Здесь ключевым является пятый пункт, а в нём — слово «определённый». Дальтон обратил внимание на, в общем-то, не новый факт: один и тот же элемент может соединяться с другим элементом в разных соотношениях, причём при этом образуются разные вещества.
А самое главное — в этих веществах массы второго элемента, приходящиеся на единицу массы первого, кратны друг другу и соотносятся как небольшие целые числа. В этом состоит сущность открытого Дальтоном нового закона в химии.
Вот один из примеров, которые приводил Дальтон. Углерод может соединяться с кислородом в разных соотношениях.
При этом получаются разные вещества, в которых на 3 части углерода приходится либо 4, либо 8 частей кислорода (это угарный газ СО и углекислый газ СО2). То есть массовые соотношения углерода и кислорода равны в одном газе 3 : 4, в другом — 3:8. Значит, на 1 часть углерода в этих газах приходится 4/3 и 8/3 частей кислорода, а между собой массы кислорода относятся как 4: 8, или 1 : 2. То есть как небольшие целые числа. Впоследствии были открыты и другие соединения углерода и кислорода, о которых знают далеко не все химики.
В одном из них на 1 массовую часть углерода приходится 8/9 частей кислорода.
Это так называемый недооксид углерода С3О2, ядовитый газ с резким запахом. Под действием света от него отщепляется СО и образуется ещё один оксид углерода С2О. Соотношение масс углерода и кислорода в нём составляет 3 : 2. В трихиноне С6О6 соотношение между массами углерода и кислорода такое же, как в угарном газе СО, но строение этого вещества совершенно другое.
В меллитовом ангидриде С12О9 углерода и кислорода по массе содержится поровну.
И для всех этих соединений массовое соотношение углерода и кислорода равно 1:1. Если выписать все эти соотношения и провести с ними простые арифметические выкладки, то окажется, что массы кислорода в указанных соединениях относятся как 6:8:9: 12 : 18. Тоже получились целые числа, хотя их вряд ли можно назвать небольшими. Правда, если исключить из рассмотрения оксид С3О2 (он даёт восьмёрку), получим ряд из меньших чисел: 2:3:4:6. А вот другие примеры, которые использовал Дальтон для создания своей теории.
Сера соединяется с кислородом в массовом соотношении 1:1 или 2:3 (образуются оксиды S02 и SO,). В известных Дальтону соединениях углерода и водорода на одну и ту же массовую часть углерода приходилась 1 или 2 части водорода (это были этилен С2Н4 и метан СН4. Было ещё несколько подобных примеров.
Из известных современным химикам примеров можно привести соединения азота и кислорода, которых существует шесть.
Массы азота и кислорода в них относятся как 7 : 4, 7 : 8, 7 : 12, 7 : 16, 7 : 20 И 7 : 24, то есть на одну и ту же массовую часть азота в них приходится 1, 2, 3,4, 5 и 6 массовых частей кислорода. Опять получается ряд небольших целых чисел!
Дальтон понял, что подобные примеры указывают на очень важную закономерность в химии: соотношения масс элементов в сложных веществах (это соотношение находится из эксперимента) как-то связано с соотношением масс самих атомов, из которых эти вещества состоят!
Найденную закономерность Дальтон выразил в виде закона кратных отношений, носящего его имя. Закон этот гласит: «Если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то на одну и ту же массу одного из них приходятся такие массы другого, которые относятся между собой как небольшие целые числа».
Это была революция в химии — появлялась принципиальная возможность «взвесить» атомы! «Насколько я знаю, — пишет Дальтон, — вопрос об относительном весе конечных частиц тел совершенно нов». Понятно, что под «конечными частицами» Дальтон подразумевает атомы.
Впервые Дальтон публично сообщил о своей атомной теории в докладе, прочитанном 20 октября 1803 года в Манчестерском литературно-философском обществе; затем его статья была напечатана в «Записках» этого общества. Платон, наверное, долго ломал бы голову, соображая, как эти странные числа, которыми оперировал Дальтон, можно подогнать к его теории строения мира.
Дальтон же понял, что в его руках находится мощный инструмент. Но как им воспользоваться?
Мог ли Дальтон на основании сравнения масс различных соединений сделать правильные выводы об относительной массе атомов?
Его рассуждения сводились к следующему. Мы не знаем, в каком именно соотношении находится число атомов разных элементов в том или ином веществе.
Но мы знаем, в каком соотношении находятся их массы. Если бы мы знали, во сколько раз одни атомы тяжелее других, мы смогли бы правильно записать формулу вещества.
Это можно показать на таком примере.
Точное определение состава воды показывает, что на 1 массовую часть водорода приходится 8 массовых частей кислорода.
Можно ли на этом основании узнать формулу воды? Оказывается, нет: ведь мы не знаем, во сколько раз атом кислорода тяжелее атома водорода.
Если, например, принять, что в восемь раз, то формула воды будет НО, если в 16 раз, то Н2О (2:16=1: 8), если в 24 раза, то Н3О (3 : 24 = 1: 8). Другой пример. Эксперимент показывает, что в двух оксидах серы соотношение масс серы и кислорода равно 1 : 1 и 2 : 3- Если принять, что атомы кислорода и серы имеют равную массу, то формулы этих оксидов будут SO и S20, (что неверно).
Если же принять, что атом серы вдвое тяжелее атома кислорода, то формулы этих оксидов будут S02 и S03 (эти формулы правильные).
Но как это узнать? Можно, конечно, попытаться сравнить соединения серы и кислорода с водородом, то есть проанализировать сероводород и воду.
Но чтобы узнать, во сколько же раз атом серы тяжелее атома кислорода, нужно знать правильные формулы и сероводорода, и воды!