Химия - Учебное пособие (Монич Т.П.)

1.2. поиск простых веществ. количественные измерения роберта бойля

Как установить, является ли химическое вещество простым элементом? Впервые метод, позволявший отличить простое вещество от сложного, предложил английских химик и философ Роберт Бойль (1627-1691).

Бойль принадлежал к числу сторонников атомистических взглядов и признавал положение Демокрита о существовании неделимых частиц-атомов. В своем труде «Происхождение форм и качеств согласно корпускулярной философии», опубликованном в 1666 г., он высказывался по этому поводу следующим образом:

«В мире имеется великое множество частиц материи, каждая из которых слишком мала, чтобы, взятая отдельно, быть доступной для ощущения. Будучи целой и неделимой, такая частица непременно должна иметь определенную форму и быть очень твердой, столь незначительной и твердой, что природа едва ли способна когда-либо разделить её, и в этом смысле подобные частицы могут быть названы minima или prima naturalia. Имеется также множество корпускул, которые составлены путем объединения нескольких minima naturalia».

Переведите понятия «minima» или «prima naturalia» как «атом», а понятие «корпускулы» переведите как молекулы, построенные из атомов. Текст, приведенный выше, приобретает смысл, который соответствует современному взгляду на атомы и молекулы.

** Бойлю принадлежит заслуга введения количественных измерений в физике и химии. Исследования газов привели его к открытию в 1660 г. закона изменения объема воздуха с изменением давления. Для этого в длинную U-образную трубку, один конец которой был запаян (рис. 2), добавлялась ртуть.

Рис. 2. Схема опыта Бойля: а) запаянное колено сосуда содержит объем воздуха (V1) при давлении Р1; б) запаянное колено сосуда содержит объем воздуха (V2) при вдвое большем давлении (Р2)

 

В ходе опытов было установлено, что объем данной массы воздуха обратно пропорционален давлению (1662 г.). Например, когда в длинный конец открытой трубки добавлялась ртуть, увеличивающая давление вдвое, объем воздуха в запаянном конце трубки уменьшался также вдвое. Если давление увеличивалось втрое, объем уменьшался втрое. Бойль не указывал, что эта закономерность действительна при постоянной температуре. Возможно, он понимал это и считал само собой разумеющимся. Во Франции физик Эдм Мариотт (1630-1684) независимо от Бойля установил соотношение объема воздуха и давления в 1676 г. При этом он особо подчеркивал, что такая зависимость объема от давления наблюдается только при постоянной температуре. По этой причине установленный учеными закон обратной зависимости объема газов от давления часто называют законом Бойля-Мариотта:

V ~ 1/Р  или

  PV = const           при   Т = const

При сопоставлении объемов и давлений одного и того же газа при одной температуре закон, которому подчиняется газ, можно выразить уравнением:

P1V1 = P2V2 ,

где Р1 и Р2 – давление, а V1 и V2 – объем газа в состояниях 1 и 2 соответственно.

            Этот закон сыграл впоследствии значительную роль в установлении точных значений атомных масс.

            Другая важная заслуга Бойля состояла в том, что он дал способ, позволяющий отличить элемент от сложного соединения, состоящего из элементов. Правда, нельзя было быть уверенным, что в будущем не найдется способа доказать, что вещество, которое до этого считалось элементом, является сложным соединением. Такая вероятность в методе Бойля всегда существовала. Но подход, предложенный Бойлем, давал реальную возможность приблизиться к истине, и был, в конечном счете, принят учеными.