Это наблюдение было первым звеном в целой цепи исследований, показавших, что равные объемы водорода, брома, хлора и йода, а значит и атомы этих веществ, равноценны, эквивалентны. Но вместе с тем они были химически равнозначны лишь половине равного объема кислорода… Отсюда можно было вывести заключение, что атом кислорода по своему химическому действию соответствует двум атомам хлора, двум атомам натрия, двум атомам водорода! Значит, понятие об атоме, если уж его придерживаться, надо строго отделять от понятия о величине его химического значения, его эквивалента, то есть способности его ко взаимному насыщению.
«Учение об эквивалентах было бы совершенно просто, – рассказывал впоследствии Менделеев студентам на своих лекциях о «смутном времени» в химии, – если бы каждый металл и каждое простое тело давало только одну степень соединения с кислородом, или один окисел. Оно усложняется тем, что многие металлы дают несколько степеней окисления, следовательно, представляют в различных степенях окисления различные эквиваленты. Через это понятие об эквиваленте усложняется, и каждому простому телу нельзя придать одного определенного эквивалентного веса.. и потому понятие об эквивалентах, играя весьма важную роль в историческом отношении, представляет, при более полном изучении фактов химии, только вводное понятие, подчиненное более высшим…»
Отказ от овладения этими «высшими понятиями», под которыми Менделеев разумел в первую очередь понятие об атоме, тормозил поступательное движение науки.
Составляя формулу соединения, химик должен был каждый раз оговаривать, что именно он разумел под символами, обозначающими вступившие в химическую реакцию вещества. Получилось так, что простое, сравнительно, вещество можно было обозначить десятком различных способов.
Для уксусной кислоты, формулу которой сейчас прочтет без труда каждый школьник, в те времена, в зависимости от взглядов автора, применялось до 19 различных обозначений. К каждому химическому сочинению должна была прилагаться своя особая «смысловая отмычка». Издатель одного из химических журналов жаловался, что «каждой статье необходимо предпосылать ключ, как в музыке». Дело, конечно, не в значках, не в обозначениях, не в иероглифах химических формул. Об их единообразии легко было бы договориться, если бы химики одинаково понимали то, что творится за стеклом пробирок.
Физики могли бы оказать химикам в этом существенную поддержку, но химики не спешили обращаться за этой помощью.
К этому времени был уже хорошо известен простой и остроумный способ уточнения одного из важнейших свойств атома как материальной частицы – его веса. Изучая различные газы, физики установили, что как бы эти газы ни были разнородны, но при изменении температуры или изменении давления объем любого газа изменяется почти одинаково. Отсюда был сделан важный вывод, с которого сейчас в школе начинают изучение химии, что равные объемы газа при постоянной температуре и постоянном атмосферном давлении представляют собой своеобразные «упаковки», в которых заключено равное число частиц газа. На этом основывалось важное предложение, которое впервые внес туринский физик Амедео Авогадро, – воспользоваться этими «упаковками» частиц различных газов, то есть их равными объемами, взятыми при одинаковых и неизменных условиях, чтобы узнать относительный вес частиц любого газа.
В самом деле! Совет Авогадро можно пояснить на общеизвестном примере, напоминающем простую арифметическую задачку. Чтобы узнать, во сколько раз яблоко одного сорта тяжелее яблока другого сорта, если ящики запакованы и достать по одному яблоку оттуда невозможно, надо взвесить целиком один ящик, взвесить другой, заключающий в себе столько же одинаковых яблок, и сравнить их вес. Во столько же, во сколько один ящик будет тяжелее другого, во столько средний вес отдельного яблока, которое в нем заключено, будет тяжелее среднего веса отдельного яблока, заключенного в более легком ящике.
Ход рассуждения не меняется, если бы мы захотели тем же способом узнать относительный вес атомов. За единицу сравнения надо взять вес самого легкого атома, каким является атом водорода. Чтобы полутать сравнительный вес атома любого элемента относительно атома водорода, надо в одинаковых условиях сравнить «упаковку», заключающую в себе частицы водорода, с такой же «упаковкой», содержащей столько же частиц другого вещества, но весящей больше.
Однако этот простой способ установления атомных весов не случайно долгое время оставался в пренебрежении у химиков. Казалось, что он приводит к безысходному противоречию. Известно было, например, что из 1 объема ядовитого газа хлора и 1 объема водорода получается 2 объема газа хлористого водорода. Если верить правилу, что в равных объемах содержится равное число частиц любого газа, то выходило, что из двух атомов – одного атома хлора и одного атома водорода – образуются тоже две частички хлористого водорода и в каждой из них присутствует и хлор и водород. Выходило, что или атомы химически делимы и, таким образом, они вовсе не атомы, или правило Авогадро совсем не правило…
Одним из важнейших признаков окончания «смутного времени» в химии было опубликование французским химиком Жераром смелой догадки, что газ водород состоит не из отдельных атомов водорода, а из более сложных частиц, молекул, понятие о которых установил Ломоносов и каждая из которых в данном случае заключала по два атома водорода, соединенных вместе. Из двух соединенных атомов состоит и частица газа хлора. Если это так.
то становилось понятным, что при попарном соединении этих частичек, или молекул, соединяются совсем не половинки атомов, а целые атомы, выделяющиеся из разделившихся молекул. Из одной молекулы хлора, состоящей из двух атомов этого элемента, и одной молекулы водорода, также состоящей из двух атомов этого элемента, образуются тоже две молекулы нового вещества – хлороводорода:
В химии утверждалось понятие молекулы!
***
Этот важный момент лег в основу решений первого съезда химиков в Карлсруэ. Его горячо приветствовал молодой Менделеев.
«Существенным поводом к созванию международного химического конгресса, – писал он Воскресенскому, – служило желание уяснить и, если возможно, согласить основные разноречия, существующие между последователями разных химических школ. Сначала г. Кекуле предложил было для разрешения многие вопросы: вопрос о различии частицы, атома и эквивалента, вопрос о величинах атомного веса… далее, вопрос о формулах и даже, наконец, о тех силах, какие при современном состоянии науки надобно считать причиною химических явлений. Но в первом же заседании, 3 сентября, собрание нашло невозможным в такое короткое время уяснить такое большое число вопросов и поэтому решилось остановиться только на первых двух.
