Амедео Авогадро

Закон Авогадро — одна из тех формулировок, которые школьники заучивают наизусть, не подозревая, что её автор полвека оставался в тени собственного открытия. Итальянский химик Амедео Авогадро (1776–1856) сформулировал его в 1811 году, но научное сообщество приняло гипотезу лишь спустя десятилетия, уже после его смерти.

Юрист, ставший физиком

Авогадро родился в Турине, в аристократической семье: его отец был графом и занимал должность адвоката. По традиции того времени профессия передавалась по наследству, поэтому Амедео, третий из восьми детей, пошёл по стопам отца и в 20 лет получил степень доктора церковного законоведения. Однако юриспруденция его не увлекла: в 25 лет он начал самостоятельно изучать физику и математику.

Первые научные работы Авогадро, представленные в Туринскую академию наук в 1803–1804 годах вместе с братом Феличе, были посвящены электричеству. В них он объяснял поведение проводников и диэлектриков в электрическом поле, в частности явление поляризации. Идеи молодого исследователя заметили: в 1804 году его избрали членом-корреспондентом академии, а в 1806-м он получил место репетитора в Туринском лицее.

Кафедра, которую пришлось подождать

В 1820 году королевским указом Авогадро назначили первым профессором новой кафедры высшей физики в Туринском университете. Но уже через два года университет закрыли после студенческих волнений, и учёный остался лишь с почётным титулом заслуженного профессора. Ему пришлось занять должность старшего инспектора в палате по контролю за государственными расходами, не оставляя при этом научных занятий.

Когда в 1832 году кафедру высшей физики восстановили, её отдали не Авогадро, а французскому математику Огюстену Луи Коши, эмигрировавшему из Франции. Лишь после отъезда Коши через два года Авогадро наконец занял кафедру, где проработал до 1850 года, после чего передал её своему ученику Феличе Кью.

Гипотеза, которую не приняли

В 1811 году Авогадро опубликовал статью «Очерк метода определения относительных масс элементарных молекул тел и пропорций, согласно которым они входят в соединения». В ней он утверждал: в равных объёмах любых газов при одинаковых условиях содержится одно и то же число молекул. Это позволяло точно определять атомные массы и состав молекул газообразных соединений — казалось бы, ключ к решению споров, мучивших химиков того времени.

Например, эксперименты показывали, что объёмы водорода, кислорода и образующихся паров воды относятся как 2:1:2. Но из этого факта можно было сделать разные выводы. Если молекулы водорода и кислорода двухатомны, а молекула воды состоит из трёх атомов, то относительная атомная масса кислорода равна 16. Если же молекулы водорода одноатомны, а кислорода и воды двухатомны, то атомная масса кислорода — 8. Даже через 50 лет некоторые учёные продолжали настаивать на формуле воды НО, а не Н₂О.

Проверить гипотезу можно было простыми рассуждениями: равные объёмы водорода и хлора дают удвоенный объём хлороводорода, что исключает одноатомность водорода. Но главным противником Авогадро оказался шведский химик Йенс Якоб Берцелиус, чей авторитет был непререкаем. Согласно его теории, атомы несут электрические заряды, а молекулы образуются из противоположно заряженных атомов — следовательно, молекула из двух одинаково заряженных атомов кислорода невозможна. Берцелиус и большинство химиков отвергли гипотезу Авогадро как противоречащую экспериментальным данным.

Второе открытие

В 1814 году Авогадро опубликовал вторую статью, где чётко сформулировал закон: равные объёмы газообразных веществ при одинаковых давлениях и температурах отвечают равному числу молекул. В 1821-м он подвёл итог десятилетней работы, распространив свой метод на органические вещества и показав, что Дальтон, Дэви и Берцелиус придерживаются неверных взглядов на природу многих соединений.

В этой же работе впервые упоминается имя Ампера в связи с молекулярной теорией. Ампер независимо от Авогадро — но несколько позже — пришёл к сходным идеям и в 1814 году опубликовал письмо химику Бертолле, содержавшее положение, по существу совпадающее с законом Авогадро. Сам Ампер указывал, что работа Авогадро стала ему известна уже после написания письма.

Признание пришло посмертно. Сегодня закон Авогадро формулируют иначе: моль любого вещества в газообразном состоянии при одинаковых температуре и давлении занимает один и тот же объём — при нормальных условиях 22,414 литра. А число молекул в грамм-молекуле любого вещества называют числом Авогадро; оно равно 6,02⋅10²³.

Наследие

Авогадро умер в Турине в 1856 году, похоронен в семейном склепе в Верчелли. Последняя его работа вышла, когда учёному было 77 лет. В его честь названы кратер на Луне, минерал авогадрит, малая планета (12294) Авогадро и Университет Восточного Пьемонта.

Частые вопросы

Почему закон Авогадро не признавали так долго?

Главным препятствием был авторитет Берцелиуса, чья электрохимическая теория исключала существование молекул из одинаково заряженных атомов. Кроме того, в те времена не было простой и ясной записи химических формул.

Что такое число Авогадро?

Это количество молекул в одном моле любого вещества — 6,02⋅10²³. Оно одинаково для всех веществ и названо в честь учёного.

Кто ещё независимо от Авогадро пришёл к его закону?

Французский физик Ампер, который в 1814 году сформулировал положение, по существу совпадающее с законом Авогадро, но сделал это несколько позже.