Химия, в отличие от алхимии и ятрохимии, началась с Роберта Бойля (см. иллюстрацию 15), которые впервые определенно признал, что ее целью является не трансмутация металлов и не приготовление лекарств, но наблюдение и обобщение определенного класса явлений, он отрицал истинность алхимических точек зрения по поводу строения материи, он сформулировал определение элемента, которое утвердилось в химии, и обогатил науку наблюдениями огромной важности. Бойль, однако, был тем, чьи идеи обогнали свое время, в промежутке между периодом ятрохимии и Эпохой Современной Химии пришел период теории Флогистона- теории, которая имела определенное сходство с идеями алхимиков.
§ 72. Теория флогистона.
Теория флогистона возникла главным образом благодаря Георгу Эрнсту Шталю (1660-1734), Бехер (1635-1682) пытался возродить некогда существовавшую теорию алхимиков "серы-ртути-соли", только измененном виде, предположив, что все вещества состоят из трех "земель": горючей, ртутной и стекловидной, в этом можно увидеть зародыш теории флогистона Шталя. Согласно Шталю все горючие тела (включая металлы, которые при нагревании претерпевают изменения) содержат флогистон или принцип горения, который истекает из них в виде пламени. Согласно его теории металлы имеют сложный состав, они состоят из металлической окалины (которую мы сейчас называем "оксидом" металла), чтобы получить металл из окалины, нужно воздействовать на него каким-нибудь веществом, которое богато флогистоном. Так, уголь каменный и древесный сгорают практически полностью, ничего не оставляя, следовательно, согласно этой теории, они состоят из большого количества флогистона, и металлы можно получить путем нагревания их оксида с одним из этих веществ. Многие прочие факты подобной природы были объяснены в рамках теории флогистона, и она стала чрезвычайно популярной. В свое время химики не обращали большого внимания на осадок, однако, отмечали, что вес металлов после прокаливания увеличивался, это "объясняли" тем, что флогистон обладает отрицательным весом. Антуан Лавуазье, используя открытие Пристли кислорода (названного "избавленным от флогистона воздухом" свои первооткрывателем), изучая соотношения в весе, сопутствующие горению, продемонстрировал несостоятельность теории флогистона (следует, однако, отметить, что если бы под термином "флогистон" мы понимали нее какую-либо форму материи, а энергию, то большинство утверждений сторонников этой теории, в том виде, в каком они были высказаны, были бы верны), и доказал, что горение есть сочетание сгораемой субстанции с отдельной составляющей воздуха, с кислородом. К тому времени Алхимия была в отношении всех целей и намерений уже мертва, Бургав 1668-1738) был последним выдающимся химиком, который отстаивал ее теории, и новая химия Лавуазье нанесла ей окончательным смертельный удар. Сейчас мы вступаем в эпоху современной химии, но будем иметь дело в этой главе с историей химической теории настолько, насколько это необходимо с нашей главной целью, следовательно, наш рассказ будет весьма далек от завершения.
§ 73. Бойль и определение элемента.
Роберт Бойль (1626-1691) определил элемент как вещество, которое нельзя разложить, но которое в соединении с прочими элементами образует вещества, которые можно разложить на первоначальные элементы. Таким образом, металлы были отнесены к числу элементов, так как попытки разложить их не увенчались успехом. Но следует отметить, что этот термин носит негативный характер, хотя термин "элементы" применяется ко всем веществам, которые противятся разложению, невозможно с полной уверенностью определить, какие вещества являются истинными элементами, и вероятность, однако слабая, что золото и прочие металлы являются по природе составными, всегда должна оставаться. Представляется, что эту неопределенность в отношении элементов новая школа химиков восприняла, но более удивительно то, что их критика алхимического искусства была не менее суровой.
§ 74. Стехиометрические законы.
При изучении сравнительного веса, из которых слагаются вещества, были открыты некие общие правила или "естественные законы" огромной важности. Эти стехиометрические законы, как их называют, следующие:
--
"Закон постоянной пропорции". В химическом соединении присутствуют одни и те же элементы, соотношение между ними остается неизменным.
