Дальтон. Атомная теория

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.

Основателем Религиозного общества Друзей является английский религиозный отступник Джордж Фокс (1624-1691). С тех пор квакеры, как их называли, и существуют в качестве отдельной общины. Ее название происходит от английского слова quake ("трепетать"), поскольку во время процесса Фокс призвал суд "трепетать перед Словом Господним". Набожный с детства Фокс и сам хотел стать пастором, но он часто критиковал своих учителей, которые были не прочь приложиться к бутылке. Он много путешествовал по Англии в поисках собственного пути, выстраивая свои идеи, навеянные чтением Библии. В 1648 году Фокс начал проповедовать, призывая следовать Писанию, общественной справедливости, нравственности и благовоспитанности. В 1650 году он был заключен в тюрьму по обвинению в богохульстве. Позже ему вменяли также отказ взяться за оружие. Пока Фокс был в тюрьме, число его последователей росло. После освобождения его речи приняли более острый характер, Фокс выступал не только против англиканской церкви, но и против католической, преобладающей в Ирландии. В 1671 году он уехал в Америку, где уже появились общины квакеров, а после возвращения путешествовал с проповедями по Северной Европе.

Джордж Фокс.

У квакеров вместо официального символа веры — множество разных доктрин. Но все они — "люди мира". У них нет священников, пасторов, таинств, они исповедуют простую, честную и мирную жизнь. Их богослужением являются молчаливые собрания, прерываемые комментариями Библии. Сегодня по всему миру рассеяно 300 тысяч квакеров. Религиозное общество Друзей в 1947 году получило Нобелевскую премию мира.

Сведения о финансовом состоянии семьи Джона Дальтона могут показаться читателю излишними, как и информация о его религиозных взглядах, но мы все же упомянем об этом, потому что трудно понять работы и открытия ученого, не зная ничего о его детстве, которое определило образование и характер Джона. Единственной его целью было усвоение и распространение знаний — именно этим было обусловлено добровольное заточение ученого в Манчестере. Его редко можно было встретить на улицах этого города, за исключением посещений общества Lit & Phil, центральной библиотеки или непременной игры в кегли по четвергам в закусочной The Dog and the Partridge Inn ("Собака и куропатка"). Камберленд был в те времена процветающим промышленным центром с несколькими крупными торговыми портами, через которые шла торговля с Америкой, провозгласившей независимость в 1776 году (в 1783-м эта независимость была признана Великобританией). Религиозные взгляды и строгость Джорджа Фокса были встречены здесь с энтузиазмом. Более того, ученый обратил в свою веру многие семьи и даже целые деревни. Кстати, торговые интересы вполне соответствовали его модели общества и этике — до такой степени, что через общины Религиозного общества Друзей устанавливались прочные связи с квакерами из процветающего промышленного Мидленда, успешными торговцами из Лондона, состоятельными жителями Филадельфии. Кроме того, многих членов общины объединял живой интерес к образованию и натурфилософии. Эти связи играют важную роль для понимания образовательной среды, в которой вырос и сформировался Джон Дальтон.

Вслед за Джимом Уайтингом и Мэрилом Морано, биографами Джона Дальтона, некоторые авторы, например Элизабет Паттерсон, утверждают, что...

"[...] квакеры испытывали настоятельную нужду отделиться от других религий, и это чувство исключительности, призванное защитить их собственные верования, трансформировалось в особое внимание к воспитанию самых юных. Отсюда происходит желание квакеров иметь собственные школы и собственных учителей".

Это мышление определило всю жизнь Дальтона. Его обучение началось в маленькой школе Пардшоу-холл, куда он ходил каждый день вместе со своим братом Джонатаном, преодолевая пешком более трех километров. В тот период промышленного расцвета, когда детский труд был распространен повсеместно, а читать умел один англичанин из 200, сама возможность ходить в школу считалась почти что привилегией. В своем скромном классе Дальтон быстро привлек внимание учителя, Джона Флетчера, который и увлек мальчика наукой. Джон с восторгом читал все книги, которые приносил ему Флетчер. К сожалению, вскоре учитель покинул школу, и она закрылась.

