Úgy vélem, hogy a tudomány mostani fejlôdése alátámasztotta Avogadro, Ampère és Dumas hipotézisét a gáz állapotú anyagok hasonló összetételérôl; vagyis arról, hogy ezen – akár egyszerû, akár összetett – anyagok egyenlô térfogatai egyenlô számú molekulát tartalmaznak; nem tartalmaznak azonban egyenlô számú atomot, mert a különféle anyagok molekulái – vagy ugyanannak az anyagnak különbözô állapotaiban kialakuló molekulái – különbözô számú, azonos vagy különféle tulajdonságú atomból állhatnak.

Szeretném, ha tanítványaim ugyanarra a következtetésre jutnának, amelyre jómagam, ezért ugyanazon az úton kívánom végigvezetni ôket, amelyet én is megtettem, ez pedig nem más, mint a kémiai elméletek történeti vizsgálata.

Így tehát az elsô elôadásban megmutatom, hogy a gáznemû testek fizikai tulajdonságainak vizsgálatából, valamint a komponensek és vegyületek közötti térfogati viszonyok Gay-Lussac-féle törvényébôl hogyan keletkezett szinte önmagától az elôbb említett hipotézis, amelyet legelôször Avogadro, majd nem sokkal utána Ampère fogalmazott meg. A két fizikus elméletét vizsgálva megmutatom, hogy az elmélet semmilyen ellentmondásba nem kerül az ismert tényekkel, ha különbséget teszünk a molekulák és az atomok között – ahogy ôk tették; ha nem keverjük össze azokat a kritériumokat, amelyek alapján az elôbbiek számát és súlyát összehasonlítjuk, azokkal a kritériumokkal, amelyek az utóbbiak súlyának megállapítására szolgálnak; és – végül – ha nem ragaszkodunk ahhoz az elôfeltevéshez, hogy míg az összetett anyagok molekulái különbözô számú atomból állhatnak, a különféle egyszerû anyagok molekuláinak vagy egy atomot, vagy legalább egyenlô számú atomot kell tartalmazniuk.

A második elôadásban megvizsgálom, hogy a kémikusok többsége miért nem fogadta el azonnal Avogadro és Ampère hipotézisét. Elôbb röviden ismertetem azoknak a munkáját és elméleteit, akik anélkül vizsgálták meg az anyagok reagáló mennyiségeinek kapcsolatát, hogy figyelembe vették volna, mekkora térfogatot töltenek be ezek az anyagok gáz állapotban, majd megállok, hogy elmagyarázzam Berzelius elképzeléseit, amelyek hatására a kémikusok úgy vélték, a fenti hipotézis nincs összhangban a tényekkel.

Sorra elemzem Berzelius elképzeléseit, és megmutatom, hogy – egyrészt – miként tökéletesítette elektrokémiai hipotézisével Lavoisier dualisztikus elméletét, és – másrészt – Dalton atomelméletének hatása alá kerülve (amelyet Wollaston kísérletei támasztottak alá) hogyan alkalmazta ezt az elméletet és használta vezérfonalként késôbbi kutatásaiban, hogyan feleltette meg a dualisztikus elektrokémiai elméletnek, miközben kiterjesztette Richter törvényeit és megpróbálta ôket összhangba hozni Proust eredményeivel. Világosan megmutatom, miért jutott arra a feltevésre, hogy az atomoknak – amelyek az egyszerû testekben különállóak – egy elsôrendû vegyület atomjaivá kell egyesülniük, ezeknek pedig – egyszerû arányokban egyesülve – másodrendû összetett atomokat kell alkotniuk, és (mivel nem tudta elfogadni, hogy amikor két anyag egyetlen vegyületet alkot, az egyik és a másik egy-egy molekulájának két azonos természetû molekulává kell alakulnia ahelyett, hogy egyetlen molekulává egyesülne) nem fogadhatta el Avogadro és Ampère hipotézisét, ami sokszor vezett a most említett konklúzióhoz.