--
"Закон кратных соотношений". Если вещества соединяются в количестве, большем одной доли, отношение веса одного весу другого, с которым оно соединяется, всегда обозначается натуральным числом.
--
"Закон соединения весов". Вещества соединяются между собой с соотношением их соединенных эквивалентов, или простых рациональных множителей или делителей (вес различных веществ, который соединен с определенным весом того или иного вещества, взятый за единицу, называется общим числом таких веществ со ссылкой на эту единицу измерения. Сейчас в качестве обычной единицы выбрано 8 грамм кислорода) (для того, чтобы эти законы действовали, конечно, нужно, чтобы вещества взвешивались в точности при тех же самых условиях. Для формулировки законов в том же виде мы можем заменить "вес" "массой" или "инертность", которая у инертных тел пропорциональна их весу, при условии, что они взвешены при тех же самых условиях (для обсуждения точного значения терминов "масса" и "инерция" мы отсылаем к работе настоящего автора Matter, Spirit and the Cosmos (Rider, 1910), Chapter I, "On the Doctrine of the Indestructibility of Matter).
(Прим. пер. - в настоящее время законы выглядят следующим образом: Закон постоянства состава (Ж. Пруст): Химическое соединение, имеющее молекулярное строение, независимо от метода получения характеризуется постоянным составом. Закон кратных отношений (Д. Дальтон): Если два элемента образуют между собой несколько молекулярных соединений, то масса одного элемента, приходящаяся на одну и ту же массу другого, относятся между собой как небольшие целые числа. Закон эквивалентов (И. Рихтер): В молекулярных соединениях массы составляющих их элементов относятся между собой как их эквиваленты. Источник:
В качестве примеров, иллюстрирующих действие этих законов, мы можем привести простые факты:
1. Чистая вода состоит всегда из кислорода и водорода, соединенных в пропорции 1.008 частей последнего к 8 частям первого (прим. пер. атомная масса водорода -1, кислорода, 16. в молекулы воды H2O соотношение будет 2/16, т.е. приблизительно таким же, как описано у автора), возьмем другой пример, чистый диоксид серы состоит из 8.02 частей серы и 8 частей кислорода ("закон постоянной пропорции").
2. Другие соединения, состоящие только из кислорода и водорода, однако, по своим свойствам от воды отличаются. Установлено, что когда они соединены в соотношении 1.008 частей первого к 16 частям последнего, например, когда вдвое большее число водорода соединяется с тем же числом кислорода, что и в воде (прим. пер.- перекись водорода). В промежутке между этими двумя соединениями никаких конкретных соединений не открыли. Но известны другие соединения, состоящие из серы и кислорода. Одно из них (триоксид серы или серный ангидрид) (прим. пер.- SO3) состоит, как было установлено, из серы и кислорода в соотношении 5.35 серы и 8 кислорода. Мы видим, что определенные доли серы, соединенные с долями кислорода, образуются следующие соединения, которые, соответственно, называются диоксид серы и триоксид серы в пропорции 8.02 к 5.35, т.е., 3:2. Подобные простые соотношения получаются в случае других соединений (закон кратных пропорций).
3. Из данных, приведенных в пункте 1, мы можем установить, что общее число водорода 1.008, серы 8.02. Теперь известны соединения, содержащие серу и водород, вес серы в соединении, содержащем 1.008 грамм водорода, будет число, кратное ему или полученное в результате деления этого количества. Так, в простейшем примере соединения, содержащего атомы водорода и серы, а именно, сернистого водорода или сероводорода 1.008 грамм водорода соединяются с 16.04 грамм серы, т.е. с числом, в два раза больше его (прим. пер.- H2S) ("Закон соединения веса").
Бертолле (1748-1822) отрицал истинность закона постоянного состава, между ним и Прустом (1755-1826), который провел исследования для того, чтобы установить истину, завязалась полемика, результат исследования согласовывался с законом и подтверждал его.