Взамен община открыла другую школу, в Иглсфилде, располагалась она в скромном амбаре, а роль учителя доверила Дальтону, которому было всего 12 лет. Мальчик оказался перед классом, который составляли ученики гораздо старше его, и Джон часто наталкивался на грубость и язвительность. С большим трудом ему удалось заставить некоторых ребят выучить алфавит. Это был довольно суровый опыт, и о нем свидетельствуют несколько историй, возможно выдуманных. Якобы Дальтон запирал учеников в темноте до тех пор, пока они не выучат урок, а спор с одним из учеников будто бы дошел до драки. Рассказывают также, что он подвергал своих учеников телесным наказаниям. Однако этот обычный в ту эпоху в Англии метод воспитания вызывает удивление, когда речь идет о нашем герое. Возможно, Джона спутали с его старшим братом Джонатаном, который преподавал несколькими годами позже в соседнем городе Кендале.

В то время любознательность Дальтона привлекла внимание видного члена Религиозного общества Друзей Элиу Робинсона (1734-1809) — натурфилософа, имевшего склонность к литературе и метеорологии. Он заразил юного Дальтона этим увлечением, которое осталось с ученым на всю жизнь. Дальтон настолько восхищался Робинсоном, что по собственной воле переписал слово в слово целое издание, посвященное философии и математике. Они вместе участвовали в математических конкурсах, объявленных разными журналами, и получали за это скромное, но не ничтожное вознаграждение. Джон Дальтон вспоминает в дневнике — вообще осталось очень мало его рукописей — свое восхищение и благоговение перед Робинсоном, в библиотеке которого он провел столько часов отрочества.

Джон Дальтон, репродукция портрета кисти Бенджамина Ролиисона Фолкнера (1787-1849), написанного в 1841 году для Королевского общества.

Памятная доска на доме, в котором родился Джон Дальтон в Иглсфилде, графство Камберленд, Англия.

Пардиюу-холл — школа, в которой учился Джон Дальтон.

В 1781 году старший брат Джонатан попросил Джона, которому в ту пору было 15 лет, помочь ему преподавать в новой квакерской школе в Кендале, богатом городке в 60 километрах от их родного Иглсфилда. Школой управлял их двоюродный брат Джордж Бьюли, и благодаря покровителям она была хорошо оснащена — здесь имелись телескоп, хороший микроскоп и несколько гидравлических машин; кроме того, преподавателям платили более чем достойное жалованье. Джон Дальтон охотно принял это предложение. Через четыре года братья Дальтоны купили эту школу у Бьюли на деньги, которые получил их отец по закладной за земли. К братьям присоединилась и сестра Мэри, которая управляла школой и занималась учениками-пансионерами. Дела шли хорошо, в самые удачные годы в школе насчитывалось до 60 учеников, не считая тех, кто оплачивал индивидуальные занятия. В небольшом рекламном объявлении братья Дальтоны так представляли свою школу:

"Воспитанники обучаются английскому языку, латыни, греческому и французскому, а также письму, арифметике, счетоводству и математике. По желанию за умеренную плату возможно проживание в доме учителей..."

Помимо преподавания в школе, неутомимый Джон Дальтон читал лекции и участвовал в публичных дебатах в таких областях, как механика, оптика, пневматическая химия и астрономия, используя для этого материалы, приобретенные школой на пожертвования благотворителей. Как это было принято в квакерской общине, Дальтон присутствовал на семинарах, проводимых его единоверцами, которые заезжали в Кендал. Знания юноши росли, как и его любознательность.

Джон Дальтон продолжал педагогическую деятельность в Кендале до смерти отца, после чего Джонатан вынужден был вернуться в Иглсфилд, чтобы вступить в наследство. Его отъезд стал облегчением для обоих братьев. Джонатан был приверженцем жестких методов преподавания, поэтому ученики его не любили. В то же время и сам Джон задыхался в узком мирке Кендала. У него появилось довольно много знакомых. Особо отметим дружбу Дальтона с преподавателем Джоном Банксом и Джоном Гауфом (1757-1825), ученым-натуралистом, который был на десять лет старше Дальтона. Гауф из-за осложнения после оспы в детстве ослеп, но несмотря на это в глазах других людей и, разумеется, Дальтона был гением. Гауф преподавал латынь и древнегреческий, а также французский и испанский языки, также он был видным математиком, астрономом, химиком и ботаником. Дальтон отзывался о коллеге с большим восхищением:

