Берцелиус начал с самого простого вещества — воды. Тщательно проведенные анализы позволили установить ее процентный состав: 11% водорода и 89% кислорода.
— Если за основу возьмем атом водорода, то получится, что одной весовой части водорода соответствуют 8 весовых частей кислорода, а не 7, как определил Дальтон. Можно ли быть наверняка уверенным, что один атом водорода соединяется с одним атомом кислорода? Это только предположение. Если атом водорода вступает во взаимодействие с двумя атомами кислорода, атомный вес последнего должен быть равен 4. В противном случае, когда два водородных атома связываются с одним атомом кислорода, атомный вес кислорода будет равен 16. Как видим, возможно несколько сочетаний, следовательно, приходится искать способ установления истины.
Берцелиус не находил покоя: как выйти из этого заколдованного круга?
В 1807 году его назначили профессором Стокгольмского университета, а через год Берцелиус был уже членом Академии наук. Еще два года спустя ему было поручено руководство кафедрой химии и фармации Каролинского медико-хирургического института. Но по-прежнему для него существовала только одна, занимавшая все его мысли проблема — атомные веса.
Сравнивая результаты исследований многих ученых, Берцелиус пришел к выводу, что вода состоит из двух атомов водорода у одного атома кислорода. В таком случае атомный вес кислорода должен быть равен 16. Анализы шли хорошо, но трудность появилась в другом. Водород образовывал очень мало соединений с элементами, а с большинством вообще не соединялся. Надо было бы выбрать другой, более активный элемент, думал ученый.
Для Берцелиуса, как и для Лавуазье, кислород имел исключительное значение в химии. Он образовывал окислы со веема известными элементами. Кроме того, было известно и о других соединениях, которые также содержали кислород. Это давало возможность непосредственно определять атомные веса элементов по отношению к кислороду. Берцелиус твердо верил, что работа сильно упростится, если атомные веса определять по кислороду.
— Если атомный вес — условная величина, кратная основной единице, для сравнения удобнее выбрать кислород и при-пять его атомный вес за 100. Тогда элементы легче кислорода будут иметь атомные веса меньше 100, а более тяжелые — больше 100.
Однако самая важная проблема оставалась пока не решенной. Для каждого отдельного случая приходилось устанавливать формулу соединения, то есть определять число связанных между собой атомов, чтобы можно было вычислить атомный вес, изучать свойства веществ, сравнивать их, искать новые методы анализа.
Берцелиус был неутомимым. Число синтезированных, очищенных и проанализированных веществ нарастало с каждым месяцем — 100, 200, 300… Минули годы. Веществ стало 1000, а Берцелиус все еще продолжал работать — упорно и систематически. На протяжении почти 20 лет он изучил более 2000 соединений известных тогда 43 элементов, чтобы определить их атомные веса. Успех его был бесспорным, большая часть полученных значений определена с той же точностью, с какой и ныне вычислены атомные веса элементов.
Долгим и трудным был путь, по которому Берцелиус шел к истине. Например, он принимал, что одному атому металла, чтобы образовать окисел, нужно было связаться по крайней мере с одним атомом кислорода. На основании этого допущения он предложил следующие формулы окислов меди: CuO (для красного) и CuO2 (для черного). Такое же предположение он сделал и в отношении двух окислов ртути: HgO и HgO2. Поскольку окислы многих металлов были сходны по своим свойствам с черным окислом меди, Берцелиус написал их формулы следующим образом: CaO2, MgO2, ZnO2, FeO2 и так далее. Высший окисел железа содержал в полтора раза больше кислорода, поэтому его формула должна быть FeO3. Окислы хрома и алюминия, свойства которых были аналогичны свойствам высшего окисла железа, Берцелиус обозначал формулами CrO3 и AlO3. Такие ошибочные представления о формулах этих окислов изменились только тогда, когда Берцелиус узнал, что хром образует еще один окисел, который взаимодействует с водой, давая хромовую кислоту. В соответствии с более высоким содержанием кислорода формулу этого окисла надо написать как CrO6. Берцелиус изучил свойства хромовой кислоты и установил, что она сходна с серной кислотой. Но ангидридом серной кислоты является SO3, тогда и ангидрид хромовой кислоты — CrO3. В таком случае низший окисел хрома следовало обозначить формулой Cr2O3, а аналогичные по свойствам окислы железа и алюминия — формулами Fe2O3 и Al2O3. Применение этих формул требовало изменения формул и низших окислов: ZnO, CaO, FeO, MgO и так далее.
Берцелиус отнюдь не ограничивался только исследованиями, связанными с определениями атомных весов. Другая, не менее важная проблема — химическое сродство — заинтересовала его еще задолго до начала определений атомных весов. Во время своих первых опытов по изучению действия электричества Берцелиус пришел к мысли, что у элементов и их соединений есть электрический заряд. Он систематизировал свои наблюдения и выводы в целостную электрохимическую теорию, о которой впервые услышали после публикации его работы в 1811 году в «Физическом журнале» Метри[342]. Согласно теории Берцелиуса, металлы обладают положительным электрическим зарядом, а неметаллы — отрицательным. Самый отрицательный — кислород, а самый положительный — калий. Все остальные элементы по степени их электрического заряда находятся между ними. Свойства неметаллов отличаются некоторыми особенностями. По отношению к кислороду они положительны, поэтому могут соединяться с ним, образуя окислы, а по отношению к металлам — отрицательны и тоже могут соединяться с ними.
Аппаратура Берцелиуса для сожжения органических веществ
Взаимодействие элементов объясняется тем, что противоположные заряды притягиваются. Например, самый отрицательный элемент — кислород — притягивается остальными элементами и соединяется с ними. Образовавшиеся окислы, однако, не являются нейтральными; у них тоже есть электрический заряд. Окислы металлов заряжены положительным электричеством, а неметаллов — отрицательным. Между ними также действует сила притяжения, и при их взаимодействии образуются соли. Окись кальция, например, положительна, а двуокись углерода отрицательна. При их взаимодействии образуется карбонат кальция.
Полученные в результате реакций соли тоже не абсолютно нейтральны: они несут некоторый положительный или отрицательный заряд. Две противоположно заряженные соли могут притягивать друг друга и образовывать двойную соль. Квасцы, например, получаются из положительного сульфата натрия и отрицательного сульфата алюминия.
Теория была простой, наглядно объясняла все химические процессы, и поэтому она сразу же снискала всеобщее признание. Ее называли дуалистической, так как в ее основу было положено существование двух противоположных начал — положительного и отрицательного электричества.
Берцелиуса ценили как ученого не только в Швеции, но и в Западной Европе. Он поддерживал переписку с видными деятелями науки Германии, Англии, Франции[343]… Особенно долго он переписывался с Клодом Луи Бертолле и Гемфри Дэви. Он мечтал о встрече с этими великими учеными, хотел ближе познакомиться с их исследовательской деятельностью, обсудить некоторые проблемы.
В 1812 году Берцелиус получил разрешение выехать во Францию, но война между Францией и Россией помешала ему осуществить свои планы. И он отправился в Англию.
Берцелиус с нетерпением ждал встречи с Дэви. Но тот, однако, оказал ему холодный прием. Дэви незадолго до этого женился и готовился к свадебному путешествию по Европе. Берцелиус был поражен такой встречей и считал, что хлопоты, связанные с отъездом, никак не могли оправдать Дэви. Он предполагал, что причина такого отношения к нему английского ученого кроется в другом.