§ 75. Атомистическая теория Дальтона
В начале девятнадцатого века Джон Дальтон (см. иллюстрацию 16) выдвинул свою атомистическую теорию для объяснения этих фактов. Эта теория предполагает (1), что материя состоит из неделимых и не подверженных разложению частиц, называемых атомами (2), все атомы непохожи друг на друга (3), существует столько же различных видов атомов, сколько существует элементов(4).. И если вопрос ставить таким образом, отсюда с необходимостью следуют стехиометрические законы. Мельчайшая частица некого соединения (сейчас ее называют молекулой) должна состоять из определенного набора различных атомов, и эти атомы имеют определенную массу, отсюда и закон постоянной пропорции. Один атом одного вещества может соединиться с 1, 2 3.... атомами какого-либо другого вещества, но он не может соединиться с дробной частью атома, так как атомы являются неделимыми, отсюда и закон кратности соотношений. И эти законы действительно работают, из того, что атомы имеют определенную массу, с необходимостью следует закон соединения масс. Атомистическая теория Дальтона дала простое и понятное объяснение применительно к массе веществ, входящих в состав тех или иных химических соединений, следовательно, она получила всеобщее признание. Но на протяжении всей истории химии видно, насколько силен был дух сопротивления как объяснения абсолютного строения материи. Научная философия тяготела к монизму, в противоположность дуализму, здесь же существовало не только два вечных начала, но и несколько дюжин, теория Дальтона отрицала единство Космоса, ей не хватало объединяющего принципа алхимиков. Только в последнее время признали, что научная гипотеза может быть полезной, не будучи совершенно верной. Полезность атомистической теории Дальтона несомненна, она добилась того, чего не удалось ни одной гипотезе, она сформулировала понятие химического элемента, химического соединения и химической реакции, и, в некотором смысле, послужила причиной того, что с момента ее провозглашения было совершено большинство открытий в области химии. Но в настоящее время общепризнанным является тот факт, что атомистическая теория Дальтона далека от того, чтобы быть полностью истинной. В прошлом, однако, философами материалистической школы, больше чем химиками, которые настаивали на абсолютной истинности атомистической теории, Кекуле, который развил теорию атомарности или валентности Франклина (термин "валентность" определить трудно, однако, мы постараемся сделать все возможное, чтобы упростить его значение. Принято считать, что в каком бы то ни было химическом соединении атомы, составляющие каждую молекулу, связаны друг с другом (конечно, не неподвижно), и мы можем говорить о "соединениях" или "связях сродства", обращая внимание на то, чтобы не толковать термины буквально. Итак, количество связей сродства, в которые может вступить один атом, неограниченно, в действительности же, согласно сформулированной теории валентности, оно является фиксированным и постоянным. Именно это число, называется "валентностью" элемента, но сейчас известно, что валентность может колебаться в рамках установленных границ. Водород, однако, неизменно одновалентен, и он берется за единицу валентности. Углерод четырехвалентен в молекуле метана, которая состоит из одного атома углерода и четырех атомов водорода, кислород двухвалентен в молекуле воды, состоящей их одного атома кислорода и двух атомов водорода. Поэтому мы можем ожидать увидеть, что один атом углерода соединяется с двумя атомами кислорода, в случае молекулы углекислого газа (углекислого ангидрида). Развивая этот тезис, скажем, что каждая такая связь, в общем, соответствует определенному и постоянному количеству энергии, которое выделяется в виде тепла при разрушении связи, читателя отсылаем к монографии настоящего автора On the Calculation of Thermo-Chemical Constants (Arnold, 1909). Феномен валентности был объяснен современной теорией строения атома (см. § 81)), сделали более определенным атомистический взгляд на материю, но сам он выражал серьезные сомнения в истинности теории Дальтона, хотя считал ее химически верной, и этот голос, который выражает мнение большинства химиков сейчас, а именно: есть такие вещи, как химические атомы и химические элементы, которые не могут быть разложены химическим путем, но они не являются абсолютными атомами или абсолютными элементами, следовательно, они не являются невосприимчивыми для всех видов воздействия. Но об этом будет сказано позже.
