АЗ ТАЪРИХИ ПАЙДОИШИ ҚОНУНИ АВОГАДРО

Дар низоми илми кимиё Қонуни Авогадро яке аз қонунҳои муҳим ба шумор рафта, як бахши соҳаи кимиёро ташкил медиҳад. Омӯзиши ин қонун дар самти шинохти кимиё муҳим буда, як бахши илми кимиёро ба таври таърихӣ – илмӣ равшан месозад. Дар ин нигошта руҷуъ доир ба Қонуни Авогадро карда шудааст, ки умедворем, барои омӯзгорони соҳавӣ ҳамчун маълумоти иловагии методӣ хизмат менамояд.
Соли 1808 Гей-Люссак ва олими олмонӣ Александр Гумболдт новобаста аз ҳамдигар қонунеро бо номи «Нисбати ҳаҷмҳо» пешниҳод намуданд. Мувофиқи ин қонун нисбати ҳаҷмҳои газҳои бо ҳамдигар ба реаксия дохилшаванда бо ададҳои одии бутун ифода карда мешаванд. Масалан: 2 ҳаҷм гидроген бо 1 ҳаҷм оксиген пайваст шуда, 2 ҳаҷм буғи обро ҳосил мекунанд; 1 ҳаҷм хлор бо 1 ҳаҷм гидроген ба реаксия дохил шуда, 2 ҳаҷм хлориди гидрогенро ҳосил мекунанд ва ба монанди инҳо:
2Н2+О2=2Н2О
Сl2+Н2=2НСl
Ин қонун барои олимон дар он давр маълумоти мукаммалро дода наметавонист, чунки дар бораи аз кадом хел зарраҳо иборат будани газҳо фикри ягона вуҷуд надошт. Инчунин, оид ба мафҳумҳои атом, молекула ва корпускула фарқи аниқе мавҷуд набуд.
Соли 1811 кимиёдони машҳури Итолиё Амедио Авогадро (9.08.1776 — 9. 07. 1856) ҳамаи натиҷаҳои таҷрибаҳои Гей-Люссак ва дигар олимонро дақиқ муқоиса намуда, ба хулосае омад, ки «сохти» молекулаи газҳоро ошкор созад. Аз «гипотезаи аввалин»-е, ки ӯ баён карда буд, чунин бармеомад, ки шумораи таркибдиҳандаи молекулаи гази дилхоҳ ҳамеша дар ҳаҷми баробар як хел мебошад.
«Таркиби молекула» (ҳоло мо онро молекула меномем) аз рӯйи андешаи Авогадро аз зарраҳои боз ҳам хурдтар, яъне, атомҳо иборат мебошанд. Се сол баъдтар Авогадро фарзияи худро боз ҳам саҳеҳтар намуд ва онро дар намуди зерин: «Ҳаҷмҳои баробари моддаҳои газмонанд, дар фишор ва ҳарорати якхела, дорои адади якхелаи молекулаҳо мебошанд, чунки зичии газҳои гуногун нишондиҳандаи массаи молекулаҳои онҳо мебошад» пешниҳод намуд, ки ин қонун то ҳол бо номи ӯ муаррифӣ мешавад. Ин иловаи Авогадро хеле муҳим буд, ки зичии газҳои гуногунро чен намуда, массаи нисбии молекулаҳоеро, ки аз он газ таркиб ёфтааст, муайян намудан мумкин мешавад.
Дар ҳақиқат, агар дар 1л гидроген ва 1л оксиген адади молекулаҳо як хел бошад, пас зичии ин газҳо нисбат ба массаи молекулаҳои онҳо баробар мебошад. Авогадро махсусан қайд намуда буд, ки молекулаҳо дар газҳо шарт нест, ки аз атомҳои тоқа иборат бошанд. Онҳо метавонанд дар намуди якчанд атомҳои якхела ё ин ки гуногун мавҷуд бошанд. (Соли 1814 физики машҳури фаронсавӣ А.М.Ампер — се сол баъд аз Авогадро низ ба чунин хулоса омада буд).
