Сжатие воз­духа обусловлено сближением атомов и уменьшением объе­ма пустого пространства. Если газы состоят из атомов, то можно допустить, что твердые вещества и жидкости тоже состоят из атомов. Например, вода при нагревании кипит и превращается в пар, который, подобно воздуху, можно сжать. Значит, водяной пар состоит из атомов. Но если пар состоит из атомов, то почему жидкая вода и лед не могут состоять из атомов?

А если это справедливо для воды, то это может быть справедливо и для других веществ. Таким образом, эксперименты Бойля и Мариотта подтвердили существова­ние мельчайших частиц вещества. Оставалось выяснить, что из себя представляют эти частицы. В течение последующих 150 лет основные усилия хи­миков были направлены на установление состава различных веществ.

Вещества, которые разлагались на более простые вещества, были названы «соединениями» (сложными веще­ствами), — например, вода, углекислый газ, железная ока­лина. Вещества, которые нельзя далее разложить, называ­лись «элементами» (простыми веществами), например, водород, кислород, медь, золото. В 1789 году великий фран­цузский химик Антуан-Лоран Лавуазье (1743-1794)

опуб­ликовал знаменитую книгу «Элементарный курс химии» («Traite elementaire de chimie »), в которой систематизировал накопленные к тому времени знания по химии по 33 веще­ствам. Два из этих веществ были неверными в принципе (свет и теплород), а 8 оказались впоследствии сложными веще­ствами (известь, кремнезем и др.). Развитие техники количественных измерений и методов химического анализа позволило определять соотношение элементов в соединениях. Французский химик Жозеф Луи Пруст (1754—1826)

после тщательнейших экспериментов с рядом ве­ществ установил закон постоянства состава, согласно ко­торому все соединения содержат элементы в строго опреде­ленных весовых пропорциях, независимо от способа получе­ния. Так, например, сернистый газ, полученный сжиганием серы или действием кислот на сульфиты, или любым другим спосо­бом, всегда содержит 1 весовую часть серы и 1 весовую часть кислорода.

Закон Пруста имел для химии фундаментальное зна­чение. Он привел к мысли о существовании молекул и под­твердил неделимость атомов. В самом деле, почему в сернис­том газе весовое соотношение серы и кислорода всегда 1:1, а не 1,1:0,9 или 0,95:1,05 и т. д.? Этот результат легко объяснить, если предположить, что атомы серы соединяются с опреде­ленным числом атомов кислорода и образуют частицы серни­стого газа (

эти частицы и были впоследствии названы «моле­кулами»), причем масса атомов серы равна массе атомов кис­лорода. Это экспериментальное правило было названо законом кратных отношений. Из закона кратных отношений очевидно следует, что атомы элементов соединяются в моле­кулы, причем молекулы содержат небольшое число атомов. Измерение весового содержания элементов позволяет, с одной стороны, определять молекулярные формулы соединений, а с другой стороны — находить относительные веса атомов.

На­пример, одна весовая часть водорода соединяется с 8 весовы­ми частями кислорода, образуя воду. Если молекула воды со­стоит из одного атома водорода и одного атома кислорода, то атом кислорода в 8 раз тяжелее атома водорода. Обратно, если мы знаем, например, что атом железа в 3,5 раза тяжелее, чем атом кислорода, то из соотношения весов m (Fe ): m (О)

= 2,333 следует, что на два атома железа в данном соединении прихо­дится три атома кислорода, т. е., формула соединения —Fe 2O 3. Рассуждая таким образом, Дальтон составил первую в истории таблицу атомных весов элементов. К сожалению, она оказалась во многих отношениях неверной, поскольку при оп­ределении атомных весов Дальтон часто исходил из непра­вильных молекулярных формул.

Он считал, что атомы эле­ментов почти всегда (за редким исключением) соединяются попарно. Формула воды по Дальтону — НО. Кроме того, Даль­тон был уверен, что молекулы всех простых веществ содер­жат по одному атому. Правильные формулы воды и многих других веществ были определены при исследовании химичес­ких реакций в газовой фазе. Французский химик Жозеф-Луи Гей-Люссак (1778-1850)

обнаружил, что объемы реагирую­щих газов относятся друг к другу и к объемам газообразных продуктов реакции как небольшие целые числа. Один объем водорода реагирует с одним объемом хлора и получается два объема хлороводорода. Это эмпирическое правило было опуб­ликовано в 1808 году и получило название «закон объемных отношений». Подлинный смысл закона объемных отношений выяснил­ся после великого открытия итальянского химика Амедео Авогадро (1776-1856)

, который предположил, что в равных объе­мах любых газов содержится одинаковое число молекул при постоянных температуре и давлении. Это означает, что все газы ведут себя в некотором смысле одинаково и что объем газа при заданных условиях не зависит от химической приро­ды газа, а определяется только числом частиц. Измеряя объем, мы можем определить число частиц (атомов и моле­кул) в газовой фазе.

Великая заслуга Авогадро состоит в том, что он смог установить простую связь между наблюдаемой макроскопической величиной (объемом) и микроскопически­ми свойствами газообразных веществ (числом частиц). Ана­лизируя объемные соотношения Гей-Люссака и используя свою гипотезу, которую впоследствии назвали законом Аво­гадро, он установил, что молекулы газообразных простых ве­ществ (кислорода, азота, водорода, хлора) двухатомны.

Дей­ствительно, при реакции водорода с хлором объем не изменя­ется, следовательно, число частиц также не меняется. Если предположить, что водород и хлор одноатомны, то за счет реакции присоединения объем должен уменьшиться в два раза. Но раз объем не изменяется, значит молекулы водоро­да и хлора содержат по два атома, и реакция идет по уравне­нию: Н2+ CJ 2 = 2HCI .