Ezután megmutatom, hogy Berzelius – aki úgy akarta megmagyarázni azokat az egyszerû reakciókat, amelyeket Gay-Lussac fedezett fel a gáznemû vegyületek és gáznemû komponenseik térfogatai között, hogy képtelen volt saját dualisztikus elképzeléseitôl megszabadulni – miként jutott Avogadro és Ampère hipotézisétôl nagyon eltérô hipotézisre, nevezetesen arra, hogy a gázállapotú egyszerû anyagok egyenlô térfogatai azonos számú atomot tartalmaznak, amelyek változás nélkül vegyülnek egymással; miként kellett késôbb – amikor számos egyszerû anyag gôzsûrûségét meghatározták – hipotézisének érvényességét korlátoznia mondván, hogy csak a permanens gázok közé tartozó egyszerû anyagok engedelmeskednek ennek a törvénynek; miként jutott arra a feltevésre – miután nem hitt abban, hogy még azonos rendû összetett atomok sem lehetnek egymástól azonos távolságra gázállapotban, azonos körülmények között –, hogy a klór-hidrogén, bróm-hidrogén és jód-hidrogén, illetve a víz és a kén-hidrogén molekuláiban azonos mennyiségû hidrogén van, bár a vegyületek eltérô viselkedése az Avogadro és Ampère hipotézisébôl levont következtetéseket támasztotta alá.

Az elôadás befejezéseként megmutatom, hogy mindössze az atomok és a molekulák között kell különbséget tennünk ahhoz, hogy a Berzelius által ismert kísérleti eredményeket összhangba hozzuk, és – a rugalmas fluidomok fizikai tulajdonságaival ellentétben – semmilyen különbséget nem kell feltételeznünk az állandó és összenyomható vagy az egyszerû és összetett gázok összetétele között.

A harmadik elôadásban áttekintem a fizikusok gáznemû anyagokra vonatkozó különbözô vizsgálatait, és megmutatom, hogy Gay-Lussactól Clausiusig az összes új kutatás alátámasztja Avogadro és Ampère hipotézisét, hogy a molekulák közötti távolságok – amíg a molekulák gázállapotúak – nem függenek a molekulák természetétôl, sem a tömegüktôl, sem a bennük levô atomok számától, csak a hômérsékletüktôl és a rájuk ható nyomástól.

A negyedik elôadásban áttekintem a Berzelius óta született kémiai elméleteket: megvizsgálom, hogy Dumas, aki hajlott Ampère hipotézisének elfogadására, hogyan szoktatta rá a kémikusokat, akik a szerves anyagokkal voltak elfoglalva, hogy a hipotézist felhasználják a vegyületek molekulasúlyának meghatározására, és milyen okok állították ôt meg félúton az elmélet alkalmazásában. Folytatásképpen két különbözô módszert is ismertetek – az egyik Berzeliusé, a másik Ampère-é és Dumas-é –, amelyeket a szervetlen, illetve a szerves kémiában használtak, amíg Laurent és Gerhardt nem egyeztette össze a tudomány két ágát. Világosan elmagyarázom, hogy azok a felfedezések, amelyeket Gerhardt, Williamson, Hofmann, Wurtz, Berthelot, Frankland és mások tettek a szerves vegyületek összetételét vizsgálva, hogyan támasztják alá Avogadro és Ampère hipotézisét, és hogy Gerhardt elméletének az a része, amely a leginkább megfelel a tényeknek és a legjobban magyarázza összefüggésüket, nem más, mint Ampère elméletének kiterjesztése, vagyis teljes alkalmazása, amelyet Dumas kezdett el.

Felhívom azonban arra is a figyelmet, hogy Gerhardt nem követte mindig következetesen azt az elméletet, amelybôl termékeny eredményeihez jutott, hiszen feltette, hogy az egyenlô térfogatú gáznemû anyagok csak az esetek többségében, de nem mindig tartalmaznak azonos számú molekulát.

Megmutatom, hogyan korlátozta ôt az a – Berzeliuséval ellentétes – elôfeltevés, amely gyakran torzítja a tényeket. Amíg Berzelius nem fogadja el, hogy az egyszerû anyagok molekulái felbomolhatnak az egyesülés során, Gerhardt feltételezi, hogy az egyszerû anyagok összes molekulája felbomolhat a kémiai folyamatban. Ez a kiindulás arra a feltevésre készteti, hogy a higany és minden fém molekulája két atomból áll, mint a hidrogéné, és ezért az összes fém vegyületei olyan típusúak, mint a hidrogén vegyületei. Ez a hiba még mindig tartja magát a kémikusok gondolkodásában, és emiatt nem fedezik fel a fémek között azokat a kétatomos gyököket, amelyek tökéletes analogonjai azon gyököknek, melyeket nemrégiben fedezett fel Wurtz a szerves kémiában.

