Суммируя результаты своих предыдущих работ, в 1808 г. Джон Дальтон опубликовал труд «Новая система химической философии» («А New System of Chemical Philosophy»), в котором подробно изложил свою атомистическую теорию. Выдвигая новую версию атомистической теории, опиравшуюся на законы постоянства состава и кратных отношений, Джон Дальтон как дань уважения Демокриту и Левкиппу сохранил термин «атом» и назвал так считавшиеся в то время неделимыми мельчайшие частицы, составляющие материю. Подобно античным атомистам, Джон Дальтон исходил из положения о корпускулярном строении материи, но, принимая во внимание развитое Лавуазье понимание химического элемента, пришел к выводу, что все атомы каждого отдельного элемента одинаковы и характеризуются, кроме других свойств, еще и определенной массой, которую он называл атомным весом. Однако Дж. Дальтон рассматривал понятие об атомном весе только в относительном смысле, считая, что определить абсолютный атомный вес невозможно.
Дальтон выдвинул следующие основные положения химической атомистики:
1. Все вещества состоят из атомов. Это самые мельчайшие частицы вещества, неделимые и неразрушимые.
2. Все атомы данного элемента идентичны по своим свойствам, в том числе и по атомному весу (в современном понимании — атомной массе).
3. Атомы различных элементов имеют различные свойства, в том числе и различный атомный вес (атомную массу).
4. Атомы различных элементов могут соединяться между собой в простых целочисленных соотношениях, образуя химические соединения.
5. При разложении соединения (сложного атома) из него получаются исходные атомы в неизменившемся виде, которые затем могут образовать то же самое или другое соединение.
Разнородные атомы способны соединяться между собой в различных соотношениях, но вследствие своей неделимости, они вступают в соединение только целыми единицами. Соответственно, строение «сложных атомов», образованных всегда из целого числа различных элементарных атомов, объясняет кратность отношений в составе химических соединений. Отметим, что кажущееся противоречие положения о неделимости атома и химической делимости «сложного атома», например углекислоты (CO2), Дальтон разрешал следующим образом: «хотя такой атом может быть разделен, однако он перестает тогда быть углекислотой, будучи разложен при этом разделении на уголь и кислород»{314}. Несмотря на то, что Дальтон признавал существование сложных атомов, он отрицал взаимодействие между собой атомов одного и того же элемента.
Обобщению атомной теории способствовало употребление специальных символов, предложенных Джоном Дальтоном для обозначения отдельных атомов элементов. Необходимо подчеркнуть, что история химии знала и более ранние попытки использования специальной символики, начиная с алхимической эпохи. Однако прежде графические символы применяли для изображения веществ или, значительно реже, химических операций. Символика Дж. Дальтона впервые позволила отображать качественный и количественный состав соединений. Приходится признать, что графические символы Дальтона достаточно сложны и оказались пригодными для выражения состава лишь самых простых соединений. Однако эта плодотворная идея позднее была усовершенствована в работах Йенса Якоба Берцелиуса (см. гл. 8, п. 8.10). Он упростил способ представления химических уравнений и ввел химическую символику, которая в общих чертах сохранилась до сегодняшнего дня.
Важнейшим аспектом химической атомистики Дж. Дальтона стало впервые отчетливо показанное представление о качественной разнородности атомов различных элементов, которую автор теории мыслил как следствие неких глубинных внутренних различий атомов, проявляющихся в нетождественности их весов и размеров.
Эта идея принципиально отличала атомистику Дальтона от корпускуляристских концепций Р. Бойля или И. Ньютона, предполагавших изначальную качественную однородность мельчайших частиц. В отличие от сторонников идеи об однородности корпускул Дальтон допускал, по его выражению, «существование значительного количества элементарных начал… которые никогда не могут превращаться одно в другое при посредстве находящихся в нашем распоряжении сил»{315}. Сравнение этого заключения Дж. Дальтона с идеей А.Л. Лавуазье о химических элементах (см. гл. 6, пп. 6.7.2–6.7.3) показывает, что химическая атомистика позволила соотнести между собой разошедшиеся в древности понятия атома и элемента (см. гл. 3). Сближения двух фундаментальных понятий химии Дальтон достиг положением о том, что каждому элементу соответствует определенный вид атомов.
Символы некоторых химических элементов и формулы соединений, предложенные Дж. Дальтоном
C современной точки зрения атомистическое учение Дж. Дальтона можно расценить как поворотный момент в развитии всей химии. Английский ученый установил взаимосвязь между эмпирически измеримыми характеристиками веществ и теоретическими представлениями об их атомном строении. В результате такой взаимосвязи атом из философской идеи или абстрактно-механической модели превратился в конкретное химическое понятие{316}. Помимо этого, атомистика Дальтона сделала более определенной и ясной концепцию химического элемента, а также способствовала возникновению научных представлений о сущности химической реакции и объяснила прерывность весовых отношений в химических соединениях. По мнению некоторых исследователей, с атомистики Дальтона начался новый период развития научных представлений о веществе — этап познания его строения после того, как были пройдены этапы познания его свойств (алхимия, ятрохимия) и состава (аналитическая химия XVII–XVIII вв.)
Символы элементов и формулы некоторых соединений (из работы Дж. Дальтона «Новая система химической философии»
Атомистика Дальтона сделала серьезный шаг к решению вопроса о сущности химических реакций — того основного вопроса, который одновременно актуально стоял перед фундаментальной наукой и практикой того времени{317}.
Важно отметить, что атомная теория Дж. Дальтона не вполне однозначно была воспринята современниками. Одни химики (Клод Луи Бертолле, Гемфри Дэви и др.) скептически отнеслись к новому учению. Хотя оно давало логичное объяснение закону кратных отношений, многие химики считали, что этот закон можно было просто принять как факт, без атомной гипотезы с ее умозрительным правилом наибольшей простоты и понятия об атомах, существование которых невозможно доказать. Другие химики, наоборот, приняли атомную теорию Дальтона с восторгом. К числу его сторонников принадлежали знаменитые английские ученые Т. Томсон и У. Уолластон, а также один из самых выдающихся исследователей в области химии — Й.Я. Берцелиус.
Преимущества атомистической концепции проявились только к середине XIX в. при создании структурной теории органических соединений. Отметим также, что некоторые химики, склонные придерживаться взглядов о единстве материи, не принимали атомистической теории вплоть до конца XIX в. В начале XX в., когда было открыто сложное строение атома, теория Дальтона была пересмотрена.