§ 76. Определение атомной массы элементов.
С принятием атомистической теории Дальтона возникла необходимость определения атомной массы различных элементов, т.е. не абсолютной массы, а относительной атомной массы с отсылкой к одному из элементов как к единице ((Так как водород является самым легким из всех известных веществ, одно время он использовался в качестве единицы, водород = 1, однако, удобнее стало выражать атомные массы с точки зрения кислорода=16, и он сейчас повсеместно используется. Это значение атома кислорода было выбрано с той целью, чтобы в большинстве случае приблизительные атомные массы оставались неизменными.).
Сейчас невозможно приступить к обсуждению различных трудностей, как практического, так и теоретического характера, которые были связаны с этой проблемой, заметим только, что установить верно атомные массы можно, только приняв гипотезу Авогадро. Эта гипотеза, содержание которой заключается в том, что равные объемы различных газов при одной и той же температуре и одном и том же давлении содержат одинаковое количество молекул газа, была выдвинута с целью объяснения фактов, связанных с физическим поведением газов, ее важность не была осознана, так как не было проведено четкое разграничение молекул и атомов. Перечень химических веществ, иначе называемых элементами, можно найти на странице 106, 107.
§ 77. Гипотеза Праута.
Химик по имени Праут заметил, что если атомную массу водорода принять равной единице, то атомные массы других элементов приблизятся к целым числами, в 1815 году в качестве объяснения такой закономерности он предположил, что все элементы состоят только из водорода. В целом гипотезу Праута приняли благосклонно, она согласовывала теорию Дальтона с концепцией единства материи - вся материя в сущности была водородом, и Томас Томсон провел исследования, чтобы доказать ее истинность. С другой стороны, однако, выдающийся шведский химик Берцелиус, который провел множество исследований, направленных на определение атомной массы, критиковал как гипотезу Праута, так и исследования Томсона (последние, правда, были совершенно бесполезны) в самых резких выражениях, ибо гипотеза, связанную с той, что десятичные числа в атомных массах, установленные с огромным трудом Берцелиусом, должны были рассматриваться как содержащие множество ошибок. В 1815 году Мариньяк предложил взять за единицу половину атома водорода для элемента хлора с атомной массой 35.5, что не вписалось в изначально сформулированную гипотезу Праута, позже Дюма предложил четверть. С этим теоретическим разделением атома водорода гипотеза потеряла прелесть и простоту и была обречена погибнуть. Последние и самые точные измерения атомной массы показывают, что она не измеряется целыми числами, но большинство из них (если взять О=16 за единицу) максимально к ним приближены. Преп. Р.Дж. Страт недавно подсчитал, что вероятность такой ситуации для самых распространенных элементов мала (около 1 к 1000)(Hon. R. J. STRUTT: "On the Tendency of the Atomic Weights to approximate to Whole Numbers," Philosophical Magazine, [6], vol. i. (1901), pp. 311 et seq.), и были предприняты некоторые попытки объяснить сей замечательный факт. Современные научные рассуждения о строении атома тяготеют к модифицированной форме гипотезы Праута или к тому мнению, что атомы других элементов, таким образом - полимеры атомов водорода и гелия. Как уже отмечалось, элементы с разной атомной массой могут иметь одинаковые химические свойства, так как последние зависят от числа свободных электронов атомов, а не от массивного атомного ядра. Методом, который немного напоминает тот, что использовался для определения массы частиц катода (см.§ 79) сэр Джозеф Томсон и доктор Ф.У. Астон открыли, что элемент неон представляет смесь изотопов двух элементов в неодинаковом соотношении, один с массой 20, другой (присутствующий лишь в незначительно степени) с массой 22. Доктор Астон усовершенствовал метод определения изотопов и установил их атомную массу (F W. ASTON: "Mass-spectra and Atomic Weights," Journal of the Chemical Society, vol. cix. (1921), pp. 677 et seq.).Результаты крайне интересны. Подтвердилась атомная масса водорода, 1.008. Элементы гелий, углерод, азот, фтор, фосфор, сера, мышьяк, йод оказались простыми телами с атомной массой, которая выражалась целым числом. С другой стороны, бор, неон, кремний, хлор, бром, криптон, ксенон, ртуть, литий, калий и рубидий оказались составными. Особенно интересно то, что атомные массы каждого из составляющих являются целыми числами. Хлор, чья атомная масс 35.46, состоит из двух химически идентичных элементов, чьи атомные массы равны 35 и 37. Некоторые элементы, такие как ксенон, представляют собой смесь двух и более изотопов.
