Дальтон сам проверил угарный и углекислый газы. В угарном газе на три весовые части углерода приходится четыре весовые части кислорода, а в углекислом — на те же три части углерода уже восемь частей кислорода. 8:4 = 2. Целое число!
Проверил Дальтон и соединения азота с кислородом. Там тоже получились целые числа.
Впрочем, у газов и раньше, когда имели дело с объемами, получались целые числа. А вот у твердых и жидких тел никаких простых соотношений никто никогда не наблюдал.
Дальтон взял два медных окисла — черный и красный. В черном оказалось по весу 79,9 % меди и 20,1 % кислорода, в красном — 88,8 и 11,2. Теперь надо было высчитать, сколько приходится меди на единицу веса кислорода в том и другом окисле. Дальтон разделил 79,9 на 20,1. Получилось 3,96. Потом разделил 88,8 на 11,2. Получилось 7,92.
Теперь оставалось разделить 7,92 на 3,96. И, конечно, получилось целое число: два. На один атом меди в молекуле черного окисла приходилось два атома меди в молекуле красного. Закон кратных отношений действовал безотказно…
С этого времени химики всего мира могли с карандашом или пером в руках подсчитывать, сколько исходных веществ надо взять, чтобы они нацело, без остатка, превратились в нужное новое вещество.
Первую таблицу атомных весов двадцати элементов составил сам Дальтон и поместил в книге "Новая система химической философии". Первый том ее вышел в 1808 году. Она именовалась так: "Таблица относительных весов мельчайших частичек газообразных и других тел". Относительных — потому что взвесить атом Дальтон не мог, а мог только попытаться выяснить, на сколько тот или иной атом тяжелей атома водорода.
Кроме относительных весов, в таблице были даны символы для химических элементов. Раньше каждому веществу давали свой символ. И потому своя знаки были не только у золота, ртути или серы, но и у поваренной соли, селитры, уксусной кислоты — вообще у любого, известного химикам вещества. Получалась китайская грамота.
Дальтон же все упростил: элемент обозначался своим символом, а соединение — символами элементов, в него входящих.
Правда, ни предложенные Дальтоном символы, ни обозначения, в его таблице относительные веса долго не продержались. Символы-значки были заменены первыми буквами латинских названий элементов. А относительные веса — другими, более точными числами.
Тем не менее в главном Дальтон оказался прав — у каждого элемента был только ему одному присущий атомный вес — число, показывающее, во сколько раз атом такого-то элемента тяжелее, чем атом водорода, или, впоследствии, чем одна шестнадцатая часть атома кислорода.
Точное определение этих чисел стало в принципе возможным после того, как появился закон Авогадро.
Амедео Авогадро, профессор Туринского университета в Италии, задумался над химическими реакциями, в которых из одних газообразных веществ получаются другие газообразные вещества. Например, над тем, как разлагается аммиак. Если полностью разложить один кубический дюйм аммиака, то из него получится ровно столько же азота и ровно три кубических дюйма водорода. Или, например, над тем, как получается углекислый газ. Если соединить кубический дюйм угарного газа с кубическим дюймом кислорода, то получится не два кубических дюйма углекислоты, а только один.
Что бы это могло значить? Почему более сложный газ всегда занимает ровно такой же объем, как один из исходных, и притом тот, которого было меньше?
Авогадро рассуждал примерно так.
Молекула сложного вещества образовалась из атомов простых веществ или молекул менее сложных веществ. Например, молекула аммиака состоит из атомов азота и водорода. Значит, в ней не может не быть хотя бы одной частицы азота. Значит, число полученных молекул аммиака не может быть больше числа атомов азота.
Но и сложные частицы аммиака, и простые частицы азота занимают один и тот же объем. Почему? Проще всего это можно было объяснить следующим: при одной и той же температуре и давлении в равных объемах находится одинаковое число частиц любого газа. Хоть легчайшего водорода, хоть тяжелой углекислоты.
Из этого обнаруженного Авогадро закона, которому подчиняется жизнь газов, оказалось возможным определить относительный атомный вес любого элемента. Надо только выделить его в виде газа или пара, собрать в сосуд, взвесить и сравнить его вес с весом другого такого же сосуда с водородом. Ведь от того, будете вы делить вес одного атома кислорода на вес одного атома водорода или же вес миллиарда атомов кислорода на вес миллиарда атомов водорода — результат измениться не может.
Так была определены атомные веса многих элементов, и все они оказались разными.
Легче водорода не нашлось ни одного элемента.
А наиболее тяжелым оказался висмут.
На самом деле еще тяжелей был уран, но правильно определить атомный вес урана долго не удавалось…
Когда исследователя находили какой-нибудь, новый элемент, то его атомный вес обязательно оказывался не таким, как у ранее известных.
Все же другие свойства атомов не были так индивидуальны. Цвет, вкус, запах, металлический блеск, растворимость, горючесть, способность образовывать кислоты, или, наоборот, щелочи — не были особым признаком. Этими свойствами обладали — пусть в развой мере — многие элементы, атомы многих сортов.
В таблице Лавуазье, составленной в 1789 году, было двадцать шесть элементов. После того как Лавуазье объяснил, что такое простое тело и что такое — сложное, перечень известных химикам элементов стал расти с невиданной быстротой.
В том же 1789 году появились уран и цирконий, в 1791 — титан, в 1794 — иттрий, в 1797 — хром. Первый же год нового, XIX века ознаменовался открытием ниобия, второй — тантала, третий — церия и палладия, четвертый — родия, осмия, иридия. Затем после двухлетнего перерыва наступил черед калия, натрия, бария, стронция, магния, кальция и бора — все они были открыты великим охотником за элементами англичанином Хемфри Дэви. Второе десятилетие XIX века дало человечеству хлор, йод, литий, кадмий, селен. Третье — кремний, бром, алюминий, торий. Четвертое и пятое — маленькая передышка: всего три новых элемента — ванадий, лантан и рутений. А потом снова лавина: 1860 — цезий, 1861 — рубидий, 1862 — таллий, 1863-индий, 1868 — гелий…
Через восемьдесят лет, прошедших после появления таблицы Лавуазье с ее 26 элементами, люди знали уже более 60 сортов атомов. Среди новых элементов были такие активные, как калий, горящий даже в воде. И такие стойкие, как осмий или иридий, не боящиеся самых сильных кислот. Был легчайший металл алюминий и более тяжелые, чем свинец, — торий и уран.
Сколько элементов еще предстоит открыть? И какими окажутся их свойства? И вообще — от чего эти свойства зависят, по какому закону от элемента к элементу изменяются?
На эти вопросы не мог ответить никто.
Только что упорядоченный Лавуазье и Дальтоном мир элементов снова постепенно превращался в хаос, за которым отдельные мыслители тщетно стремились угадать систему.
Английский врач Уильям Праут выступил с идеей, которую сегодня нельзя не назвать пророческой. Вес любого атома кратен весу атома водорода потому, что все атомы состоят из атомов водорода; именно водород и есть та первичная материя, из которой затем постепенно образовались и все остальные элементы…
Но эта крайне привлекательная мысль не подтвердилась. Точные измерения показали, что атомные веса более тяжелых элементов не делятся нацело, без остатка, на атомный вес водорода.