В 1790 году Дальтон часто писал своему двоюродному брату Джорджу Бьюли и первому наставнику Элиу Робинсону, удачливому торговцу. Также он советовался с Джоном Гауфом и со своим дядей по материнской линии Томасом Гринапом, важным адвокатом при коллегии адвокатов в Лондоне. Дальтон писал о том, что хотел бы уехать из Кендала, чтобы изучать медицину или право. О духовном образовании не могло быть и речи, поскольку у квакеров не было священников. Дальтон, возможно, первый и последний раз в жизни выказывал честолюбивые намерения — скорее всего, причиной этому был юношеский пыл. Он писал своим блестящим знакомым, что немногие люди, имевшие склонности к торговле, деловому поприщу или изучению натурфилософии, удовлетворились бы ролью школьного учителя. Если бы он посвятил себя какой-нибудь уважаемой профессии, это позволило бы ему получить более существенный доход для него и для общины. Дальтон считал, что может изучать медицину в шотландском университете Эдинбурга, зная о том, что квакеры, отступившие от официальной англиканской церкви, не имели права учиться в Оксфорде и Кембридже. К своему удивлению, Джон не получил от своих корреспондентов обнадеживающих ответов. Его дядя, к примеру, написал, что люди в его финансовом положении не могут себе позволить изучать медицину и право. Он советовал Дальтону изучать вместо медицины фармацевтику или подумать о карьере клерка, а не адвоката, и только потом — когда он с успехом завершит образование и будет обладать небольшим капиталом — устраивать жизнь по своему усмотрению.

Такая реакция остудила пыл Джона на год. Он снова начал читать свои научно-популярные лекции и в 1792 году впервые поехал в Лондон на ежегодное собрание Общества Друзей. Последствия этого короткого пребывания в британской столице не заставили себя ждать: Дальтон получил предложение преподавать математику и натурфилософию в Манчестере в новой академии, которую квакеры готовились открыть в этом промышленном городе вместе с другими общинами религиозных отступников, такими как социнианцы и унитарианцы.

Хотя первый наставник Дальтона в Иглсфилде Элиу Робинсон привил ему страсть к метеорологии (да и могло ли быть иначе в графстве с таким изменчивым климатом, как Камберленд?), именно слепой Гауф подвигнул Дальтона вести наблюдения. Это занятие вошло у юноши в привычку и превратилось почти в наваждение. Первые его записи датированы 24 марта 1787 года, когда Дальтону был 21 год, а последние сделаны накануне его смерти в Манчестере, 26 июля 1844 года. Между этими двумя датами — то есть на протяжении почти 60 лет — ученый сделал более 200 тысяч записей о температуре, влажности, давлении, он фиксировал наблюдения о дожде и ветре. Дальтон публиковал эти записи вместе со своим анализом — первый небольшой том вышел в Манчестере под названием Meteorological observation and essays ("Метеорологические наблюдения и этюды") в 1793 году.

Инакомыслие объединяет многих верующих ученых — достаточно вспомнить о противостоянии Галилея и католической церкви или Кеплера и лютеранской церкви. Ученые часто становились жертвами предрассудков и предубеждений. Джон Дальтон принадлежал к общине квакеров, которые вместе с последователями социнианского, унитарианского и христадельфианского учений — это лишь самые известные течения того времени — были лишены доступа к университетам. Главное отличие их взглядов от официальной доктрины состояло в том, что они отрицали учение о Троице. Бог был един с их точки зрения, и Иисус из Назарета не существовал до своего рождения. Хотя все отступники признавали Христа божеством, они не считали его Божьим сыном и не верили в Святого Духа. Их верования были основаны на личном прочтении библейских текстов. Защищая свои убеждения, а также испытывая необходимость дать своим членам хорошее образование, некоторые общины объединялись и основывали собственные школы и академии. Так поступили квакеры, социниане и унитаринцы в Манчестере, где преподавал Дальтон.