Вполне вероятно, что то, что истинно по отношению к элементам, исследованным доктором Астоном, истинно и по отношению ко всем остальным. Таким образом, отклонения в атомной массе, которые так озадачили ученых прошлого, возникли из-за того, что элементы во многих случаях представляли собой смеси. Что касается водорода, то разумно предположить, что тесное расположение электрически заряженных частиц должно вызвать незначительное увеличение общей массы, так что атомные массы прочих элементов со ссылкой на H = 1 должны быть немного больше целых чисел, или, то же самое, атомный вес водорода при O = 16 должен быть немного больше единицы.
§ 78. Периодический закон.
Замечательные свойства атомных масс независимо друг от друга открыли в шестидесятые годы Лотар Майер и Менделеев. Они установили, что если элементы расположить в порядке возрастания их атомных масс, то подобные элементы будут расположены в одной и той же колонке. Модернизированную форму периодической таблицы можно найти на странице 106, 107. Следует заметить, однако, что щелочные металлы: литий, натрий, рубидий и цезий, которые очень похожи друг на друга свойствами, находятся в колонке 1, щелочноземельные металлы расположены вместе в колонке 2, хотя в каждом случае им сопутствуют определенные элементы с различными свойствами. То же самое справедливо в отношении других колонок этой таблицы, та же самая периодичность с теми же самыми примечательными отличиями (см. примечания к Таблице на стр.106, 107). Эта периодичность, проявленная посредством "элементов", имеет огромное значение, так как она демонстрирует, что свойства "элементов" являются периодическими функциями их атомной массы, вместе с другими отличительными свойствами "элементов" резко отличает их от "соединений". Можно с допустимой долей уверенности сделать вывод о том, что если в действительности "элементы" имеют сложную природу, в общем, они как соединения отличаются от всех прочих соединений.
Уже несколько лет прошло с того момента, как сэр Уильям Крукс предпринял попытки объяснить периодичность свойств элементов теорией, что они развивались процессом группирования из некой первоначальной материи - протила, состоящей из мельчайших частиц. Он представлял себе действие вызывающей то причины в виде спирали в форме "восьмерки", так что элементы располагаются через равные промежутки, так же, как подобные элементы расположены друг под другом как в Таблице Менделеева, хотя в некоторых отношениях группировка отличается. Наклон кривой, как предполагается, показывает ослабевание какого-либо фактора (например, температуры), обуславливающего процесс, считается, что процесс имеет постоянный характер, как качание маятника. После окончания взмаха в одну сторону (если приводить маятник в качестве иллюстрации) производится одна серия элементов, когда колебания затухают, производится не та же самая серия элементов, как можно было бы ожидать, но другая, каждый элемент которой напоминает соответствующий элемент предыдущей серии. Так, например, если первая серия содержит гелий, литий, углерод, и т.д., другая серия будет содержать аргон, калий, титан и т.д. В целом, теория представляется интересной, хотя и ей присущи некоторые недостатки.
Примечания.
Существует несколько различных видов таблицы Менделеева. Есть самая простая, но она не обладает преимуществами, которые есть у более сложных видов. Атомные массы приведены Международным комитетом атомных масс для 1920-1. Они рассчитаны на основе О= 16, число десятичных знаков после запятой указывает на то, с какой точностью была рассчитана атомная масса. Буква или буквы под каждым элементом указывают на символ элемента, который неизменно используется химиками для обозначения элемента.