Дар замони Авогадро гипотезаи ӯро ба таври назариявӣ исбот кардан мумкин набуд, лекин ин гипотеза имкони ба таври таҷрибавӣ таркиби молекулаҳои газмонандро муқаррар намуда, массаи нисбии молекулавии онро муайян карданро дошт. Мантиқи ин гуфтаҳоро дида мебароем. Таҷрибаҳо нишон медиҳанд, ки ҳаҷми гидроген, оксиген ва буғҳои оби ҳосилшуда дар нисбати 2:1:2 мебошанд. Аз ин таҷриба хулосаҳои гуногун баровардан мумкин аст: Якум, молекулаҳои гидроген ва оксиген дуатома (Н2 ваО2) буда, вале молекулаи об аз се атом иборат мебошад, пас муодилаи реаксияи
2Н2+О2=2Н2О
дуруст мебошад. Инчунин, хулосаи зерин низ дуруст меояд: молекулаи гидроген якатома буда, вале молекулаҳои оксиген ва об дуатома мебошанд, пас онро бо муодилаи реаксияи зерин ифода кардан мумкин аст:
2Н+О2=2НО
бо ҳамон як нисбати ҳаҷмҳои 2:1:2. Дар ҳолати якум аз нисбатҳои массаҳои гидроген ва оксиген дар об (1:8) ва аз ин бармеояд, ки массаи нисбии атомии оксиген ба 16 баробар аст. Дар ҳолати дуюм бошад, он ба 8 баробар мебошад. Ҳатто, баъди 50 соли таҷрибаи Гей-Люссак баъзе олимон чунин мешумориданд, ки формулаи об НО аст, на Н2О. Олимони дигар бошанд, формулаи дурусти обро Н2О2 меҳисобиданд. Бинобар ин, дар баъзе ҷадвалҳо массаи атомии оксигенро баробари 8 ҳисоб мекарданд, лекин як роҳи содаи интихоби дурусти ин ду ақида мавҷуд буд. Барои ин бояд, ки натиҷаи таҷрибаҳои ба ин монандро таҳлил намудан лозим меомад. Масалан: ҳаҷмҳои баробари гидроген ва хлор баъди реаксия ду баробар зиёд мешаванд. Аз ин бармеояд, ки реаксияҳои зерин:
Н+СI=HCI
Н+СI2=HCI2
ҳаҷми 2 баробар зиёдро дода наметавонад, пас молекулаҳои гидроген ва хлор аз ду атом иборат мебошанд. Агар молекулаҳои гидроген дуатома бошад, пас молекулаҳои оксиген низ дуатома аст, молекулаҳои об бошад аз се атом иборат мебошанд ва формулаи он Н2О аст.
Аҷибаш дар он аст, ки ҳамин хел хулосаҳои одӣ дар давоми даҳсолаҳо бисёр кимиёшиносонро оид ба дурустии назарияи Авогадро водор карда натавонист ва давоми даҳсолаҳо ба он аҳамияте дода нашуда буд.
Омили асосӣ дар он зоҳир мегардид, ки дар он давраҳо навишти одӣ ва дурусти бисёр формулаҳо ва муодилаи реаксияҳо маълум набуд, лекин рақиби асосии назарияи Авогадро олими барҷастаи швед кимиёшинос Йенс Якоб Бертселиус буд, ки дар байни кимиёшиносони ҷаҳон эҳтироми хосае дошт. Аз рӯйи назарияи ӯ ҳамаи атомҳо дорои заряди электрикӣ буда, вале молекулаҳо бо атомҳои заряди муқобилдошта, ки ҳамдигарро ҷазб менамоянд, ҳосил мешаванд. Чунин мешумориданд, ки оксиген заряди манфии зиёд дорад, вале атоми гидроген мусбат аст. Аз рӯйи назарияи зерин молекулаи оксигенро, ки аз ду заряди ҳамном таркиб ёфтааст, тасаввур кардан ғайриимкон буд. Агар молекулаи оксиген якатома бошад, пас дар реаксияи оксиген ва нитроген:
N + O=NO
нисбати ҳаҷмҳо бояд 1:1:1 бошад. Ин бошад баръакси таҷриба буд. 1л нитроген ва 1л оксиген 2л NO-ро ҳосил мекунад. Дар ҳамин асос Бертселиус ва бисёр кимиёшиносони дигар гипотезаи Авогадроро қабул накарданд, зеро фикр мекарданд, ки ба таҷриба дуруст намеояд.
