Лаборатория химических историй. От электрона до молекулярных машин

Эти рассуждения, приведенные в семи вышестоящих строках, все же требуют для понимания некоего умственного напряжения. Поразительно то, что Авогадро сумел заметить закономерность, не имея возможности записать все в виде компактных формул. Окончательный вывод: в объеме 1 л помещается одинаковое количество частиц и водорода, и хлористого водорода. Проведенное рассуждение полностью справедливо в отношении всех газов. Теперь мы можем сформулировать сам закон: равные объемы газов (при одинаковых температуре и давлении) содержат одинаковое количество частиц, то есть молекул. В результате произошло четкое разделение понятий «атом» и «молекула». Двухатомные газы представляют собой молекулы, и эти понятия стали фундаментальными в атомно-молекулярном учении. Если для выведения закона все же требуется некоторое усилие мысли, то окончательная формулировка, предложенная Авогадро в 1811 г., предельно проста и понятна.

Амедео Авогадро почти всю жизнь провел в Турине, где около 30 лет возглавлял кафедру университета. Это был исключительно скромный, лишенный честолюбия человек, сохранивший до глубокой старости интерес к науке и творческую активность. Судьба закона при жизни Авогадро была печальной: закон попросту не поняли либо, скорее всего, не обратили на него внимания. Вероятно, самая жаркая критика и резкое неприятие лучше, чем равнодушие и забвение.

Спустя почти 50 лет известный итальянский химик С. Канницаро обратил внимание ученых на результаты работы Авогадро, и закон получил широчайшее распространение. Из этого закона следует один важный вывод. Допустим, вы начали определять плотность различных газов, то есть массу 1 м³ каждого газа. Экспериментально найденные плотности, естественно, различаются между собой. Теперь вспомним закон Авогадро – в каждом кубометре газа одинаковое количество частиц, независимо от химической природы газа. Следовательно, плотности различаются только потому, что различны молекулярные массы взятых газов. Полученный вывод позволяет взять один газ с известной молекулярной массой (например, водород) и путем сопоставления плотностей вычислить молекулярные массы других газов (метана, этана, пропана). Созданный закон открыл широкие возможности для экспериментальной химии. В 1911 г. в Турине состоялся международный химический съезд, посвященный столетию открытия закона Авогадро, были изданы труды ученого и открыт памятник.

Логика Авогадро оказалась безупречной, а правильность его закона позже подтвердил Дж. Максвелл расчетами на основе кинетической теории газов. Затем были получены и экспериментальные подтверждения (например, основанные на исследовании броуновского движения), определено количество частиц, содержащихся в моле каждого газа. Эту константу 6,02•10²³ назвали числом Авогадро, увековечив имя проницательного исследователя.

Опередившие время

Бывают случаи, когда сделанное открытие намного опережает существующий уровень знаний, и тогда практически никто не может предсказать его судьбу, в том числе и сам автор.

М. Фарадей, открывший явление электромагнитной индукции, на вопрос своего учителя Г. Дэви, где удастся его применить, ответил, что, вероятно, можно будет делать какие-нибудь игрушки. Оказалось, что создавать можно совсем не игрушки – на этом открытии основана вся современная электроэнергетика.

В 1827 г. датский химик В. Цейзе получил необычную соль, в которой, помимо неорганических ионов, присутствовала нейтральная органическая молекула этилена – KCl • PtCl₂ • C₂H₄

• H₂О. Состав соединения, названного солью Цейзе, вызвал удивление, но формулу, предложенную автором, химики, среди которых был авторитетнейший Ю. Либих, никак принять не могли. Естественно, и автор не мог объяснить строение и тем более предсказать судьбу нового соединения. Ученые смогли понять ее строение лишь в 1950-х гг. (спустя почти 130 лет!), когда стала интенсивно развиваться химия комплексов переходных металлов. В современном написании соль Цейзе выглядит несколько иначе. Пунктирная линия от молекулы этилена к атому платины обозначает π-комплексную связь (рис. 9.9). В настоящее время химия π-комплексов переходных металлов представляет собой крупную главу современной науки.

Английский физик Э. Резерфорд, лауреат Нобелевской премии 1908 г. по химии, впервые осуществивший в 1919 г. искусственное расщепление атома азота до атома кислорода с помощью α-частиц, считал чистым вздором надежды на то, что таким способом можно будет получать энергию. Свою уверенность Резерфорд передал ученику, немецкому ученому О. Гану, который в 1934 г. буквально высмеял известного химика Иду Ноддак, обратившуюся к нему с идеей расщеплять атомы с помощью нейтронов. О. Ган посоветовал И. Ноддак не выступать публично с подобными мыслями, чтобы не потерять репутацию хорошего ученого.