Вес атомов (poids atomiques, Atomgewichte, atomic weightes), или паи, или веса элементов. — Так называются те весовые отношения, в которых элементарные (простые) вещества вступают во взаимные химические соединения. Величина В. атомов лишь относительна, а не абсолютна, т. е. вес атома какого-либо элемента, обыкновенно водорода (вследствие того, что В. атомов его менее, чем у всех прочих элементов) или кислорода (так как он соединяется со всякими другими элементами, кроме фтора) принимается за условную величину, напр., Н = 1 или О = 16, и в отношении к нему определяется вес элемента, с ним соединяющегося или его замещающего. Возможность определения В. атомов химических элементов основывается на том, что они дают определенные химические соединения, подчиняющиеся законам кратных отношений (см. Химия, Законы химии), и не находятся в иной связи с атомическим учением, кроме той исторической, которая объяснена в статье Вещество. Когда Дальтон установил закон кратных отношений и Берцелиус применил его ко всем в то время известным элементам (см. Химия), тогда в понятии о В. атомов заключались некоторые условия явной произвольности, потому что между встречающимися кратными отношениями можно было выбирать любое за В. атомов. Так, напр., в воде (см. это сл., т. VI, стр. 712) на 1 весовую часть водорода — 8 весовых частей кислорода, и можно было полагать, что здесь содержатся элементы, атом на атом, так что, приняв В. атома водорода = 1, В. атома кислорода будет 8. Но в перекиси водорода вдвое более, чем в воде, кислорода на 1 весовую часть водорода, а потому В. атома кислорода с таким же правом можно принять = 8, как и = 16. В первом случае формулы, выражающие состав воды и перекись водорода, будут: НО и НО2, а во втором Н2О и НО (или Н2О2). Так и было, что в средине этого столетия одни принимали О = 8, другие О = 16. Это давало не только сбивчивость и неопределенность химическим формулам, но и показывало нетвердость самого понятия о В. атомов. Конец такой неопределенности положен Жераром (Gerhardt) и Канницаро (см. эти имена). Жерар, отличив до тех пор наполовину перемешиваемые понятия об атомах и частицах (см. эти слова), ясно определил атом, как наименьшее количество элемента, входящее в частицы его соединений, а частицы — как количества веществ, вступающие в химические реакции и занимающие одинаковый объем в газообразном состоянии для всех тел. Тогда, пocле надлежащего изучения частиц данного элемента, получилась прямая возможность избирать несомненные числа для В. атомов между кратными весовыми отношениями соединяющихся элементов. Так, определилось, напр., что за В. атома кислорода должно принять не 8, а 16. Но в 40-х и 50-х годах, когда это было установлено, нельзя было иметь понятия о частичном весе соединений многих элементов, особенно металлов, и необходимо было для них остановиться на эквивалентах водороду, т. е. на количествах, заменяющих одну весовую часть водорода. Уже Реньо предложил в этом случае держаться закона теплоемкости (см. Теплоемкость простых тел), а Канницаро воспользовался для той же цели и плотностями паров некоторых летучих металлических соединений, равно как и всякими аналогиями металлов, и провел мысль Жерара через ряд всех наиболее исследованных элементов, через что получилась общепринятая ныне (с 60-х годов) система В. атомов элементов. Дальнейшее развитие той же системы В. атомов, особенно в приложении к редким, еще мало исследованным элементам, дал периодический закон (см. это сл.), показавший, что между свойствами элементов и В. их атомов, понимаемыми в смысле Жерара и Канницаро, существует правильная, периодическая зависимость, позволяющая по свойствам заключать о весе атомов, или обратно, а потому заставившая изменить В. атомов многих недостаточно исследованных элементов, особенно In, Ur, Се, Yt, Тh, La, Di (Менделеев, 1870) и др. А так как это следствие пepиoдического закона оправдалось при проверке (Роско, Клеве, Браунер и др.), то ныне можно считать понятие о В. атомов, данное Жераром, оправдавшимся, общеприложимым, а потому и общепринятым.
