Досвід досвіду
У своїх роботах протягом семидесятих і вісімдесятих років ХVІІІ століття Антуан-Лоран Лавуазьє брав вагу як головну і центральну міру кількості речовини; коли він визначив хімічний елемент як хімічно нерозкладається речовину, він взяв втрату ваги як критерій, щоб встановити існування чи ні розкладання.
Покоління хіміків, яке послідувало після смерті Лавуазьє, розробило концепції та гіпотези про атоми, єдиною вимірною властивістю яких була вага. Але оскільки абсолютну вагу чогось настільки малого, як атом, не можна було виміряти, атомні ваги завжди виражалися в одиницях відносно звичайного стандарту.
Визначення відносної атомної ваги атомів кожного елемента включало три практичні питання: по-перше, вибір шаблону; по-друге, визначити формули сполук, з яких слід отримувати ваги; і по-третє, для досягнення максимально можливої точності вимірювання.
У рамках першого покоління хімічних атомістів (пам’ятайте, що існували філософські атомісти і що не всі хіміки були атомістами навіть на початку 20 століття) Джон Дальтон, Хамфрі Деві та Вільям Проут вирішили взяти атом водню за стандарт довільно призначивши йому значення рівно H = 1. З іншого боку, Томас Томсон віддав перевагу кисню з O = 1; Вільям Волластон також зупинив свій вибір на кисні, але з O = 10, як це зробив Йонс Яків Берцеліус, але він віддав перевагу O = 100. Однак до середини XIX століття практично всі хіміки прийняли водень як стандарт (який, до речі, є який, модифікований, використовується сьогодні у вигляді 12 С = 12, що залишає протий дуже близьким до 1).
Протягом XIX століття хімікам довелося визначати (або вважати, якщо емпіричне визначення виявилося неможливим) формули хімічних сполук, що використовувались для обчислення атомних ваг. Так, наприклад, дані Далтона (1810) вказували, що вода складається з 87,5% кисню і 12,5% водню. Передбачалося, що молекули води складаються з атома водню та атома кисню (HO), тож якщо взяти H = 1, то O = 7. Навпаки, Дейві (1812) та Берцеліус (1814) починали з H2O як формули для води, тому Деві дійшов висновку, що O = 14. Берцеліус, зі свого боку, набагато точніший в аналітичному процесі, прийшов до визначення, що кисень становить 88,8%, що означало, що якщо H = 1, то O ≈ 16. Це призвів до суперечки з Далтоном.
Оскільки на початку 19 століття не було фізичних методів визначення формул сполук, різні припущення про формули призвели до суперечливих систем атомних ваг, багато з яких давали ваги для атомів елемента, що відрізнялися невеликим природним числом. (наприклад, O = 8 та O = 16). Минуло майже півстоліття, щоб поступово дійти до методів, які дозволять досягти консенсусу. На початку 1960-х років більшості європейських хіміків вдалося домовитись про єдину систему атомних ваг і формул, майже ідентичну тій, що використовується сьогодні. Однак група незводимих галів все ще стверджувала, що формула води до останнього десятиліття століття була HO.
Суперечка між Далтоном та Берцеліусом щодо кисню, водню та води також підкреслює важливість точності та точності гравіметричного аналізу сполук з метою правильного визначення атомних ваг. Варіативність, включена в вимірювання, залишала місце для деяких "елегантних" гіпотез. Таким чином, оскільки багато атомних ваг виявилися близькими до натуральних чисел, якщо H = 1, Проут і Томсон вважали, що всі атомні числа повинні бути натуральними числами. Якби це було правдою, усі атоми мали б складатися з субатомних частинок, що представляють одиниці ваги; можливо ці частинки були однаковими атомами водню. "Гіпотеза Проут" була спочатку запропонована в 1815 році.
Берцеліус відкинув гіпотезу на основі експериментальних даних. Томсон та інші, за його словами, дозволяють своїм смакам і пристрастям впливати на їх об'єктивність. Незважаючи на це, обмін даними та дискусії між Берцеліусом, Юстусом фон Лібіхом, Жаном-Батистом-Андре Дюма, Шарлем Маріньяком та іншими між 1838 і 1849 роками щодо ваги важливих елементів водню, вуглецю та кисню вийшли на перший план. експериментальні дані Берцеліуса щодо вуглецю дали йому вагу на порядок на 2% вищу, ніж мав би бути. Переглянуті ваги дорівнювали 1, 12 та 16 майже точно, що дало новий поштовх гіпотезі Проута. Пізніше робота Жана Серве Стаса (з використанням O = 16 як стандарту) продемонструвала поза розумним сумнівом, що атомні ваги не є натуральними числами, що, здавалося, завдало остаточного удару гіпотезі Проута, і встановила значення, що згодом вони будуть використані при побудові періодичної системи елементів.
Найточніші чисто хімічні визначення атомних ваг здійснював би Едвард Морлі (кисень, 1895 р.) І, перш за все, Теодор В. Річардс, який визначив атомну вагу 55 елементів з такою точністю, що його першим вдалося знайти про існування ізотопів хімічними методами при порівнянні зразків мінерального свинцю та свинцю, отриманого ядерним розпадом. За ці роботи Річардс отримав Нобелівську премію в 1914 році.
Після розробки мас-спектрометра атомні ваги вже можна було визначати з великою точністю і набагато легше.
Про автора: Сезар Томе Лопес - науковий комунікатор та редактор "Картування незнання"