A kémiai elméletek történeti vizsgálata és a fizikai kutatások alapján vonom le azt a következtetést, hogy ha összhangba akarjuk hozni a kémia összes ágát, Avogadro és Ampère elméletének teljes alkalmazásához kell folyamodnunk, hogy a molekulák súlyát és számát összehasonlíthassuk, majd azt javaslom, mutassuk meg, hogy az abból levont következtetések kivétel nélkül összhangban vannak az eddig felfedezett fizikai és kémiai törvényekkel.

Az ötödik elôadás elsô részében Avogadro és Ampère elméletének felhasználásával molekulasúlyokat határozok meg, még mielôtt ismerném a molekulák összetételét.

A fent idézett hipotézis alapján a molekulák súlya arányos a gáz állapotú anyagok sûrûségével. Ha a gôzsûrûséggel akarjuk kifejezni a molekulák súlyát ahelyett, hogy két gáz keverékének – például a levegônek – a súlyát vennénk alapul, célszerûbb minden sûrûséget egy egyszerû gáz egységnyinek választott sûrûségére vonatkoztatni.

Lévén a hidrogén a legkönnyebb gáz, ezt tekinthetjük azon egységnek, amelyre az összes gáznemû anyag sûrûségét vonatkoztatjuk. Így a molekulák súlyát az egységnyi súlyú hidrogénmolekulához viszonyítva kapjuk meg (hidrogén = 1).

Mivel megfelelôbbnek tartom, hogy a molekulák és molekulakomponensek súlyának közös egysége ne az egész, hanem a fél molekula hidrogén súlya legyen, a különféle gáznemû anyagok sûrûségét a kétegységnyi hidrogénre vonatkoztatom (hidrogén = 2). Ha a sûrûségek viszonyítási alapja a levegô = 1 választás, az értékeket mindössze 14,438-del kell megszorozni, ha a hidrogén = 1 viszonyítási alapra, és 28,87-dal, ha a hidrogén = 2 viszonyítási alapra akarunk áttérni.

A két számsort a következôképpen írom fel:
 

*  Ezt az értéket Bineau állapította meg, de úgy vélem, megerôsítésre szorul

** A sûrûségeket kifejezô számok közelítôek: jobb közelítést kapunk, ha a kémiai adatokból származó eredményekkel hasonlítjuk össze ôket, és a kettôt összehangoljuk
 

Aki a sûrûségeket a hidrogén = 1 értékhez akarja vonatkoztatni, a molekulák súlyát pedig a fél molekula hidrogénéhez, azt mondhatja, hogy a molekulák súlyának két térfogat súlya felel meg.

A magyarázat egyszerûsége kedvéért én azonban a hidrogén = 2 értékhez viszonyítom inkább a sûrûségeket, ezért a molekulák súlyának egy térfogat súlya felel meg.

A táblázat néhány példája alapján megmutatom, hogy ugyanannak az anyagnak különbözô allotróp állapotaiban különbözô molekulasúlyai lehetnek, de nem titkolom, hogy azok a kísérleti adatok, amelyeken ez a következtetés alapszik, megerôsítésre várnak.

Feltételezem, hogy a különbözô vegyületek tanulmányozása a molekulák súlyának, vagyis sûrûségének megállapításával kezdôdött anélkül, hogy az anyag egyszerû vagy összetett voltát megvizsgálták volna.

Ezután megvizsgálom ezen molekulák összetételét. Ha az anyag nem bontható fel, el kell fogadnunk, hogy molekulája egy és ugyanazon anyagból áll. Ha az anyag összetett, megvizsgáljuk, milyen elemekbôl áll, és így felfedezzük a komponensek súlyai közötti állandó viszonyokat: ezután a molekula súlyát a komponensek relatív súlyát kifejezô számokkal arányos részekre osztjuk, és megkapjuk a vegyület molekuláját alkotó komponensek mennyiségét ugyanarra az egységre vonatkoztatva, amelyre a molekulák súlyát vonatkoztattuk. Ezzel a módszerrel állítottam össze a következô táblázatot. (Ebbôl csak részleteket közlünk, Szerk.)
 