Предшествующие замечания определяют выбор В. атомов между кратными числами, в которых элементы соединяются между собой, т. е., напр., для кислорода между 8 и 16-ю. Но, сверх того, величина В. атомов сильно зависит от точности определения состава соединений данного элемента. Так, приняв Н = 1, для В. атомов кислорода можно принять или 16 или 15,96, даже 15,90 (см. т. VI, стр. 713), смотря по тому, какие анализы воды принять за точные. Для золота Берцелиус нашел число меньшее, чем для платины, а между тем В. атомов золота более чем платины, как оказалось ныне, и т. п. В область изучения этой стороны предмета химики, начиная с Берцелиуса, вложили громадную массу труда, и наивозможно точное определение В. атомов элементов составляет поныне предмет многочисленных исследований. Не входя в специальные подробности, относящиеся к этому предмету, заметим только, что множество обстоятельств влияют на степень точности получаемых чисел, а особую важность имеют следующие.: 1) исходное вещество должно взять в совершенно чистом виде, а такое очищение не всегда возможно и всегда очень трудно, потому что сходные вещества часто друг друга сопровождают и трудно отделяемы (напр., отделение Ni от Со, J от Br и Cl, одной соли от другой изоморфной и т. п.); 2) при химическом превращении взятого определенного вещества в другое должно избегать каких бы то ни было потерь (напр., от улетучивания и побочных реакций); 3) получаемое, как и взятое вещество должно быть удобовзвешиваемо (напр., легко лишаемо гигроскопической влаги, нелетуче и т. п.) и не содержать подмесей других степеней соединения; 4) все взвешивания должно производить в безвоздушном пространстве или к нему редуцировать, чтобы не иметь при разных условиях атмосферы различия в отношении весов, и 5) веса атомов элементов, с которыми испытываемый соединяется при определении его В. атомов, должны быть ранее точно известны, если это не суть водород или кислород, В. атомов которых принимается за исходный (или Н = 1, или О = 16). Отсюда понятно, что разные методы определения В. атомов одного и того же элемента могут представлять различия, превосходящие погрешность взвешивания. Усилия исследователей направляются именно к тому, чтобы устранить всякие поводы погрешностей и получить по различным способам числа, согласные между собою до возможно наибольшей степени. Эти усилия и требования точности постепенно возрастают и ведут к тому, что определение В. атом. данного элемента производится многими, и получаемые числа служат для взаимной проверки. В таких исследованиях оказался, сверх простой опытной разработки, стремящейся довести точность до крайних пределов возможности, двоякий высший научный интерес. Сперва (1816) Проут (Prout) высказал мысль о точной кратности между В. атомов разных элементов и считал ее доказательством сложности химических элементов (напр., если В. атома кислорода ровно в 16 раз более В. атома водорода, то полагалось, что первый в 16 раз сложнее второго). Это заставило химиков со всею возможною точностью изучать В. атомов для доказательства или опровержения мысли о сложности элементов. Особо много трудов на изучение этой стороны предмета положили Мариньян в Швейцарии, Дюма во Франции и Стас в Бельгии. Но благодаря многолетним и образцовым [1]) трудам этого последнего ныне несомненно, что мысль Проута неверна, т. е. между В. атомов разных элементов нет простых кратных отношений; напр., если О = 16, то Cl = 35,45±0,01. Но попутно при этих исследованиях многие В. атомов установлены с точностью до тех пор небывалою и поныне не превзойденною. За последние же 10 лет, когда периодический закон испытывался и прилагался, в нем явилось новое побуждение для точнейшего определения В. атомов элементов. Достаточно для примера указать на то, что по периодическому закону следовало признать В. атома золота большим, чем платины, а не меньшим, как то давали опыты, до тех пор известные. Новые многочисленные и возможно тщательные определения (для золота Kruss, Thorpe, Laurin и Mallet, Au = 197,3, для платины Seubert, Dittmar and M' Arthur, Pt = 194,9) показали, что действительно В. атома платины менее, чем золота, так что здесь, как и в других случаях, оправдывались те предсказания, которые выводятся из периодического закона, что придало особый новый интерес точному определению В. атомов многих элементов [2]).