Гипотезаи Авогадроро дуюмбора дар охирҳои соли 1850 олими ҷавони итолиёвӣ кимиёшинос Станислао Каниссиаро (1826-1910) эҳё намуд ва олимонро ба дуруст будани он бовар кунонид. Вай барои молекулаҳои газмонанди элементҳо формулаҳои дурустро пешниҳод намуд, аз ҷумла, О2, Н2, СI2 ва ғайра. Инчунин, ҳамаи таҷрибаҳоро бо гипотезаи Авогадро ба мувофиқат даровард. Ӯ гуфта буд: «Санги дар як кунҷ истодаи назарияи атомии муосир ин назарияи Авогадро аст. Ин назарияи аз ҳама охирин ва мантиқан дуруст барои фаҳмонидани мафҳуми атому молекула мебошад ва барои тасдиқи охиринҳо…».
Дар аввал чунин менамуд, ки далелҳои физикӣ бо назарияи Авогадро ва Ампер мувофиқат намекунад, чунки назария ба як тарафе гузошта шуда, фаромӯш ҳам шуда буд. Баъдтар кимиёшиносон аз рӯйи ҳамон мантиқ ва таҷриба дар натиҷаи эволютсияи яку якбораи илм ва ноаён барои онҳо ба ин назария дастрас гардиданд.
Оид ба баҳсҳои доманадори он давра Менделеев чунин навишта буд: «Дар солҳои 50-ум баъзеҳо массаи атомии О=8, дигарон О=16 ва агар Н=1 бошад, формулаи об барои якуминҳо НО, пероксиди гидроген НО2, барои дуюминҳо бошад формулаи об чун ҳозира Н2О ва пероксиди гидроген Н2О2 ё НО буд. Бесарусомонӣ дар ин самт ҳукмрон буд, бинобар ин, соли 1860 кимиёшиносони тамоми дунё дар Карлсруэ барои он ҷамъ омаданд, ки дар конгресс якдилию якрангиро ба вуҷуд оранд. Дар ин конгресс хуб дар хотир дорам, ки фикру ақидаҳои ба ҳамдигар муқобил хеле зиёд буданд ва гарму ҷӯшон натиҷаи гипотезаи Авогадроро таҳлил менамуданд».
Баъди ҳамин гипотезаи Авогадроро ҳама пазируфтанд, олимон на танҳо дуруст муайян кардани таркиби молекулаҳои моддаҳои газмонанд, балки массаи атомӣ ва молекулавии онҳоро низ муайян намуданд.
Ин донишҳо барои ҳисоби нисбат ба массаҳои реагентҳо дар реаксиҳои химиявӣ низ имкон доданд. Ин гуна нисбатҳо хеле осон ва муҳим буданд: массаҳои моддаҳоро бо грамм ҳисоб намуда, олимон гӯё молекулаҳоро ҷарроҳӣ менамуданд.
Миқдори модда ададан ба массаи молекулавии нисбӣ, лекин бо грамм ифодашударо грамм-молекула ё бо мол ифода намуданд. Калимаи «мол»-ро дар аввалҳои солҳои 20-ум олими немис, физик-кимиёшинос, гирандаи Ҷоизаи Нобел Вилгелм Оствалд (1853-1932) пешниҳод намуда буд: ин калима аз решаи калимаи «молекула» гирифта шуда, аз калимаи лотинии «moles» — (миқдор, масса бо суффикси хурдшуда) сарчашма гирифтааст. Инчунин, ҳаҷми 1 мол модда, ки дар ҳолати газмонанд қарор дорад, дар шароити муътадил (яъне, Р=1атм=1,013∙105 Па ва Т=0⁰С) ҳисоб карда шуд, ки он ба 22,4 л баробар буд.
Адади молекулаҳоро дар як мол модда адади Авогадро номида, онро бо NА ишора мекунанд. Чунин таърифи мол дар давоми қариб садсолаҳо нигоҳ дошта шуд. Дар замони ҳозира мол таърифи дигар дорад: мол ченаки миқдори модда буда, адади зарраҳояш ба адади зарраҳои 12 грамми карбон баробар аст.
Соли 1971 бо қарори конференсияи Генералии 14-ум аз рӯйи ченак ва масса мол ба системаи умумиҷаҳонии ченакҳо (СИ) ҳамчун 7-ум ченаки асосӣ қабул шуда буд.