Другое огромное увлечение Дальтона до того, как он погрузился в химию, было также передано ему квакером Джоном Гауфом. Это была ботаника. Дальтон собирал растения, высушивал их, клал под пресс и скрупулезно классифицировал по универсальной системе биноминальной номенклатуры, предложенной знаменитым шведским ботаником Карлом Линнеем. К 1790 году Дальтон закончил биноминальную классификацию большинства растений в районе Кендала и описал их в 11 томах. Эти труды были проданы местному музею Кендала с весьма прозаической целью — ради получения дополнительного дохода, поскольку ученый в те годы нуждался в деньгах. Однако этот трудный период закончился в 1793 году с переездом в Манчестер.

С тех пор и в течение 50 лет до самой смерти в Манчестере Джон Дальтон был одержим одной-единственной мыслью — посвятить себя научным исследованиям. Он забыл обо всем остальном, поскольку у него 4ни на что другое не было времени". Ученый сотрудничал со многими журналами и писал самые разные статьи, в том числе о человеческих отношениях. Например, он рассуждал о необходимости носить кольцо после свадьбы, о выгодах и недостатках развода и повторного брака, о пользе любовных консультаций... В то же время его собственные романтические отношения, по крайней мере те, о которых нам известно, ограничились коротким периодом помолвки с одной вдовой, продлившимся чуть больше недели. В 1794 году Джон Дальтон написал по этому поводу:

"Во время этого короткого заточения я лишился аппетита, начал заикаться и выказывал явные признаки умственного порабощения. Но через неделю я вновь обрел свободу. (...) Моя голова слишком занята треугольниками, химическими реакциями и электрическими опытами, чтобы я думал о свадьбе".

В следующей главе мы более подробно рассмотрим роль, которую сыграл Джон Дальтон в развитии химии своего времени. Но, оставаясь верными хронологическому изложению, выскажем несколько полезных наблюдений. Джон Дальтон, как и другие английские химики того времени, интересовался изучением газов и горючих веществ, что было прямым следствием произошедшей в Великобритании промышленной революции.

Шведский ученый Карл Линней (1707- 1778) считается отцом современной таксономии или, проще говоря, научной классификации живых существ.

Его главный труд — Sistema Naturae ("Система природы·, 1735) — для многих стал отправной точкой зоологической классификации: живые существа в нем разделены по классам, группам, видам и родам. В конечном счете это классификация божественных созданий, как думал сам ученый. Джон Дальтон в свою очередь, увлекшись биологией, использовал систему Линнея для классификации растений в своем родном городке Иглсфилде. В этой системе, называемой биноминальной номенклатурой, первое латинское название обозначает род, а второе — вид. Род может быть общим, а вид является конкретным определением: эта пара напоминает сочетание имени и фамилии. Например, Panthera leo обозначает льва, Panthera tigris — тигра. А известный нам Homo sapiens означает "человек разумный".

Стоит упомянуть несколько имен, например — в хронологическом порядке — Джозефа Блэка (1728-1799), шотландского медика и химика, который установил разницу между теплотой и температурой, а также ввел в обиход принятые и сегодня понятия теплоемкости и скрытой теплоты при изменении состояния. Уточним, что изучение скрытой теплоты при изменении состояния и теплоемкости сыграло решительную роль в истории появления паровой машины, в частности для работ шотландца Джеймса Уатта (1736-1819). Но Блэк более известен как первооткрыватель углекислого газа (СO₂), который он назвал фиксированным воздухом. Ученый закрыл мышь и свечу в емкости, заполненной углекислым газом. Свеча погасла, мышь погибла. Так Блэк доказал, что углекислый газ непригоден для дыхания.

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.

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.

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".

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.

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).

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).

При постоянной температуре растворимость газа в единице объема жидкости прямо пропорциональна давлению этого газа над раствором.

Уильям Генри, закон Генри (1803)

С первых лет пребывания Дальтона в Манчестере его большим другом был коллега Уильям Генри, сын Томаса Генри и ученик Томаса Персиваля, которые рекомендовали Дальтона в Lit & Phil. Генри повезло больше, чем Дальтону, поскольку у него была возможность изучать медицину в университете Эдинбурга, но из-за плохого здоровья он прервал врачебную практику и целиком посвятил себя химическим исследованиям. Полученные Генри результаты хорошо известны и сегодня, особенно закон, носящий его имя (закон Генри), который изучал и Дальтон. К нему мы еще вернемся.