Число на каждой колонке указывает на валентность, которую элемент проявляет по отношению к кислороду. Многие элементы в этом отношении являются особенными.
[a] Точное расположение водорода под вопросом.
[b] Позиции аргона и калия изменены, чтобы эти элементы смогли попасть в одну колонку с теми элементами, которые им подобны.
[c] Вся группа "8" образует исключение из таблицы.
[ d] 50 также имеют позиции теллур и йод.
[e] Есть ряд достоверно не определенных редкоземельных металлов, чей масс находится между массой церия и тантала. Они напоминают группу "3", невозможно определить их точное расположение в таблице.
§ 79. Корпускулярная теория материи.
Теперь мы должны обратиться к последним взглядам на строение материи, которые возникли главным образом благодаря исследованиям того, как электричество проходит через газы при очень низком давлении. Сейчас, однако, возможно рассмотреть тему совсем кратко, кроме того, полное рассмотрение не является необходимым в силу того, что эти исследования и теории, которые они породили, полностью приведены в нескольких известных работах некоторых авторитетных авторов, которые появились в последние годы (Мы нашли Prof. Harry Jones' The Electrical Nature of Matter and Radioactivity (1906), Mr. Soddy's Radioactivity (1904), and Mr. Whetham's The Recent Development of Physical Science (1909) особенно интересными. Конечно, следует обратить внимание на последние работы проф. сэра Дж. Дж. Томсона и проф. Резерфорда.).
Когда электрический заряд проходит через вакуумную трубку, катод испускает невидимые лучи, как правило, с зеленовато-желтым излучением, они соприкасаются со стенами трубы. Эти лучи называют "лучи катода". В свое время их считали эфирными волнами, но, как показал сэр Уильям Крукс, они состоят из мельчайших электрически заряженных частиц, движущихся с огромной скоростью. Сэр Дж. Дж. Томсон смог определить отношение заряда, который несут эти частицы, к их массе или инерции, он обнаружил, что это число является постоянным, независимо от того, какой газ находится в трубе, и намного больше, чем соответствующий коэффициент для водорода (электрически заряженных атомов водорода) в электролизе. Посредством хорошо разработанного метода, основанный открытии мистера С. Т.Р. Уилсоном, что заряженные частицы могут быть ядром для конденсации водяного пара, он далее смог определить значение электрического заряда, переносимого этими частицами, оно также было постоянным, и было также установлено, что оно эквивалентно заряду, переносимому одновалентными ионами, т. е водородом, в электролизе. Отсюда следует, что масса этих катодных частиц должна быть намного меньше массы ионов водорода, действительное соотношение составляет приблизительно 1:1700. Первая теория, выдвинутая Дж. Дж. Томсоном для объяснения этих фактов, гласила, что эти катодные частицы (корпускулы", как он их назвал), были электрически заряженными частицами материи, намного меньше мельчайшего атома, и тот же самый вид корпускул получается независимо от того, какой газ находится в вакуумной трубке, разумно предположить, что эта частица является общим элементом строения всей материи.
§ 80. Доказательство того, что электроны нематериальны.
Этот выдающийся физик, однако, математически доказал, что заряженные частицы, движущиеся с очень высокой скоростью (приближающееся к скорости света), должны показать значительное увеличение массы или инерции за счет заряда, величина инерции зависит от скорости частицы. Это было экспериментально подтверждено Кауфманом, который определил скорости и соотношения между электрическим зарядом и массой, различных катодных частиц и аналогичных частиц, испускаемых соединениями радия (см. §§ 89 и90). Сэр Дж. Дж. Томсон рассчитал значения этих частиц, основываясь на предположении, что инерция таких частиц имеет электрическое происхождение, его значения замечательным образом согласуются с теми, что были получены экспериментальным путем. Однако нет оснований полагать, что корпускула во всех отношениях материальна, действительно, по этому поводу так и не пришли к согласию. Как сказал профессор Джонсон: "Так как все вещи мы знаем по их свойствам, все свойства корпускулы приписываются электрическому заряду, связанному с ней, почему предполагаем мы, что частица содержит что-то, помимо электрического заряда? Очевидно, что делать совсем безосновательно".
