Развитию корпускулярной теории способствовал великий английский учёный Исаак Ньютон (1643-1727), занимавшийся и вопросами химии. Он имел хорошо оборудованную химическую лабораторию, среди его трудов есть сочинение «О природе кислот» (1710). Ньютон считал, что корпускулы созданы Богом, что они неде-лимы, тверды и неуничтожимы. Соединение корпускул происходит за счёт притяжения, а не за счёт крючков, зазубрин и т. д. Такое притя-жение и определяет «химическое действие»; распад существующих веществ на первичные частицы и образование из них других сочета-ний обусловливают появления новых веществ.
Корпускулярное учение нашло свое завершение в трудах знаменитого английского учёного Роберта Бойля.
Ему от отца в наследство два имения, в одном из которых (Стальбридж) он поселился. Там Бойль собрал богатую библеотеку и оборудовал прекрасную лабораторию, где работал со своими помощниками. Молодой учёный разработал основы анализа( от анализис – разложение) «мокрым путём», т. е. анализ в растворах. Он ввёл индикаторы (настой лакмуса, цветов фиалок, а также лакмусовые бумажки) для распознания кислот и щелочей; соляную кислоту и её соли с помощью нитрата серебра, соли серной кислоты – с помощью извести и т. д. Эти приёмы используются и сейчас.
Под влиянием работ Торчелли по изучению атмосферного давления Бойль занялся исследованием свойств воздуха. Он брал трубки U-образной формы с разной длиной колен. Короткое было запаяно, а длинное открыто. Заливая в последнее ртуть, Бойль «запирал» в коротком колене. Если изменять количество ртути в длинном колене, то изменяется объём воздуха в коротком. Так была установлена закономерность:объём газа обратно пропорционален его давлению (1662). Позднее эту закономерность наблюдал французский учёный Э. Мариотт. Сейчас первый газовый закон именуется законом Бойля- Мариотта.
А за год до открытия газового закона Бойль опубликовал книгу «Химик-скептик», в которой изложил свои взглядыБойль считает химию самостоятельной наукой, а не подспорьем алхимии и медици-ны. Все тела, пишет он, состоят из движущихся частиц, обладающих разной величиной и формой, а элементами, подчёркивает Бойль, не могут быть ни «начала» Аристотеля, ни «начала» алхимиков. Это «определённые, первоначальные и простые , вполне несмешанные тела, которые не составлены друг из друга, но представляют собой те составные части, из которых составлены все так называемые смешанные тела и которые они в конце концов могут быть разложены».
Таким образом, элементы, по Бойлю, это вещества, которые нельзя разложить (т. е. простые вещества), они состоят из однородных корпускул. Таковы золото, серебро, олово, свинец. Другие, например киноварь, разлагающуюся на ртуть и серу, он относил к сложным веществам. В свою очередь, серу, ртут, которые не удалось разложить, следовал отнести к элементам. А сколько в природе элементов? На этот трудный вопрос ответ мог дать только опыт. Нельзя так же утверждать, считал Бойль, что известные в то время простые вещества обязательно должны быть элементами - возможно, со временем и они будут разложены (что и произошло с водой и «землями»- оксидами щелочноземельных металлов).
Ему удалось в корпускулярной теории строения веществ объединить два подхода – учение об элементах и атомистические представления. «Бойль делает из химии науку», -писал Ф. Энгельс.
Революция в химии
Центральная проблема химии XVIIIв. – проблема горения. Вопрос состоял в следующим:что случается с горючими веществами, когда они сгорают воздухе? Для объяснения процессов горения И. Бехером и его учеником Г. Э. Шталем была предложена теория флогистона. Флогистон – это некоторая невесомая субстанция, которую содержат все горючие телаи которую они утрачивают при горении. Тела, содержащие большое количество флогистона, горят хорошо; тела, которые не загораются, являются дефлогистированными. Эта теория позволяла объяснить многие химические процессы и предсказывать новые химические явления. В течении почти всего XVIIIв. она прочно удерживала свои позиции, пока Лавуазье в конце XVIIIв. не разработал кислородную теорию горения.
Разрабатывая теорию горения, Лавуазье отмечал, что при горении «постоянно наблюдается четыре явления»: выделяются свет и тепло; горение осуществляется только в «чистом воздухе» (кислороде); все вещества увеличиваются на столько, на сколько уменьшается вес воздуха; при горении неметаллов образуются кислоты (кислотные оксиды), при обжиге металлов - металлические извести (оксиды металлов). Лавуазье использовал опыт Шееле, Пристли, благодаря чему ему удалось ясно и доступно объяснить процесс горения. Было доказано, что «флогистон Шталя – воображаемое вещество», а «явления горения и обжига объясняются гораздо проще и легче без флогистона, чем с его помощью», как писал Лавуазье.
