4.3.4. Відкриття спектрального аналізу

В

окуляр

щілина

коліматор

1814-1815 роках Фраунгофер пропускав через призму сонячне світло і виявив у ньому безліч ліній. В 1859 році Роберт Бунзен займався забарвленням полум’я свого пальника (пальник Бунзена) різними речовинами, що вносились в полум’я на кінчику платинової дротини. Пробуючи знайти в пробах Na і К, він спостерігав полум’я через світлофільтри. Роберт Кірхгоф (1824-1887), професор фізики в Бреславлі, запропонував використати замість світлофільтрів прилад Фраунгофера. Вони склеїли призму з трьох скелець та заповнили її водою, тоді взяли дві підзорні труби і склали примітивний спектроскоп (рис. 4.5) Спостерігаючи полум’я через спектроскоп, вони скоро виявили, що різні речовини дають різні с

призма

пектри. Через рік за допомогою такого примітивного спектроскопу Бунзен та Кірхгоф (1860 р.) відкрили цезій, потім рубідій

(1861 рік). В тому ж 1861 році У.Крукс, англійський хімік та фізик (1832-1919), відкрив спектральним шляхом талій, який сам і виділив у чистому вигляді в 1862 році. В 1863 році німецький металург Ф.Рейх із своїм асистентом Р.Т.Ріхтером відкрили індій. Так розпочав свою переможну ходу спектральний аналіз.

призма

Р

коліматор

ис. 4.5. Пер-

ший спектро-

скоп Бунзена та

Кірхгофа

щілина

окуляр

Розділ 5. Структурна хімія. Атомістика

(початок ІІІ – го періоду історії хімії)

5.1. Підперіод кількісних законів

5.1.1. Закон постійності складу (закон постійних співвідношень)

Відкрив цей закон Жозеф Луї Пруст (1754 – 1826). Розпочав займатися хімією в аптеці батька, після закінчення Паризького університету зайняв у 1791 році кафедру хімії у Мадридському університеті, мав прекрасну лабораторію, після захоплення Мадриду французами у 1808 році поїхав у Францію, бо його лабораторія була зруйнована. Поселився в маленькому провінційному містечку, жив бідно. В 1816 році обраний членом Паризької АН. Вів шалену полеміку з Бертоле, який закон Пруста відкидав. Унаслідок дискусії багато хіміків сприйняли точку зору Пруста й визнали його закон. Згідно цього закону всі речовини мають постійний склад незалежно від місця та способу їх одержання.

5.1.2. Закон еквівалентів Ріхтера (сполучних ваг)

Закон каже, що речовини реагують між собою в кількостях, що дорівнюють еквівалентам (сполучним вагам). Сам Ріхтер термін еквівалент не використовував, це поняття ввів Кавендиш. Широко застосував цей термін і склав таблиці еквівалентних ваг англійський хімік Вільям Гайд Воластон (1766 – 1828). Тому історик Фігуровський саме йому приписує авторство закону.

5.1.3. Закон простих співвідношень. Виникнення хімічної атомістики. Джон Дальтон

В кінці XVIII століття вважали атомну будову матерії саму собою зрозумілою. Але це була натурфілософська теорія і її не застосовували для пояснення хімічних явищ. Заслуга у використанні атомної теорії для пояснення закономірностей складу речовин належить англійцю Джону Дальтону (1766 – 1844). Він син ткача й систематичної освіти не отримав, все життя займався викладанням. Виступив проти теорії хімічного розчинення пари води в атмосфері, доказав, що атмосфера – фізична суміш газів, тобто суміш атомів газів. Гази у воді розчинюються пропорційно тиску. Важливі його фізіологічні дослідження сліпоти на окремі кольори, звідти і походить термін дальтонізм.