За единицу при выражении В. атомов принимается (по предложению Дальтона) обыкновенно водород, как элемент с наименьшим В. атомов (Берцелиус принимал кислород = 100, тогда Н = 6,25), но так как водород соединяется [3]) лишь с немногими элементами (см. Водородистые соединения), то Браунер предложил принять для кислорода В. атома равным именно (точно) 16, и если в воде на 2 части Н принять 15,96 ч. О, тогда Н = 1,0025. Ныне (многие: Richards, Lord Ragleigh, Keiser и др.) можно полагать даже, что если О = 16, то Н = 1,007, но эти определения еще нельзя считать твердо установленными: мнoгиe принимают О = 16, Н = 1,004. Поэтому в прилагаемой таблице В. атомов мы даем в двух столбцах; в первом даются лишь приближенные, округленные числа, какие достаточны для большинства определений, причем принято Н = 1, а во втором столбце принято О = 16 и приведены наиболее достоверные из новейших данных для В. атомов всех элементов, известных с полною достоверностью (поэтому такие элементы, как деципий, самарий, мазрий и им подобные, недостаточно доныне обследованные, не приводятся).
| Название элемента. | Принимая Н = 1, числа приближенные. |
Принимая О = 16, числа наиболее ныне достоверные. |
|---|---|---|
| Водород | Н = 1 | от 1,002 до 1,008. |
| Литий | Li = 7 | 7,03 (Stas). |
| Бериллий | Ве = 9 | 9,1 (Nilsonn, Pettersson) |
| Бор | В = 11 | 10,8 (Abrahall, 1892). |
| Углерод | С = 12 | 12,00 (Roscoe, 1882). |
| Азот | N = 14 | 14,04 (Stas). |
| Кислород | О = 16 | 16. |
| Фтор | F = 19 | 19,0 (Christiansen, 1887). |
| Натрий | Na = 23 | 23,06 (Stas). |
| Магний | Mg = 24 | 24,3 (Burton, Vorse,1890). |
| Алюминий | Аl = 27 | 27,1 (Mallet, 1880). |
| Кремний | Si = 28 | 28,4 (Thorpe, Young l887) |
| Фосфор | P = 31 | 31,0 (V. d. Plaats, 1885) |
| Cеpa | S = 32 | 32,06 (Stas). |
| Хлор | Cl = 35,5 | 35,45 (Stas). |
| Калий | K = 39 | 39,13 (Stas). |
| Кальций | Ca = 40 | 40,0 (Dumas). |
| Скандий | Sc = 44 | 44,0 (Nilson, 1880). |
| Титан | Ti = 48 | 48,1 (Thorpe, 1885). |
| Ванадий | V = 51 | 51,2 (Roscoe, 1868). |
| Хром | Cr = 52 | 52,1 (Rawson, 1889). |
| Марганец | Mn = 55 | 55,1 (Marignac, 1884). |
| Железо | Fe = 56 | 56,0 (Dumas). |
| Кобальт | Co = 58,5 | 58,9 (Zimmermann 1886). |
| Никель | Ni = 59 | 59,4 (Winkler, 1867). |
| Медь | Cu = 63 | 63,5 (Shaw, 1887). |
| Цинк | Zn = 65 | 65,3 (Marignac, 1884). |
| Галлий | Ga = 70 | 69,9 (Boisbaudran, 1878). |
| Германий | Ge = 72 | 72,3 (Winkler, 1886). |
| Мышьяк | As = 75 | 75,0 (Dumas). |
| Селен | Se = 79 | 79,0 (Pettersson, 1876). |
| Бром | Br = 80 | 79,96 (Stas). |
| Рубидий | Rb = 85 | 85,5 (Godeffroy, 1875). |
| Стронций | Sr = 87 | 87,6 (Dumas). |
| Иттрий | Y = 89 | 89,0 (Cleve, 1883). |
| Цирконий | Zr = 90 | 90,6 (Bailey, 1889). |
| Ниобий | Nb = 94 | 94,3 (Marignac, 1865). |
| Молибден | Mo = 96 | 96,1 (v. d. Pforden, 1883) |
| Рутений | Ru = 102 | 101,7 (Joly, 1889). |
| Родий | Rh = 103 | 102,7 (Seubert, 1891). |
| Палладий | Pd = 106 | 105,9 (Rayleg, Lamb,1892). |
| Серебро | Ag = 108 | 107,94 (Stas, 186.). |
| Кадмий | Cd = 112 | 111,8 (Pahridge, 1891). |
| Индий | In = 113 | 113,6 (Winkler, 1867). |
| Олово | Sn = 119 | 119,1 (Classen, Bougarts,1888). |
| Сурьма | Sb = 120 | 120,4 (Schneider, 1880). |
| Теллур | Те = 125 | 125,1 (Brauner, 1883). |
| Иод | J = 127 | 126,9 (Stas). |
| Цезий | Cs = 132 | 132,7 (Godeffroy, 1876). |
| Барий | Ba = 137 | 137,1 (Marignac, 1858). |
