Когда Рудольф Глаубер, чье имя сохранилось в названии «глауберова соль», на заре эпохи новейшей истории начал основательные исследования химических свойств солей и кислот, их химическое сродство он представлял себе как «любовь и ненависть» между различными элементами так же, как это делал в древние времена Эмпедокл.

Природа химического сродства

Этьен Франсуа Жоффруа, который первый составил таблицу сродства, высказывается гораздо более квалифицированно : «…два элемента соединяются друг с другом, если они имеют склонность к соединению … если к ним добавить третий элемент, то он соединится с тем из них, к которому имеет большую склонность, оторвав его от другого…» Однако о природе склонности Жоффруа говорит мало.

На начальном этапе развития естественных наук в новейшей истории первые сведения о строении материи накапливает химия, и понятие химического сродства здесь является одним из центральных понятий.

В XVIII столетии химическое сродство явно или молчаливо пытались представить себе по образцу ньютоновых гравитационных сил. Но, если бы это представление было правильным, то из него не следовало бы, что в химических реакциях составляющие элементы должны были соединяться в строго определенных пропорциях! (Притяжение между Землей и Солнцем не зависит от присутствия в Солнечной системе других планет.) Это означало бы, что соединения не имеют определенной структуры, не состоят из относительно независимых молекул, а скорее напоминают, говоря школьным языком, беспорядочную смесь. В соответствии с этим Клод Луи Бертолле, который развил кислородную теорию Лавуазье и вел нескончаемые споры по этому поводу с Луи Жозефом Прустом, первооткрывателем закона постоянства весовых отношений, действительно придерживался той точки зрения, что в химических реакциях может образовываться бесконечный ряд соединений.

Споры вокруг атома

После того, как Джон Дальтон обобщил этот закон в 1807 г. на закон кратных весовых отношений (он заметил, что, например, в двуокиси азота на данное количество азота приходится в два раза больше кислорода, чем в окиси азота) и в конкретной форме выразил предположение, что химические элементы состоят из одинаковых для каждого элемента атомов, а химические соединения в свою очередь состоят из молекул, содержащих определенное число атомов, спор был решен в пользу Пруста, однако образование молекул осталось необъясненным.

Не удивительно, что пользовавшийся огромным уважением среди естествоиспытателей Вильгельм Оствальд на рубеже XX столетия не верил в существование атомов; более того, он заявил, что объяснять химические явления при помощи атомов – такой же вздор, как объяснять движение паровоза наличием спрятанной под ним лошади.

Несомненно, это заявление было обусловлено не тем, что Оствальд был отсталым человеком, а, главным образом, тем, что он понимал трудности. Ведь мысль о существовании мельчайших частиц материи пронизывает всю новейшую химию и физику, начиная с Даниеля Сеннерта, который объяснил процесс выделения серебра из сплава золота с серебром, предположив существование независимых атомов золота и серебра. Даниил Бернулли еще в 1738 г. объяснил давление газов соударениями частиц со стенками сосуда и вывел известный с 1662 г. закон Бойля-Мариотта, согласно которому давление газа обратно пропорционально объему. Джозеф Лошмидт на основании косвенных измерений еще в 1865 г. определил диаметр молекул и их массу.

Танцуют все: дамы и кавалеры

Если признать существование атомов, то многие их свойства удивительно просто вытекают из опыта, а наблюдения получают простое объяснение. Однако существуют наблюдения, которые кажутся несовместимыми с атомной гипотезой.

Если молекула состоит из атомов, то их соединение в единое целое нельзя объяснить существованием одних лишь сил притяжения, их связь в молекуле скорее должна напоминать нам связь бутылки с завинчивающейся пробкой, или связь танцующих танго пар в зале. Принадлежащие разным парам дама и кавалер в некоторые моменты могут находиться так близко друг к другу, как партнеры одной пары, однако из этого не следует, что две пары танцуют вчетвером, поскольку в следующий момент они разойдутся. То же самое можно сказать и о поведении молекул любого газа.

Например, молекула водорода двухатомна. Законным является представление, согласно которому два атома находятся как бы «в объятиях» друг у друга и «снаружи» представляются «гладкими, обтекаемыми». Кажется, то же самое можно сказать и о молекуле фтора.

Это не бутылочки с пробкой

Однако, если мы смешаем фтор с водородом, то их молекулы перестроятся с необычайной быстротой и образуют опять-таки двухатомные молекулы, которые будут состоять из одного атома фтора и одного атома водорода. Этот пример показывает, что связь атомов в молекуле отнюдь не напоминает связь бутылки с завинчивающейся пробкой. Действительно, трудно представить себе, что, смешав флакончики, имеющие колпачки одного цвета, с флакончиками, имеющими колпачки другого цвета, мы в итоге получим флакончики с разноцветными колпачками.

Кроме того, без учета сил взаимодействия никак нельзя объяснить, почему некоторые элементы вытесняют другие из химических соединений и сами занимают их место. Взаимодействие атомов обязательно обусловлено также и силами притяжения. Об этом убедительно свидетельствует остаточное взаимодействие атомов, объединенных в молекулу, без которого было бы, например, непонятно, почему молекулы газа конденсируются при охлаждении, т.е. образуют жидкость, или почему сахар растворяется в кофе.

Сладкий кофе

Между прочим, процесс растворения был самым сильным аргументом Бертолле в его споре с Прустом. Кофе действительно может быть сладким в разной степени. Концентрация сахара в нем непостоянна. Они не знали, что растворение – не химический, а физический процесс. (Удивительно, что об этом «знали» и кофе, и сахар).

Все эти даты и факты приведены здесь не для того, чтобы утомить мелочами, а для того, чтобы дать почувствовать: слишком часто мы бездумно повторяем понравившийся нам тезис, что в истории науки некоторые гипотезы опровергаются, а затем всплывают вновь.

Тем не менее, не это здесь является существенным, а то, что на протяжении всей эпохи классического естествознания никогда, ни на одно мгновение не удавалось достичь последовательного понимания природы химического сродства.

Горение водорода в мыльных пузырях — видео