Docet от опит
В работата си през седемдесетте и осемдесетте години на осемнадесети век Антоан-Лоран Лавоазие приема теглото като основна и централна мярка за количеството материя; Когато определи химичния елемент като това химично неразлагащо се вещество, той взе загуба на тегло като критерий, за да установи съществуването или не на разлагането.
Поколението химици, последвало след смъртта на Лавоазие, разработи концепции и хипотези за атомите, чието единствено измеримо свойство беше теглото. Но тъй като абсолютното тегло на нещо толкова малко като атом не може да бъде измерено, атомните тегла винаги са били изразени в единици спрямо конвенционалния стандарт.
Определянето на относителните атомни тегла на атомите на всеки елемент включваше три практически въпроса: първо, избиране на модела; второ, определете формулите на съединенията, от които ще бъдат получени теглата; и трето, за постигане на възможно най-висока точност при измерването.
В рамките на първото поколение химически атомисти (не забравяйте, че имаше философски атомисти и че не всички химици бяха атомисти, дори в началото на 20-ти век), Джон Далтън, Хъмфри Дейви и Уилям Проут избраха да приемат водородния атом като стандарт от присвоявайки му произволно стойност точно H = 1. От друга страна, Томас Томсън предпочита кислород с O = 1; Уилям Уоластън също избра кислород, но с O = 10, както направи и Йонс Якоб Берцелиус, но той предпочете O = 100. Към средата на 19-ти век на практика всички химици са приели водород като стандарт (който, между другото, е което, модифицирано, се използва днес под формата на 12 C = 12, което оставя протиума много близо до 1).
През целия XIX век химиците трябваше да определят (или да приемат, ако емпиричното определяне се окаже невъзможно) формулите на химичните съединения, използвани за изчисляване на атомните тегла. Така например данните от Далтън (1810) показват, че водата се състои от 87,5% кислород и 12,5% водород. Предполага се, че водните молекули са съставени от водороден атом и кислороден атом (HO), така че ако се вземе H = 1, тогава O = 7. Напротив, Дейви (1812) и Берцелиус (1814) започват от H2O като формула за вода, така че Дейви стигна до заключението, че O = 14. Берзелиус от своя страна, много по-точно в аналитичния процес, дойде, за да определи, че кислородът представлява 88,8%, което означава, че ако H = 1, тогава O ≈ 16. Това доведе до спор с Далтън.
Тъй като в началото на 1800 г. не е имало физически методи за определяне на формулите на съединенията, различните предположения за формулите водят до противоречиви системи от атомни тегла, много от които дават тегла за атомите на елемент, който се различава с малко естествено число. като O = 8 и O = 16). Почти половин век отне постепенно да се стигне до методи, които да позволят консенсус. До началото на 60-те години повечето европейски химици са успели да се споразумеят за единна система от атомни тегла и формули, почти идентична на тази, използвана днес. Въпреки това, група от неприводими гали все още поддържаше, че формулата за вода е HO до последното десетилетие на века.
Спорът между Далтон и Берцелиус относно кислорода, водорода и водата също подчертава значението на точността и прецизността при гравиметричните анализи на съединенията, за да се стигне до правилно определяне на атомните тегла. Променливостта, включена в измерванията, остави място за някои "елегантни" хипотези. Поради това, тъй като много от атомните тегла изглеждаха близки до естествените числа, ако H = 1, Проут и Томсън смятаха, че всички атомни числа трябва да са естествени числа. Ако това беше вярно, всички атоми щяха да бъдат съставени от субатомни частици, които представляват тегловните единици; вероятно тези частици са същите водородни атоми. „Хипотезата на Проут“ първоначално е предложена през 1815г.
Берцелиус отхвърля хипотезата въз основа на експерименталните данни. Томсън и други, каза той, оставят вкусовете и пристрастията им да повлияят на обективността им. Въпреки това, обменът на данни и дискусиите между Берцелиус, Юстус фон Либих, Жан-Батист-Андре Дюма, Шарл Мариняк и други между 1838 и 1849 г. относно теглото на ключовите елементи водород, въглерод и кислород излязоха на преден план. Заключението, че експерименталните данни на Берцелиус за въглерода му дават тегло от порядъка на 2% по-високо, отколкото би трябвало да бъде. Ревизираните тегла бяха почти точно 1, 12 и 16, което даде нов тласък на хипотезата на Проут. По-късната работа на Жан Серве Стас (използвайки O = 16 като стандарт) демонстрира извън разумно съмнение, че атомните тегла не са естествени числа, които изглежда дават последния удар на хипотезата на Проут, и установява стойностите, които по-късно ще бъдат използвани при изграждането на периодичната таблица на елементите.
Най-прецизните чисто химически определяния на атомните тегла ще бъдат извършени от Едуард Морли (кислород, 1895 г.) и преди всичко Теодор У. Ричардс, който определя атомното тегло на 55 елемента с такава точност, че той е първият, който открива улики за съществуването на изотопи чрез химични методи при сравняване на проби от минерално олово и олово, получено при ядрен разпад. За тези творби Ричардс получава Нобелова награда през 1914 година.
След разработването на масспектрометъра атомните тегла вече могат да се определят с голяма точност и много по-лесно.
Относно автора: Сезар Томе Лопес е научен комуникатор и редактор на Mapping Ignorance