Уильям Генри сыграл значительную роль в начале научной карьеры Дальтона. Помимо их общих открытий в области растворимости газов, именно Генри вдохновил Дальтона на изучение массы первых частиц. Но при этом сказалось влияние не только Генри. В 1796 году Дальтон прослушал около 30 лекций по химии доктора Томаса Гарнетта (1776-1802), что, по всей видимости, и определило его выбор. Он решил посвятить себя исследованиям в области химии еще и потому, что на примере Гарнетта убедился: можно существовать безбедно, давая уроки и читая лекции.

С 1794 по 1802 год Дальтон не щадил себя: он преподавал, читал лекции, занимался исследованиями в Lit & Phil. Ученый интересовался не только способностью различать цвета, но и целым рядом других вопросов, в частности связанных с атмосферными явлениями (его первой страстью), а также с промышленной жизнью Манчестера (этому были посвящены труды о тепловом расширении газов, о механической конденсации воздуха, природе газовых смесей и, конечно, силе водяного пара). Так, всего за один месяц, в октябре 1801 года, он представил четыре работы о состоянии газов. В конце 1802 года Дальтон опубликовал первый научный труд по химии, в котором рассуждал о возможных соединениях кислорода и азота. Эти размышления легли в основу закона кратных отношений.

Генри родился в Манчестере в 1774 году, он был сыном Томаса Генри и учеником Томаса Персиваля — оба хирурги и члены Королевского общества. В 1795 году он начал изучать медицину в университете Эдинбурга, а в 1807-м завершил обучение. По состоянию здоровья Генри оставил врачебную практику и посвятил себя исследованиям в области химии. Получил известность благодаря опытам с количеством газов, поглощаемых водой при различных температурах и давлении (1803). Его книга по химии "Элементы экспериментальной химии· была переиздана 11 раз за 30 лет. В 1836 году ученый застрелился в своей личной часовне в Пендлбери.

Знаменитый закон Генри гласит, что при постоянной температуре объем газа, растворенного в единице объема жидкости, прямо пропорционален давлению этого газа над раствором, если жидкость и газ не действуют друг на друга химически. Мы можем сформулировать этот закон, вслед за современными школьными учебниками, следующим образом:

S=k · P,

где S — растворимость, или концентрация газа в растворе, к — коэффициент Генри, зависящий от температуры и природы газа и раствора, а Р— парциальное давление газа над раствором. Знакомый всем пример действия этого закона — газированные напитки. Во всех этих жидкостях растворена двуокись углерода СO₂, и давление этого газа больше атмосферного. Когда мы открываем бутылку, давление уравнивается, и часть газа начинает выделяться из напитка, в результате чего образуются пузыри. Если бутылку оставить открытой, вкус напитка изменится, поскольку весь газ выйдет. Точно так же этот закон действует на ныряльщиков во время погружения. Они вдыхают сжатый воздух, который растворяется в крови. При всплытии понижается растворимость газов в крови, что влечет за собой риск образования маленьких пузырьков, которые мешают нормальной циркуляции крови и могут привести к смерти. Именно поэтому необходимо подниматься после погружения медленно.

Кислород может соединяться с определенным количеством азота или уже с удвоенным таким же, но не может быть какого-либо промежуточного значения количества вещества.

Джон Дальтон, закон кратных отношений (1802)

Этот вывод из доклада Дальтона "О соотношении различных газов или жидкостей, содержащихся в атмосфере, а также о механическом или химическом растворении газов в жидкостях" основывается главным образом на его вере в теорию Ньютона. Дальтон считал, что увеличение объема (расширение) газа при уменьшении давления связано с тем, что составляющие его идентичные или, по крайней мере, однородные частицы отталкиваются друг от друга с силой, обратно пропорциональной расстоянию, их разделяющему. Для Дальтона это был еще один пример действия закона всемирного тяготения, сформулированного Исааком Ньютоном в 1687 году. Ученый постоянно пытался применить теорию Ньютона к воздуху. Доказав, как и Лавуазье несколькими годами раньше, что воздух является не соединением газов, а их смесью, он опытным путем подтвердил закон, который мы сегодня знаем как закон парциального давления газов. Дальтон сделал вывод, что частицы водяного пара не отталкивают частицы других газов, содержащихся в воздухе, по той простой причине, что они различны.