Ennek a táblázatnak az összes száma összevethetô, mert ugyanarra az egységre vonatkozik. Hogy ezt jól a tanítványaim eszébe véssem, egy roppant egyszerû fogáshoz folyamodom. Azt mondom nekik: "Tegyük fel, hogy egy fél molekula hidrogén súlya egymilliomod milligramm, akkor a táblázat összes száma nem viszonyszám, hanem konkrét érték lesz, amely a milligramm milliomodrészeiben fejezi ki a molekulák és komponenseik valódi súlyát; ugyanez lenne az eset, ha a közös egységnek bármely más értéke lenne", és így a tanítványaim világos képet kapnak ezeknek a számoknak az összehasonlíthatóságáról, bármi legyen is a közös egység valódi értéke.

Amikor pedig a fogás megtette a magáét, igyekszem minél elôbb kiiktatni, és elmagyarázom, hogy a valóságban miért nem tudjuk ennek az egységnek a valódi értékét. A tanítványok fejében azonban világos elképzelések élnek ezentúl, bármilyen fokot ér is el matemataikai tudásuk. Eljárásom nagyon hasonlít a mérnökökéhez, akik lerombolják a híd építéséhez használt faállványt, amint a híd megtartja magát. Ám félek, hogy Önök azt mondják majd: "Megéri a bajlódást, az idô- és tintapocsékolást, hogy elmondja ezt a roppant egyszerû fogást?" El kell azonban mondanom Önöknek, hogy azért idôztem a témánál, mert ragaszkodom ehhez a pedagógiai eszközhöz, amely oly sikeresnek bizonyult a tanítványaim körében, ezért javaslom a módszert mindenkinek, akinek hozzám hasonlóan kémiát kell tanítania fiatal embereknek, akik még nem szoktak eléggé hozzá a mennyiségek összehasonlításához.

Amikor a tanítványaim már tisztában vannak a táblázatban mutatott számok fontosságával, könnyû ôket rávezetni a számok összevetésébôl eredô törvényre. – Hasonlítsák össze – mondom nekik – az elemi állapotú anyag molekulájában és az anyag összes különbözô vegyületének molekuláiban levô ugyanazon elem különbözô mennyiségeit, és nem kerülheti el a figyelmüket a következô törvény: "Ugyanannak az elemnek a különbözô molekulákban foglalt különbözô mennyiségei egy és ugyanazon mennyiség egész számú többszörösei, ami – mivel mindig egész – joggal nevezhetô atomnak."

Ezért
 

Így tehát a különbözô molekulákban található hidrogén különféle súlyai egész számú többszörösei a klór-hidrogén molekulájában elôforduló súlynak, ami igazol bennünket abban, hogy ezt választottuk az atomok és molekulák súlyának közös egységéül. A hidrogénatomból kettô található az elemi hidrogén molekulájában.

Ugyanígy megmutatom, hogy a klór különbözô molekulákban elôforduló különbözô mennyiségei mind egész számú többszörösei a klór-hidrogén molekulájában levô mennyiségnek, azaz 35,5-nek, és hogy az oxigén különbözô molekulákban elôforduló mennyiségei mind egész számú többszörösei a vízmolekulában levô mennyiségnek, azaz 16-nak, ami a fele az elemi oxigénmolekulában levô mennyiségnek, és egynyolcada a villanyozott oxigén [ózon] molekulájában levô mennyiségnek.

Így
 

Hasonló módon kereshetô meg minden elem azon legkisebb mennyisége, amely egészként lép be az ôt tartalmazó molekulákba, és amelynek okkal adható az atom elnevezés. Ezért tehát az egyes elemek atomsúlyának meghatározásához mindenekelôtt ismerni kell az összes vagy a legtöbb olyan molekula súlyát és összetételét, amely az elemet tartalmazza.

