезе Проута, т.е. приняв О = 16, вес атома водорода равен не 1, а большей величине, именно, не менее 1,007 и не более 1,009, в среднем = 1,008».

    Отсюда Менделеев с сожалением сделал вывод, что гипотеза о происхождении всех элементов «из единой первичной материи» не подтверждается, и «все подобные мысли и ожидания ныне, особенно благодаря Стасу, должно относить к области, лишенной какой-либо опытной опоры, а потому не отвечающими дисциплине положительных сведений естествознания...».