Ученики Й.Я. Берцелиуса достойно продолжили его дело по развитию атомного учения. В последующие годы таблицы атомных масс постоянно уточнялись, и все более очевидным становились выводы Берцелиуса, считавшего, что атомные массы различных элементов не являются целыми числами, кратными массе водорода.

Во второй четверти девятнадцатого века многие химики занимались определением атомных масс элементов. Особого упоминания заслуживают Леопольд Гмелин и Жан Сервэ Стас.

В системе атомных масс, предложенных Л. Гмелином, в основном содержались данные, сходные с результатами Берцелиуса. Однако в его системе атомная масса водорода была вдвое больше принятой Берцелиусом. Л. Гмелин привел для водорода молекулярную массу простого вещества H₂. В результате атомные массы элементов, образующих с водородом соединения, были определены правильно, а атомные массы металлов оказались вдвое меньше.

Существование различных систем атомных весов в первой половине XIX в. вносило серьезные осложнения в практику химических исследований (некоторые значения атомных весов элементов для различных систем приведены в табл. 8.6). К 40-м гг. XIX столетия проблема приобрела особую остроту, когда химические эквиваленты, в частности, предложенные Л. Гмелином, получили широкое распространение в химической литературе. Ситуацию осложняло еще и то, что само понятие «эквивалент» ученые понимали по-разному: как соединительный вес, как атомный вес или как равнозначные массы вещества в реакциях замещения^{334}.

^{Леопольд Гмелин (1788–1853)}

Таблица 8.6

Относительные атомные массы элементов, пересчитанные к эталону A_r(H) = 1

В зависимости от принятой системы формулы соединений (минеральных и органических) составлялись по-разному, и поэтому для одних и тех же веществ могло существовать несколько вариантов. В таких условиях некоторые ученые высказывали сомнения в необходимости и целесообразности установления числа атомов в соединениях. Необходимо отметить, что в начале второй четверти XIX в. разночтения и неопределенности в установлении формул соединений достигли таких пределов, что стали сдерживать развитие органической химии, которая накопила большой эмпирический материал, нуждавшийся в обобщении и систематизации.

Именно в рамках органической химии на рубеже 50-х гг. XIX в. наметилась тенденция реформы атомистической теории, направленная на возрождение и развитие молекулярных представлений. В 40-х гг. XIX в. два молодых французских химика Огюст Лоран и Шарль Фредерик Жерар (см. гл. 9, п. 9.4) предприняли очередную попытку уточнения относительных атомных масс. В ходе своих исследований Ш.Ф. Жерар пришел к выводу, что в качестве общей меры для изучения свойств и составов органических веществ атомные веса представляют больше удобства по сравнению с системой эквивалентов. Эквиваленты Гмелина, ближе всего подходившие к соединительным весам, численно были равны уменьшенным вдвое атомным весам Берцелиуса для ряда элементов, в том числе для основных, входящих в состав органических соединений. Анализируя соотношение объемов CO₂ и паров H₂O, образующихся при горении органических веществ, Жерар пришел к выводу, что представленные Берцелиусом формулы многих соединений являются удвоенными. В обстановке путаницы в атомных и эквивалентных массах, а также в формулах органических веществ Ш.Ф. Жерар предложил устранить накопившиеся противоречия путем исправления значений атомных масс углерода, кислорода и серы. При A_r(H) = 1 он предложил считать атомные массы этих элементов равными A_r(O) = 16; A_r(C) = 12 и A_r(S) = 32. Жерар также исправил эквивалентные массы серебра, свинца и щелочных металлов. Необходимо признать, что в целом таблица атомных масс Жерара была менее совершенной по сравнению с системой Берцелиуса 1826 г., однако ее главное преимущество заключалось в том, что она опиралась на правильные эмпирические формулы веществ. ½

В результате своих исследований Жерар и Лоран не только предложили упростить формулы многих соединений, но практически очень близко подошли к современному пониманию молекулярного состояния вещества, используя представления о «химической частице». По крайней мере, из статей О. Лорана видно, что он осознавал различие между атомарным и молекулярным хлором, приписывая последнему формулу Cl₂.

Полностью поддержав идеи Ш.Ф. Жерара, О. Лоран предложил использовать в записи химических реакций обозначения половинных объемов эквивалентов простых газов (H_½, Cl_½). К концу 40-х гг. XIX в. он уверился в существовании двойных молекул этих веществ (H₂, Cl₂) и высказал предположение о том, что в реакциях такие молекулы могут делиться на два атома. «Даже если допустить, — писал Лоран, — что существует предел делимости материи, мы не обязаны считать атомы химиков таким пределом, и мы вполне будем в состоянии понять причину закона определенных пропорций, предположив, что химические атомы на самом деле представляют собой молекулярные группы, составленные из некоторого числа меньших атомов»^{335}.

В одной из последующих статей, пользуясь обозначениями Берцелиуса, Лоран предложил уравнения с обозначениями двухатомных молекул газообразных простых тел:

(HH) + (ClCl) = (HCl) + (HCl);

(HH) + (HH) + (OO) = (HH)O + (НН)О.

Используя новые химические формулы, О. Лоран показал принципиальное различие между понятиями атом, молекула и эквивалент. Он продемонстрировал, например, что атом кислорода эквивалентен атому серы, а атом водорода — атому галогена, но каждый атом первой пары эквивалентен двум атомам второй пары. Кроме того, Жерар отмечал, что значение эквивалента (эквивалентной массы) сложного вещества далеко не всегда является постоянной величиной — оно может зависеть от природы партнеров, с которыми реагирует данное соединение.

Таким образом, Ш.Ф. Жерар и О. Лоран на рубеже 50-х гг. XIX в. инициировали долгожданную реформу сложившейся в химии системы атомных весов. Еще шаг, как пишет М. Джуа, и идеи Авогадро осветили бы систему атомных масс, но преждевременная кончина обоих французских химиков помешала закончить работы по реформе атомного учения^{336}. Решить эту проблему и осуществить настоящую реформу атомно-молекулярной теории предстояло итальянскому химику С. Канниццаро.

В 60-х гг. XIX в. бельгийский химик Ж.С. Стас определил атомные массы элементов точнее, чем Берцелиус. В начале XX в. американский химик Теодор Уильям Ричардс, приняв все меры предосторожности, определил значения атомных масс с такой точностью, которая только была возможна при использовании чисто химических методов исследования. Результатом экспериментов Ж.С. Стаса и Т.У. Ричардса явились ответы на те вопросы, которые оставались нерешенными в работах Берцелиуса.

Однако необходимо напомнить, что в начале XX в., когда Т.У. Ричардс проводил свои поразительные по точности эксперименты, вновь встал вопрос о том, что следует понимать под атомной массой. На этом этапе развития химии гипотезе Праута суждено было возродиться.

^{Теодор Уильям Ричардс (1868–1928)}

Эксперименты показали, что атомные массы различных элементов взаимосвязаны между собой не столь простым способом, как это предполагалось ранее, поэтому насущной задачей стало определение стандарта, относительно которого было бы целесообразно выражать массы других элементов. Если принимать за единицу атомную массу водорода, окажется, что атомная масса кислорода будет выражена нецелым числом 15,9. Это было бы крайне неудобно, поскольку кислород входит в состав подавляющего числа соединений.

Чтобы атомная масса кислорода выражалась целым числом при минимальном нарушении стандарта, т.е. атомной массы водорода, A_r(O) округлили и приняли равной 16,000. Атомная масса водорода при этом оказалась равной 1,008. Атомная масса кислорода служила стандартом вплоть до середины XX в., пока ее не сменила углеродная шкала атомных масс.