"Таким образом, частица представляет собой ничего кроме бестелесного электрического заряда, лишенного всего материального, как мы привыкли использовать этот термин. Это электричество, и ничего более электричества. С помощью новой концепции был введен в обиход этот термин, и теперь мы говорим об электроне, вместо того, чтобы говорить о корпускуле" (H. C. JONES: The Electrical Nature of Matter and Radioactivity (1906), p. 21). Применение этого модифицированного взгляда на строение материи, есть электронная теория, а именно: материальные атомы состоят из электронов, электрических частиц, которые быстро двигаются, и все сводится к тому, что материя есть всего лишь электрическое явление.
§ 81. Электронная теория материи.
Сэр Дж. Дж. Томсон разработал данную теорию о природе и строении материи, он показал, какие системы электронов будут являться стабильными, он попытался найти смысл закон Менделеева и объяснить валентность. Несомненно, что во многом электронная теория материи верна, одно характерное свойство материи, инертность, может быть объяснено с точки зрения электричества. Основное затруднение заключается в том, что электроны являются частицами отрицательного электричества, тогда как материя электрически нейтральна. Чтобы ее преодолеть, были выдвинуты различные теории. Конечно, электрон входит в состав материи, но является ли он ее единственной составляющей? Последние исследования указали на то, что, как это уже отмечалось, все атомы состоят из двух различных частей: массивного центрального ядра с положительным зарядом, окруженного электронами, чей заряд должен быть достаточным, чтобы нейтрализовать это положительный заряд. Очень интересно то, что количество свободных электронов в точности соответствует месту в таблице Менделеева, гелий- 2, литии 3 и т.д., кажется, что все химические свойства элементов определяются электронами, и, строго говоря, не являются периодическими функциями их атомных масс. Точная природа ядер до сих пор не определена, в случае, когда они тяжелее гелия, кажется, что они состоят из ядра водорода и гелия - во многих случаях- с числом электронов, которых недостаточно для нейтрализации положительного заряда.
§ 82. Эфирная теория материи.
Анализ материи продвинулся дальше еще на один шаг. Философский взгляд на космос включает в себя в себя предположение существования непрерывной и однородной среды, заполняющей все пространство, и абсолютный вакуум является чем-то немыслимым, и если предположить, что материя, заполняющая все пространство, имеет ту же самую атомную структуру, возникает вопрос: "Чем заполнено пространство между атомами?". Сейчас учеными эта вездесущая среда называется "эфир пространства". Более того, явлению свет требуется такой посредник, как эфир. Кажется, однако, что у эфира пространства есть иная и намного более важная функция, чем передача света: идея, что объяснение матери кроется в эфире, принадлежит сэру Уильяму Лоджу. Свидетельства подтверждают, что материя есть какая-то особенность эфира, возможно, центр напряжения. Мы слишком сильно привыкли думать об эфире как о чем-то исключительно легком или, напротив, массивном и плотном, в чем, кажется, мы заблуждались. Согласно подсчетам сэра Уильяма Лоджа плотность эфира намного больше плотности самой плотной формы материи, не стоит думать о материи, что это разряженный эфир, эфир так же плотен как с материей, так и без нее. То, что мы называем материей, не является плотной субстанцией, оно состоит из числа стоящих на большом расстоянии друг от друга частиц, отсюда его сравнительно малая плотность относительно насыщенного эфира. Далее, если и трудно представить, как такая идеальная жидкость как эфир может породить твердые тела, обладающие такими свойствами, как прочность, непроницаемость, упругость, мы должны помнить, что эти свойства производятся посредством движения. Струя воды, которая движется с достаточной скоростью, ведет себя как твердое и непроницаемое тело, тогда как вращающийся бумажный диск проявляет упругость и проявляет свойства циркулярной пилы(. See Sir OLIVER LODGE, F.R.S.: The Ether of Space (1909)). Таким образом, получается, что древнее учение об алхимической сущности в действительности истинно, что из "Единого" произошли путем видоизменения и приспособления все тела, как мы уже отмечали(§ 60), это похоже на концепцию электрона и семени золото, это семя, как считали алхимики, является общим семенем всех металлов.