И это объясняет тот факт, что они свободно циркулируют в атмосфере. Несмотря на ошибку, которая заключалась в объяснении с использованием теории Ньютона, это доказательство принесло Дальтону известность за пределами Англии. Его доклад, названный *О диффузии газов другими газами*, вызвал огромную полемику в научном сообществе. Почему отталкивающую силу можно наблюдать только в некоторых случаях?

Ответ на этот вопрос уводит Дальтона от теории Ньютона, он начинает задумываться о том, что существуют конечные неделимые частицы, из которых состоят вещества, образующие воздух. Так Дальтон приступил к разработке понятия атомной структуры.

В то же время близкий друг Дальтона Уильям Генри уже представил свои результаты, касающиеся растворимости газов в жидкостях. Дальтон еще раз подтвердил выводы Генри. Это означало, что если растворимость газов зависит от давления (другими словами, от силы), значит она должна иметь механическую причину. Это было очевидно и Генри, и Дальтону, который снова обратился к исследованиям и чуть позднее, в 1802 году, представил труд "О поглощении газов водой и другими жидкостями" (правда, работа была опубликована лишь три года спустя). В двух словах, растворимость газов — это не просто химическая реакция, но некое количество механических действий между частицами, которые зависят от размеров этих частиц (то есть от атомов, от атомной массы).

Закон кратных отношений, или закон Дальтона, сформулированный в 1802 году, — очень важный закон среди так называемых стехиометрических. Он гласит, что "если два вещества образуют друг с другом более одного соединения, то массы одного вещества, приходящиеся на одну и ту же массу другого вещества, относятся как целые числа, обычно небольшие". Другими словами, если атом вещества А соединяется с одним и с двумя атомами вещества 8, соотношение массы вещества А и 8 будет 1:2. Классический пример — оксиды меди, в которых А — это кислород, а 8 — медь:

— CuO: 79, 89% (Cu), что равно 3, 973 грамма меди на 1 грамм кислорода;

— Cu₂O:88, 82% (Cu), что равно 7, 945 грамма меди на 1 грамм кислорода.

Мы видим, что соотношение 3, 973/7, 945 приблизительно составляет 1:2. Рассмотрим другой пример с оксидами азота.

Этот закон 1803 года невозможно было бы сформулировать проще: "Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений всех газов, составляющих смесь".

Этот закон обычно служит для расчета давления газа при взаимодействии с водой. Общее давление будет равно сумме давления газа и давления водяного пара при определенной температуре. Так, если давление равно 766, 7 мм ртутного столба, а температура — 27°С (что означает давление водяного пара, равное 26, 7 мм ртутного столба согласно известным таблицам), давление газа будет равно (766, 7-26, 7) = 740 мм ртутного столба.

В очередной раз Дальтон опирался на работы Ньютона.

С 1802 по 1805 год одно за другим следовали выступления, публикации, различные опыты и проверка уже полученных результатов. Прежде чем перейти к понятию атома в следующей главе, отметим, что в трудах 1802 года Дальтон использовал понятие "конечная частица", а не "атом". Он широко применял диаграммы, чтобы наглядно показать состав атмосферы, изображая разными символами известные ее элементы: кислород, азот, углекислый газ и водяной пар. В работах 1803 года Дальтон немного изменил свою теорию и объяснил отталкивание конечных частиц через атмосферное тепло. Лавуазье уже высказывал подобную мысль. Помня об этом, Дальтон стал изучать отталкивающую силу одних и тех же частиц. К понятию этой "особой" отталкивающей силы он добавил впоследствии понятие "особого веса". В день рождения ученого, 6 сентября 1803 года, в его лабораторной тетради появились заметки, имеющие историческую важность: он смог впервые составить таблицу атомной массы молекул и известных веществ — эти понятия в то время накладывались друг на друга. Атомная теория начала вырисовываться. Оставалось только окончательно сформулировать ее.