2020-04-20
65
Для визначення властивостей речовин необхідно встановити, з яких елементів вони складаються, а це припускає наявність точного поняття хімічного елемента. Визначення Р. Бойлем елемента як «простого тіла», а тим більше ранні спроби ототожнити елементи безпосередньо із властивостями і якостями речовин не досягали цієї мети. Справді, ні сам Р. Бойль, ні його прихильники не мали ясного уявлення про «просту речовину» і тому приймали за нього по суті справи хімічні сполуки. Так, наприклад, залізо, мідь і інші відомі в той час метали вони розглядали як складні тіла, а окалину, що виходить при їхньому прожарюванні, - за просте тіло. Тепер ми знаємо, що окалина, або оксид металу, являє собою сполуку металу з киснем, тобто це складне тіло.
Таке помилкове уявлення було нав'язано вченим помилковою гіпотезою, що панувала в той час, відповідно до якої складні тіла складаються з відповідного елемента й особливого «невагомого тіла» - флогістону. Ця гіпотеза була спростована відомим французьким хіміком Антуаном Лавуазьє (1743-1794) після відкриття кисню й виявлення його ролі в процесах окислювання й горіння. Він же перший почав спробу систематизації відкритих на той час хімічних елементів, хоча при цьому відніс до них і деякі хімічні сполуки (вапно, магнезію й ін.). А. Лавуазьє вважав елементами тільки такі тіла, які не піддавалися в його час реакції розкладання.
Поступово хіміки відкривали всі нові й нові хімічні елементи, описували їхні властивості й реакційну здатність і завдяки цьому нагромадили величезний емпіричний матеріал, якому необхідно було привести в певну систему. Такі системи пропонувалися різними вченими, але були досить недосконалими тому, що в якості системного фактора бралися несуттєві, другорядні й навіть чисто зовнішні ознаки елементів.
Велика заслуга Д. І. Менделєєва полягає в тому, що, відкривши періодичний закон, він заклав фундамент для побудови справді наукової системи хімічних знань. У якості системного фактора, або «незмінного загального в змінюваному й частці», він вибрав атомну масу, або атомну вагу. Відповідно до атомної ваги він розташував хімічні елементи в систему й показав, що їхні властивості перебувають у періодичній залежності від атомної ваги. Більше того, він пророчив існування невідомих елементів, залишивши для них порожні клітки у своїй таблиці. Згодом ці елементи були відкриті хіміками й властивості їх виявилися такими, які пророчив Д. И. Менделєєв. Завдяки цьому його періодична система одержала широке визнання в науковому світі.
Подальший розвиток науки дозволив уточнити, що властивості хімічних елементів залежать від їхнього атомного номера, обумовленого зарядом ядра. Атомна ж вага є середнім арифметичним величин мас ізотопів, з яких складається елемент. Ізотопами називаються різновиди атомів, які мають однаковий заряд ядра, але відрізняються по своїй масі. Тим самим була вирішена й проблема хімічного елемента, що з XVIII в. залишалася предметом численних дискусій.
У цей час хімічним елементом називають речовина, всі атоми якого мають однаковий заряд ядра, хоча й різняться по своїй масі, внаслідок чого атомні ваги елементів не виражаються цілими числами.
З позицій атомізму вирішується також проблема хімічної сполуки. Що вважати сумішшю, а що хімічною сполукою? Чи володіє така сполука постійною або змінною сполукою?
Ще на початку XIX в. із цих питань виникла гостра дискусія між відомими французькими хіміками Жозефом Прустом (1754-1826) і Клодом Бертолле (1748-1822). Пруст уважав, що будь-яка хімічний склад повинен мати цілком певну, незмінну сполуку, і це своє переконання сформулював у вигляді закону сталості сполуки. На його думку, саме постійна сполука відрізняє хімічні сполуки від сумішей. Згодом закон сталості сполуки з позицій атомно-молекулярного навчання обґрунтував видатний англійський хімік Джон Дальтон (1766-1844). Він затверджував, що всяка індивідуальна речовина - проста або складна - складається із дрібних часток - молекул, які у свою чергу утворені з атомів. Саме молекули є найменшими частками, що володіють властивостями речовини. Наприклад, молекула такої простої речовини як кисень утворений із двох атомів і характеризується всіма властивостями, які властиві цій речовині. Молекули складних речовин, або хімічних сполук, утворені з різних атомів і тому мають властивості, відмінними від властивостей складових частин. Так, наприклад, вода Н2О являє собою рідина, а утворена вона із двох газів - водню й кисню. Важливо підкреслити, що яким би способом вона або інша хімічна сполука не були б отримані, вони завжди будуть мати ту ж саму сполуку.
Довгий час закон сталості хімічного складу вважався абсолютною істиною, що не допускає ніяких виключень, хоча вже К. Бертолле вказував на існування сполук змінної сполуки у формі розчинів і сплавів. Згодом були знайдені більше переконливі докази існування хімічних сполук змінної сполуки, зокрема, у школі відомого російського фізико-хіміка Миколи Семеновича Курнакова (1860-1940), які він назвав бертолідами на честь К. Бертолле. До них він відніс ті сполуки, сполуки яких залежить від способу їхнього одержання, наприклад, сполуки таких двох металів, як марганець і мідь, магній і срібло й ін. Згодом хіміки відкрили інші сполуки змінної сполуки й прийшли до висновку, що вони відрізняються від сполук постійної сполуки тим, що не мають молекулярну будову. Однак такий висновок виявився непереконливим з погляду сучасних наукових уявлень про будову атомів і молекул. Було встановлено, що сталість і мінливість сполуки хімічних сполук є зовнішньою їхньою характеристикою й самі мають потребу в подальшому аналізі. Такий аналіз показує, що природа сполуки, тобто характер зв'язку атомів у його молекулі, залежить від їхніх хімічних зв'язків, обумовлених обмінною взаємодією валентних електронів. У зв'язку із цим змінилося й саме класичне поняття молекули, хоча основний його зміст зберігся: молекулою як і раніше називають найменшу частку речовини, що визначає його властивості й може існувати самостійно. Однак до молекул тепер відносять також різноманітні інші квантово-механічні системи (іонні, атомні монокристали, полімери й інші макромолекули).
Таким чином, у світлі сучасних фізичних уявлень зникає не тільки колишнє різке протиставлення хімічних сполук постійної сполуки як володіють молекулярною будовою й сполук змінної сполуки, позбавлених цього будови, але й ототожнення хімічної сполуки зі складною речовиною, що складається з декількох елементів. У принципі сполука може складатися й з одного елемента.
