Химические элементы в химических соединениях всегда находятся в определенном отношении друг к другу по весу. Например, в воде, независимо от того, откуда она взята —из колодца, со дна океана, из реки,— всегда кислорода по весу содержится в 8 раз больше, чем водорода. Никогда не бывает так, чтобы на 1 весовую часть водорода приходилось не 8, а скажем, 7 или 6 частей кислорода. Постоянство весовых соотношений элементов в химическом соединении было установлено и для всех других сложных веществ. Эта закономерность получила в химии название закона постоянства состава химического соединения.
Объяснение этого закона дал английский химик Дальтон. Он связал вопрос о химических элементах и химических соединениях с атомной теорией строения материи. Все вещества — и элементы и химические соединения— состоят из мельчайших частиц. Но частицы, из которых состоят химические соединения, являются, утверждал Дальтон, не простыми, а сложными: они представляют собой сочетание частиц тех химических элементов, из которых состоит данное химическое соединение. Частица воды, например, является соединением частиц водорода и кислорода. Что же касается последних, то они уже не поддаются разложению ни при каких условиях. Следовательно, если частицы воды делимы, то частицы водорода, кислорода и других химических элементов неделимы. Они-то, по Дальтону, и есть подлинные атомы (вспомним, что слово «атом» означает «неделимый»). Мельчайшая же частица химического соединения, состоящая из нескольких атомов, получила название молекулы.
О размерах молекул нетрудно судить уже на основании того, что нам известно о размерах атомов. Конечно, молекулы крупнее атомов, но все же и они очень малы. Молекула воды, например, имеет диаметр 0,000 000028 сантиметра. Это значит, что молекула воды во столько раз меньше горошины, во сколько горошина меньше земного шара.
Атомы различаются прежде всего по весу. Например, один атом кислорода в 16 раз тяжелее одного атома водорода. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, поэтому кислорода в ней по весу содержится в 8 раз больше, чем водорода. Такое соотношение весов водорода и кислорода в воде является постоянным, так как вес каждого атома всегда один и тот же, и количество атомов в молекуле всегда одно и то же. Поэтому никогда не может получиться так, чтобы соотношение весов водорода и кислорода в воде было иное, чем 1 к 8. То же самое относится к атомам и молекулам всех других веществ. Так был объяснен с точки зрения атомной теории закон постоянства состава химических соединений.
Дальнейшее развитие науки подтвердило теорию Дальтона и привело к новым открытиям в области атомно-молекулярного строения вещества. В частности, было установлено, что соединяться в молекулы могут не только разнородные атомы, но и атомы одного и того же элемента. Так, молекула водорода состоит из двух атомов водорода, молекула кислорода — из двух атомов кислорода.
В зависимости от количества атомов в молекуле изменяются свойства веществ. Об этом говорит, например, такой факт. Известно, что после грозы дышится необыкновенно легко. В другое время даже в самом чистом, без всяких посторонних примесей, воздухе дышать труднее, чем в послегрозовом. В чем же дело? Разве в том и другом случае мы не дышим одним и тем же кислородом? Оказывается, что во время грозы образуется видоизмененный кислород, несколько отличающийся по своему составу от обычного кислорода. Обычно молекула кислорода состоит из двух атомов. Но во время грозы происходят некоторые процессы, в результате которых атомы кислорода соединяются не по два, а по три. Присутствие такого кислорода и объясняет то, что после грозы так легко и приятно дышать. Кислород, молекулы которого состоят из трех атомов, получил название озона, что значит «пахнущий».
Таким образом, можно сделать вывод, что свойства веществ зависят, во-первых, от того, из каких атомов состоят их молекулы, и, во-вторых,— от количества атомов, входящих в молекулу данного вещества.
Химики твердо установили, что свойства веществ зависят от свойств молекул, их составляющих, а свойства молекул определяются свойствами входящих в них атомов.
Но от чего зависят свойства самих атомов? Почему атомы каждого простого вещества или химического элемента одинаковы между собой, но отличаются от атомов всех других химических элементов? Чем определяются различные свойства разных химических элементов?
Важный шаг вперед в изучении разных видов атомов и свойств химических элементов был сделан великим русским химиком Д. И. Менделеевым. До Менделеева для химических элементов не было установлено никакой системы, никакого определенного порядка в изменении свойств от одних элементов к другим. Д. И. Менделеев создал эту систему, обнаружив определенные закономерности в свойствах химических элементов. Он начал с того, что расположил все известные в то время химические элементы в порядке возрастания весов составляющих их атомов, которые принято называть атомными весами. Сопоставляя затем свойства разных элементов, он тщательно проследил, как меняются эти свойства по мере