Дар давраҳои Каниссаро оид ба андозаи атому молекула маълумоти аниқе набуд, бинобар ин, доимии адади Авогадроро адади хеле калон фикр мекарданд. Бо гузашти вақт саҳеҳтар ҳисоб кардани андозаи молекулаҳо ва қимати NА-ро ёд гирифтанд. Пеш аз ҳама, ба онҳо маълум шуд, ки ин ду бузургӣ бо ҳамдигар сахт алоқаманданд: ҳар қадар андозаи атому молекула хурд бошанд, ҳамон қадар адади Авогадро бузургтар мешавад.
Аввалин бор андозаи атомро олими немис, физикдон Йозеф Лодшмидт (1821-1895) баҳо дод. Ӯ назарияи молекулавӣ-кинетикии газ ва зиёд шудани ҳаҷми моеъҳоро ҳангоми бухоршавии онҳо ва соли 1865 диаметри молекулаи нитрогенро ҳисоб намуд, ки он ба 0,969 нм (1 нм=10-9 м) баробар буд. Ин тахминан аз бузургии ҳозиразамон 3 баробар хурдтар буд, вале натиҷаи Лодшмидт ҳамон сол ба табъ расида, адади молекулаҳоро дар 1 см3 газ низ нишон дода шуда буд, ки то ҳол онро адади Лодшмидт (NL) ном мебаранд. Аз ин адад, адади Авогадроро ба осонӣ ба даст овардан мумкин аст, агар онро ба ҳаҷми молярии газҳои идеалӣ зарб занем (22, 4л).
Доимии Авогадроро бо бисёр усулҳо муайян менамуданд. Масалан, аз ранги кабуди осмон чунин хулоса бармеояд, ки нури офтоб дар ҳаво пароканда мешавад. Чӣ тавре ки Релей нишон медиҳад, фаъолияти шиддати парокандашавии рӯшноӣ аз адади молекулаҳои ҳаво дар воҳиди ҳаҷм вобаста мебошад. Нисбат ба фаъолияти шиддати рӯшноии офтоб ва рӯшноии парокандаи ҳавои кабудро ҳисоб намуда, доимии Авогадроро муайян кардан мумкин аст. Аввалин бор чунин таҷриба аз тарафи математики итолиёвӣ Квинтино Селло (1827-1884) дар қуллаи кӯҳи Монте-Роза (4634 м), дар ҷануби Шветсария гузаронида шуда буд. Ҳисобҳо нишон доданд, ки дар 1 мол тахминан 6.1023 зарра мавҷуд аст.
Усули дигарро олими франсавӣ Жан Перрен (1870-1942) истифода бурдааст. Вай дар зери микроскоп адади курачаҳои хурдакаки дар об муаллақи гуммигут (диаметраш 1 мкм)-ро ҳисоб намуд. Гуммигут ба каучуки табиӣ монанд буда, аз шираи баъзе дарахтҳои тропикӣ гирифта мешавад. Перрен чунин мешуморид, қонунҳое, ки барои газҳо истифода бурда мешаванд, ин ҷо низ мувофиқат мекунанд. Агар ин тавр бошад, пас «массаи молярӣ»-и ин курачаҳоро ҳисоб кардан мумкин аст; массаи 1 курачаи алоҳидаро дониста (массаи онҳоро баръакси массаи молекула ҳисоб кардан мумкин аст), ба осонӣ доимии Авогадроро ҳисоб кардан мумкин буд. Перрен адади тахминан 6,8∙1023 -ро ҳосил намуд. Адади муосири ин доимӣ NА = 6∙1023 мебошад.
Хулоса, доимияти Авогадро ҳамин қадар бузург аст, ки онро тасаввур кардан хеле мушкил аст. Масалан, агар тӯби футболро ба андозаи NА маротиба аз рӯйи ҳаҷм калон кунем, он гоҳ дар он кураи замин ҷой мегирад. Агар диаметри тӯбро NА маротиба калон кунем, он гоҳ дар он аз ҳама галактикаи калонтарин, ки садҳо миллиард ситора дорад, ҷойгир мешавад.

Адабиёт:
1. А. М. Прохоров. Ред. кол. Д.М.Алексеев. Физический энциклопедический словарь -1983. с. 63.
2. А. М. Бонч — Бруевич, А.С.Беровик и др. М: Советская энциклопедия — 1983. с. 206.
3. Энсиклопедияи советии тоҷик, ҷилди 8. Душанбе -1988. саҳ. 308.