100 великих научных открытий
Дмитрий Самин
Основы мироздания
Закон простых объемных отношений
Открытие
Гей-Люссаком закона простых отношений объемов реагирующих газов оказало
сильное влияние на развитие теоретической химии. Этот закон вместе с только
что открытым Дальтоном законом кратных отношений лег в основу теории
химических соединений. Гей-Люссак принадлежит к тем химикам, которые в первой
половине XIX века заложили основы классической химии.
Жозеф
Луи Гей-Люссак (1778—1850) родился в небольшом городке Сен-Леонар во
французском графстве Лимузен. Получив в детстве строгое католическое
образование, Гей-Люссак в возрасте пятнадцати лет переехал в Париж. Здесь он
стал обучаться в пансионе Сансье, где вскоре раскрылись его незаурядные
математические способности. С 1797 по 1800 год Гей-Люссак учился в Париже в
Политехнической школе. Преподавал химию в школе известный химик Клод Луи
Бертолле. Между Гей-Люссаком и Бертолле возникла дружба, оказавшая большое
влияние на становление ученого. По окончании курса Гей-Люссак недолго работал
на химических предприятиях. В 1802 году он уже «репетитор» (ассистент) в
Политехнической школе.
В том
же году Гей-Люссак выступил на заседании Академии наук со своим первым
научным сообщением: «Об осаждении оксидов металлов». Воистину 1802 год был
счастливым для молодого ученого: независимо от Джона Дальтона, он открыл
закон теплового расширения газов. Гей-Люссак нередко проводил исследования
совместно с другими видными учеными, что способствовало многим выдающимся
открытиям. Вместе с Жаном Батистом Био Гей-Люссак в 1804 году поднялся на
воздушном шаре, чтобы определить температуру и содержание влаги в верхних
слоях атмосферы. Совместно с Вельтером он открыл дитионовую кислоту. Тесная
дружба связывала Гей-Люссака с Луи Жаком Тенаром, парижским профессором
химии. Их совместная работа привела к значительному усовершенствованию метода
элементного анализа органических веществ.
Гей-Люссак
был превосходным экспериментатором и поэтому смог в скромно оборудованной
лаборатории открыть многие явления и законы, весьма важные для дальнейшего
развития химии.
Уже в
1805 году Гей-Люссак и Александр фон Гумбольдт, изучая отношения объемов
реагирующих газов, установили, что один объем кислорода соединяется с двумя
объемами водорода. Эта работа была тесно связана с дальнейшими исследованиями
газовых реакций Гей-Люссаком.
Поскольку
измерять газы по объему гораздо проще, чем по массе, уже Лавуазье пытался
определить объемные отношения при реакции между водородом и кислородом.
Объемными отношениями между водородом и азотом при разложении аммиака
занимался Бертолле. Таковы были сведения об объемных отношениях при некоторых
газовых реакциях.
Гей-Люссак
продолжил изучение объемных отношений при реакциях газов. Результаты этих
работ он опубликовал в 1808 году в статье «О соединении газообразных тел друг
с другом». Он хотел «доказать, что газообразные тела соединяются друг с
другом в очень простых отношениях и что уменьшение объема, наблюдаемое при
реакциях, подчиняется определенному закону».
Гей-Люссак
открыл закон чисто опытным путем. Он не стремился при выводе этого закона
изучить всевозможные газовые реакции, а ограничился их сравнительно небольшим
числом. На основе этих данных ученый сформулировал закон и сделал из него
выводы. Так, измерив объемы взаимодействующих газов, Гей-Люссаку удалось
правильно установить состав аммиака и пяти оксидов азота.
Ученый,
сопоставив формулировку закона с результатами, полученными другим путем,
нашел, что его закон подтверждается. Он смог опереться и на материалы,
полученные другими исследователями. Например, он использовал известные
определения плотности газов и соответственно соединительные веса негазообразных
веществ.
Очень
важно, что Гей-Люссаку удалось показать, как на основании открытого им закона
можно рассчитать еще неизвестные плотности газообразных веществ: «Наблюдение,
что разные виды горючих газов соединяются с кислородом в простых отношениях
1:1; 1:2, дает нам в руки средство определять плотность паров горючих веществ
или по крайней мере найти ее приближенно. Если мысленно попытаться перевести
все применяемые вещества в газообразное состояние, определенный объем каждого
из них будет соединяться либо с равным, либо с двойным, либо с половинным
объемом кислорода. Теперь, если мы знаем отношения, в которых кислород может
соединяться с горючими веществами, находящимися в твердом или жидком
состоянии, мы можем вычислять объем кислорода и объем паров горючего
вещества, который соединяется с такими же, либо с двойным, либо с половинным
объемом газообразного кислорода».
Ясность
и последовательность изложения Гей-Люссаком своих мыслей и результатов
исследований может служить прекрасным примером для всех естествоиспытателей.
Берцелиус
с большим успехом применил закон Гей-Люссака для определения состава и
количественных характеристик многих элементов и соединений. Работы
французского ученого также существенно помогли укреплению открытого Прустом
закона постоянства состава, который оказался применимым не только для
твердых, но и для газообразных веществ.
В своих
исследованиях Гей-Люссаку необходимо было исходить из качественных наблюдений
и принять во внимание количественные исследования в качестве условий и
критерия для формулировки закона Так возникло в химии представление о связи
между качеством и количеством. Это существенно способствовало преодолению
метафизического понимания природы.
Открыв
закон простых объемных отношений, Гей-Люссак оказал значительное влияние на
формирование атомно-молекулярного учения.
|