| Лантан | La = 138 | 138,2 (Brauner, 1882). |
| Церий | Ce = 140 | 140,2 (Brauner, 1885). |
| Дидим | Di = 142 | 142,1 (Cleve, 1883). |
| Иттербий | Yb = 173 | 173,2 (Nilson, 1880). |
| Тантал | Ta = 182 | 182,7 (Marignac, 1865). |
| Вольфрам | W = 184 | 184,0 (Waddel, 1886). |
| Осмий | Os = 191 | 191,6 (Seubert, 1888). |
| Иридий | Ir = 193 | 193,3 (Joly, 1890). |
| Платина | Pt = 195 | 196 (Dittmar and M'Arthur, 1887). |
| Золото | Au = 197 | 197,6 (Mallet, 1889). |
| Ртуть | Hg = 200 | 200,5 (Erdmann u. Marchand, 1844). |
| Таллий | Tl = 204 | 204,1 (Crookes, 1873). |
| Свинец | Pb = 206 | 206,9 (Stas). |
| Висмут | Bi = 208 | 208,9 (Classen, 1890). |
| Торий | Th = 232 | 232,4 (Kruss, Nilson,1887) |
| Уран | U = 239 | 239,3 (Zimmermann, 1886) |
Тот внутренний смысл, который открывается в отношениях между этими В. ат. и свойствами элементов, изложен в статье Периодический закон, а здесь мы укажем только на практический способ пользования В. ат., когда даны химические формулы и уравнения. А так как в обычной практике точность определений и всяких весовых отношений ограничена множеством обстоятельству то пользоваться следует только цифрами 1-го столбца (где Н = 1).
Если дана химич. формула сложного тела, то состав его легко находится по пропорции, подставив соответственные В. ат. Напр., спрашивается: сколько меди содержится в 35 пудах синего купороса, если его состав Сu SO4 5Н2 О? Состав этот = Сu SH10 О9 след., здесь:
| Меди | Сu = 63. |
| Серы | S = 32. |
| Водорода | Н10 = 10. |
| Кислорода | О9 = 144. |
| Сумма | 249. |
След., в 249 ч. синего купороса 63 ч. меди, а потому по пропорции: 249 : 63 = 35 : х, находим, что в 35 пудах содержится 8,85 пуд. меди.
Когда дано химич. равенство, выраженное формулами, поступают так же. Напр., спрашивается: сколько коллодионного хлопка получится при действии азотной кислоты из клетчатки С6 Н10 О5, если состав коллодиона есть С6 Н8(NO2)2 О5 ? Превращение выражается равенством:
| С6 Н10 О5 | + | 2HNО3 | = | 2Н2О | + | С6 Н8 (NO2)2 О5 |
| клетчатка | азотн. к. | вода | коллодион | |||
| 162 | + | 126 | = | 36 | + | 252 |
Следовательно, 162 весов. ч. клетчатки соответствуют 252 в. ч. коллодиона, если никакие посторонние превращения и вещества (напр., влажность и посторонние вещества взвешиваемой клетчатки или коллодиона) не нарушают правильного отношения.
Таким образом, В. ат., представляя особый самостоятельный интерес естественной философии, имеют прямое практическое значение, как орудие или прием для краткого выpaжeния всяких химических отношений. Притом способ этот международен и всюду одинаково понимается.
Примечания
[править]- ↑ Вероятная погрешность в В. атомов, определенных Стасом и данных в таблице, должна быть считаема ± 0,005.
- ↑ Ныне, хотя исследований было очень много, можно считать, что В. атомов многих элементов установлены с точностью сравнительно небольшою, особенно в отношении к элементам сравнительно редким. Так, напр., для селена число 79, полученное многими (Берцелиус, Петерсон и др.), быть может, более действительного, потому что разность As — Р = 44, разность Br — Cl = 44,5, разность же в промежутке стоящих Se — S гораздо более, = 47, а потому, если вес атома серы определен точно (что и должно признавать), то В. атома селена, вероятно, менее 79, а именно, около 77. Вопросы этого рода составляют текущий интерес времени.
- ↑ Но зато водород замещается многими элементами или сам способен их замещать.