Уже в глубокой древности, за две с половиной тысячи лет до нашего времени, зародилось представление, что все окружающие нас тела состоят из мельчайших частиц, недоступных непосредственному наблюдению. Однако лишь за последние 150 лет развилось и было экспериментально обосновано современное учение о молекулах и атомах.
Молекулами называются мельчайшие частицы, из которых состоят различные вещества. При этом в одних случаях, например у паров металлов, у инертных газов (гелий, аргон и др.), мельчайшие частицы вещества представляют собой отдельные атомы; в других же случаях подобные частицы состоят из нескольких атомов, например: у водорода, кислорода и азота — из двух, у углекислоты — из трех и т. д. Молекулы сложных веществ — не элементов — состоят из атомов различных элементов, входящих в их состав. Такое представление о строении тел позволило объяснить основные законы химии: закон постоянных отношений и закон кратных отношений.
Закон постоянных отношений состоит в том, что при образовании любого количества какого-либо химического соединения массы соединяющихся веществ всегда находятся в совершенно определенном отношении. Например, при образовании воды из водорода и кислорода массы входящих в соединение водорода и кислорода всегда относятся, как 1 : 8. С точки зрения представлений об атомах и молекулах
410
этот опытный факт сразу становится понятным. В самом деле, например, для образования воды два атома водорода соединяются с одним атомом кислорода, т. е. молекула воды имеет состав Н2О. Отношение масс водорода и кислорода должно быть равно отношению удвоенной массы атома водорода к массе атома кислорода и потому всегда будет одним и тем же, каково бы ни было количество образовавшейся воды. Это связано с тем, что все атомы водорода одинаковы и их масса всегда одна и та же и что все атомы кислорода тоже не отличаются по массе один от другого.
Закон кратных отношений состоит в том, что, когда два элемента образуют несколько соединений, массы одного из элементов в разных соединениях относятся, как целые числа. Например, азот и кислород дают пять соединений. Массы кислорода в них, приходящиеся на одну и ту же массу азота, относятся, как целые числа— как 1:2:3:4:5. Этот факт объясняется тем, что одно и то же число атомов одного элемента (2 атома азота в нашем примере) в молекулах разных соединений связано с разным числом атомов другого элемента (в нашем примере с 1, 2, 3, 4 и 5 атомами кислорода). Эти соединения имеют состав: N2O, N2О2, N2O3, N2O4, N2O5.
§214. Размеры атомов и молекул. Представление о молекулярном строении тел на первый взгляд не согласуется с нашим обычным опытом: мы не наблюдаем этих отдельных частиц, тела представляются нам сплошными. Однако это возражение нельзя считать убедительным. М. В. Ломоносов в одной из своих работ писал: «Нельзя также отрицать движение там, где глаз его не видит; кто будет отрицать, что движутся листья и ветви деревьев при сильном ветре, хотя издали он не заметит никакого движения. Как здесь из-за отдаленности, так и в горячих телах вследствие малости частичек вещества движение скрывается от взоров». Итак, причина кажущегося разногласия в том, что атомы и молекулы чрезвычайно малы.
В лучший оптический микроскоп, который дает возможность различать предметы, размеры которых не меньше (2—3) •10-7 м, рассмотреть отдельные молекулы, даже самые крупные, нельзя. Однако целый ряд косвенных методов позволил не только надежно доказать существование молекул и атомов, но даже установить их размеры. Так, размер атома водорода можно считать равным 1,2•10-10 м; длина молекулы водорода, т. е. расстояние между центрами двух атомов, ее составляющих, равна 2,3•10-10 м. Существуют далее