Проводя различные опыты с азотной, серной и фосфорной кислотами, Лавуазье пришёл к выводу, что «кислоты отличаются одна от другой лишь основанием, соединнёный с воздухом». Другими словами, «чистый воздух» обусловливает кислые свойства этих вещесвт, а поэтому учёный назвал его кислородом(оксигениум, от оксюс- кислый игеннао- рождаю). После того как был установлен состав воды, Лавуазье окончательно убедился в исключительной роли кислорода.
В «начальном курсе химии»(1789)Лавуазье, опираясь на новые теории и применяя разработанную им (соместно с другимиучёными) номенклатуру, систематизировал накопленные к тому времени химические знани; в нём он излагает кислородную теорию горения.
Вначале даётся описание различных агрегатных состояний веществ. В твёрдом веществе молекулы удерживаются друг около друга силами притяжения, которые больше сил отталкивания. В жидкости молекулы находятся на таком расстоянии друг от друга, когда силы притяжения и отталкивания равны, а атмосферное давление препятствует превращению жидкости в газ. В газообразном же состоянии преобладают силы отталкивания.
Лавуазье даёт определение элемента и приводит таблицу и классификацию простых веществ. Он отмечает, что представление о трёх или четырёх элементах, из которых якобы состоят все тела природы, перешедшего к нам от греческих философов». Под элементами Лавуазье понимал вещества, которые не разлагаются «никаким образом». Все простые вещества были им разделены на четыре группы : 1. ) вещества, относящиеся к трём царствам природы (минералы, растения, животные)- свет, телород, кислород, азот, водород; 2. ) неметаллические вещества, окисляющиеся и дающие кислоты, - сера, фосфор, углерод, радикалы муриевый (хлор), плавиковый (фтор), и борной (бор); 3. ) металлические вещества, окисляющиеся и дающие кислоты, - сурьма, серебро, мышьяк, висмут, кобальт, медь, железо, марганец, ртуть, молибден, никель, золото, платина, свинец, вольфрам, цинк; 4. ) солеобразующие землистые вещества : известь, магнезия. Барит глинозём, кремнезём.
Таким образом, Лаваузье осуществил научную революцию в химии: он превратил химию из совокупности множества не связанных друг с другом рецептов, подлежавших изучению один за одним, в общую теорию, основываясь на которой можно было не только объяснить все известные явления, но и предсказывать новые.
Победа атомно-молекулярного учения.
Следующий важный шаг в развитии научной химии был сделан Дж. Дальтоном, ткачом и школьным учителем из Манчестера. Уже первые научные сообщения молодого учителя привлекли внимание некоторых физиков и химиков, среди которых у Дальтона появились друзья. В 1793 г. , вышла в свет научная работа Дальтона «Метеорологические наблюдения и опыты».
Анализируя результаты своих метеорологических наблюдений, Дельтон пришёл к выводу, что причиной испарения воды является теплота, а сам процесс есть переход частичек из жидкого состояния в газообразное. Это был первый шаг на пути к созданию системы химической атомистики.
В 1801г. Дальтон установил закон парциальных давлений газов:
Давление смеси газов, не взаимодействующих друг с другом, равно сумме их парциальных давлений (I закон Дальтона).
Два года спустя, продолжая опыты, английский учёный обнаружил, что растворимость в жидкости каждого газа из смеси при постоянной температуре прямо пропорциональна его парциальному давлению над жидкостью и не зависит от общего давления смеси и от наличия в смеси других газов. Каждый газ растворяется таким образом, как если бы он один занимал данный объём (II закон).
Пытаясь определить «число простых элементарных частиц», образуя сложную частицу, Дальтон рассуждал так: если при взаимодействии двух веществ получается одно соединение, то оно бинарно; если образуются два соединения, то одно бинарное, а другое тройное, т. е. состоят сответственно из двух и из трёх атомов, и т. д.
Применяя эти правила, Дальтон приходит к заключению, что вода- бинарное соединение водорода и кислорода, вес которых относятся примерно как 1:7. Дальтон считал, что молекула воды состоит из одного атома водорода и одного атома кислорода, т. е. формула её НО. По данным Ж. Гей-Люссака и А. Гумбольдта (1805), вода содержит 12, 6% водорода и 87, 4% кислорода, а так как Дальтон принял атомный вес водорода за единицу, атомный вес кислорода он определил равным примерно семи.
В 1808 г. Дальтон постулировал закон простых кратных отношений:
Сели два каких-либо элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то количества одного из элементов, приходящиеся в этих соединениях на одинаковое количество другого элемента, находятся между собой в простых кратных отношениях, т. е. относятся друг к другу как небольшие целые числа.
Занятия метеорологией привели Дальтона к размышлению о строении атмосферы, о том, почему она представляет собой «массу явно однородную». Изучая физические свойства газов, Дальтон принял, что они состоят из атомов; для объяснения же диффузии газов он предположил, что их атомы имеют различные размеры.