§ 83. Еще одно подтверждение сложного строения атомов.
Есть факты, присутствующие в электронной теории, которые требуют изменения атомистической теории Дальтона. Одна из характеристик химического элемента- то, что он имеет спектр, присущий только ему. Следовательно, спектр должен быть связан с его атомами, которые при достаточно высокой температуре могут действовать на эфир таким образом, чтобы вызвать вибрации определенной и характерной длины волны. Итак, во многих случаях число спектральных линий определенной длины волны является значительным, например, сотни таких линий можно увидеть в спектральном излучении железа. Невозможно, чтобы атом, будучи простой единицей, вызывал такое большое число различных и определенных вибраций, единственный разумный вывод, который можно сделать- то, что атом по своей структуре является сложным. Мы можем также упомянуть, что спектроскопическое исследование небесных тел, что существует процесс эволюции создания сложных элементов из простых, тогда как раскаленные туманности, видимо, состоят из нескольких простых элементов, а охлажденные тела представляют собой нечто более сложное.
§ 84. Взгляды Вальда и Оствальда.
Такие видоизменения теории атома, которые мы кратко обсудили ранее, несмотря на глубокую переработку, и имевшую место в действительности полемику с теорией Дальтона в том виде, в котором оны была изначально сформулирована, оставили ее химическое значение практически без изменений. Атомы нельзя было больше считать вечными и не подверженными разложению богами природы, как полагали ранее, таким образом, материализм лишился своего научного базиса (Для критического изучения материализма отсылаем читателя к работе настоящего автора Matter, Spirit and the Cosmos (Rider, 1910), особенно Chapters I. and IV.). Но на химию это никак не повлияло, атомы не являются в действительности элементарными частицами, из которых создано все материальное, но их невозможно разложить чисто химическими способами "элементы" не являются, по сути, элементами, но они химические элементы. Однако атомистическая теория была подвергнута еще большей критике. Вальд утверждал, что вещества подчиняются закон определенных пропорций из-за способа, посредством использования которого их готовят, химики отказываются, пишет он, признать то или иное вещество химическим соединением, если оно не подчиняется этому закону. Мнение Вальда поддержал профессор Оствальд, который попытался вывести еще стехиометрические законы, основываясь на этом, не опираюсь на какую-либо атомистическую гипотезу (W. OSTWALD: "Faraday Lecture," Journal of the Chemical Society, vol. lxxxv. (1904), PP. 506 et seq. See also W. OSTWALD: The Fundamental Principles of Chemistry (translated by H. W. Morse, 1909), especially Chapters VI., VII. and VIII), но, по-видимому, эти новые идеи в целом не были одобрены химиками. Не следует думать, что химики без борьбы уступили такое умственное орудие чрезвычайной полезности как теория Дальтона, несмотря на свои недостатки, она доказала свое право на существование. Однако есть логика и в рассуждениях Вальда и Оствальда, но, видимо, тенденция современных научных теорий и исследований не совпадает с мнениями Вальда. Тем не менее, конечно, создается впечатление, что, с одной стороны, атомистическая теория не обусловлена стехиометрическими законами, с другой стороны, молекулярное строение материи требует феномена, называемого "Броуновское движение", т.е. спонтанного, неупорядоченного, по-видимому, вечно длящегося движение микроскопических частиц твердого вещества, погруженных в жидкую среду, такое движение объясняется только как результат движения молекул, из которых состоит жидкость (об этом особенном явлении см. Prof. JEAN PERRIN: Brownian Movement and Molecular Reality (translated from the Annales de Chimie et de Physique, 8me SИries, September, 1909, by F. Soddy, M.A., F.R.S., 1910).