Аналізуючи склад СО та СО₂, а також маслородного газу (С₂Н₄) та марш-газу (СН₄), він дійшов висновку, що вагові кількості кисню у перших двох речовинах та водню у другій парі співвідносяться кратно (тобто на 1 вагу С приходиться у першій речовині кисню 1,3 ваги, у другій – 2,6; на 1 вагу С у третій – 0,16 ваги водню, у четвертій – 0,33):

	Вагова частка С	Вагова частка О		Вагова частка С	Вагова частка Н
СО	3	3.9≈4	СН4	6	2
СО2	3	7.8≈8	етилен	6	1

Звідси випливає закон кратних співвідношень: відносні вагові кількості елементів у їх різних сполуках співвідносяться як невеликі цілі числа. Дальтон висуває нову версію атомістичної теорії, згідно з якою сполуки можуть відрізнятися на цілі атоми, і саме ця обставина може пояснити і закон постійності складу, і закон кратних співвідношень. При цьому Дальтон, віддаючи данину поваги Демокриту, зберіг термін атом та ввів поняття простого та складного атома (тепер молекули). Свою теорію він детально виклав у праці “Нова система хімічної філософії”, що вийшла в 1808 році.

В тому ж році Воластон опублікував свою роботу з дослідження кислих та нейтральних карбонатів і показав, що в кислому карбонаті калію їх співвідношення як 1:1, а в нейтральному як 1:2. Тим самим він підтвердив справедливість кратних співвідношень. Крім того, Воластон усіляко сприяв утвердженню атомістичної теорії як пропагандист.

Дальтон уперше склав таблицю атомних ваг, прийнявши вагу атому водню за 1:

Водень	1
Кисень	5.66
Азот	4
Вода	6.66
Аміак	5
Селітряний газ	9.66
Селітровий оксид	13.66
Селітрова кислота	15.32
Сірка	17
Сірчаста кислота	22.66
Сірчана кислота	28.32
Вугільна кислота	15.8
Оксид вуглецю	10.2
Вуглець	4.5

Ці ваги досить близькі до еквівалентів, але це не атомні ваги в нинішньому розумінні. Використовуючи досвід Лавуазьє, Дальтон запропонував символіку позначення атомів елементів, використовуючи у деяких випадках перші літери назв у середині кіл, а також складних атомів сполук. При побудові складних атомів він використовував принцип максимальної простоти: якщо два елементи утворюють одну сполуку, тоді складний атом останньої може бути тільки подвійним, якщо дві – тоді складний атом однієї – подвійний, а інший – потрійний; якщо ж три сполуки – одна подвійна і дві потрійні, якщо чотири – одна подвійна, дві потрійні, і одна четверна, тобто:

1А + 1В = 1 подвійний атом С

1А + 2В = 1 потрійний атом Д

2А + 1В = 1 потрійний атом Е

1А + 3В = 1 четверний атом F тощо.

Саме цьому Дальтон складні атоми води та амоніаку вважав подвійними (неправильно), але правильно дав будову вуглекислого газу та СО, а також оксидів азоту та сірки (рис. 5.1), але неправильно метану (СН₂) та етилену (СН) (він знав тільки ці вуглеводні). І вже виходячи з цих формул, базуючись на елементному аналізі, він визначав атомні ваги, тобто пройшов шлях, зворотній тому, який від часів Берцеліуса став загально прийнятим: виходячи з даних елементного аналізу, користуючись відомими атомними вагами – до емпіричної формули.

H N C O P S Mg Ca Na K Ba Fe Zn

Cu Pb Ag Pt Au H₂O NH₃ NO C₂H₄ CO

N₂O NO₂ CO₂ CH₄

SO₃ спирт CH₃COOH NH₃NO₃ атом цукру

(2C + 2H₂O) (СО₂ + спирт)

Рис. 5.1. Символіка Дальтона

Багато сучасників відносились до Дальтона, як до самоучки, скептично, дивились спогорда і спробували зменшити його заслуги та приписати їх іншим.

Але він дав і дійсні зачіпки для скептичного відношення до нього, особливо це стосується правил складання формул сполук. Та й пропагував свої ідеї він неактивно. Воластон та шведський хімік Томас Томсон (1773 – 1852) у цьому напрямку зробили набагато більше, ніж він сам. До того ж він був надміру самовпевненим і вважав свої ідеї непогрішимими.