Ha valaki úgy gondolná, hogy a molekulasúlyok ilyen meghatározása túlságosan hipotetikus, hasonlítsa össze az anyagok azonos térfogatainak összetételét gáz állapotban, azonos körülmények között. Nem kerülheti majd el a figyelmét a következô törvény: Akár az elemi állapotú elem, akár az elem vegyületeinek egyenlô térfogataiban ugyanazon elem különbözô mennyiségei mindig egy és ugyanazon mennyiség egész számú többszörösei; azaz minden elemhez tartozik egy bizonyos számérték, amellyel – valamint egész együtthatók segítségével – az elemet tartalmazó különbözô anyagok egyenlô térfogatainak súly szerinti összetétele kifejezhetô. Mivel pedig minden kémiai reakció egyenlô térfogatok vagy ezek egész számú többszörösei között zajlik le, az összes kémiai reakciót ugyanezekkel a számértékekkel és egész együtthatókkal lehet leírni. A fenti formában kifejtett törvény a tények közvetlen következménye: de ki ne tételezné fel ugyanennek a törvénynek az alapján, hogy az egyenlô térfogatok súlyai a molekulasúlyokat jelentik (noha további bizonyítékokra is szükség van)? Ezért a törvény megfogalmazásakor szívesebben használom a molekula szót a térfogat helyett. Ez a tanítás szempontjából azért elônyös, mert amikor a gôzsûrûségek nem határozhatók meg, más eszközöket kell igénybe venni a vegyületek molekulasúlyának megállapításához. Kurzusom lényege éppen az utóbbi módszerek egzaktságának bizonyítása annak bemutatásával, hogy ugyanazokra az eredményekre vezetnek, mint a gôzsûrûség, amikor mindkét típusú módszer egyszerre használható a molekulasúlyok meghatározására.

A fent kifejtett törvény, amelyet az atomok törvényének nevezek, magában foglalja a többszörös [súly]viszonyok és a térfogatok közötti egyszerû reakciók törvényét, amit bôségesen illusztrálok az elôadásomban. Ezután könnyedén elmagyarázom, hogy ha a különbözô elemek eltérô atomsúlyait szimbólumokkal fejezzük ki, miként lehet molekuláiknak és vegyületeik molekuláinak összetételét képletekkel kifejezni. Ezután megállok egy kicsit, míg tanítványaim hozzászoknak ahhoz, hogy a gázállapotbeli térfogatról áttérünk a molekulára (az elsô közvetlenül fejezi ki a tényt, a második értelmezi azt). Mindenekelôtt arra törekszem, hogy gondosan szétválasszam a molekula és az atom fogalmát. Hiszen ismerhetjük egy elem atomsúlyát anélkül, hogy tudnánk a molekulasúlyát; ezt tapasztaljuk a szén esetében. Mivel az anyag számos vegyülete illékony, a molekulák súlya és összetétele összehasonlítható, és látható, hogy a bennük levô szén mennyisége mindig 12 egész számú többszöröse. Ez a mennyiség tehát a szénatom, és a C szimbólum jelöli. Nem tudjuk azonban meghatározni az elemi szén gôzsûrûségét, ezért nem állapíthatjuk meg molekulasúlyát, tehát nem tudjuk, hányszor fordul elô az atom a molekulában. Az analógia egyáltalán nem segít nekünk, mert tudjuk, hogy a leghasonlóbb anyagok (például a kén és az oxigén) molekulái, de még ugyanazon anyag allotróp állapotban kialakuló molekulái is különbözô számú atomból állnak. Nincs eszközünk a szén gôzsûrûségének jóslására; mindössze annyit mondhatunk, hogy az értéke 12 vagy 12 egész számú többszöröse (az én számrendszeremben). A különbözô kémiai értekezésekben a szén elméleti sûrûségeként megadott szám igen önkényes, és a kémiai számításokban fölösleges. Fölösleges a szén különbözô vegyületeiben kialakuló molekulák súlyának kiszámítására és igazolására, mert az elemi szén molekulájának súlya figyelmen kívül hagyható, ha az összes szénvegyület molekulájának súlyát ismerjük. Fölösleges a szénatom súlyának meghatározására, mert ezt bizonyos számú széntartalmú molekula összetételének összehasonlításából vezettük le, és a szén molekulasúlyának ismerete aligha jelentene új adatot azokhoz képest, amelyek már elegendôek a probléma megoldásához. Mindenki könnyen meggyôzôdhet errôl, ha a következô módon rendezi el azokat a számokat, amelyek kifejezik a sûrûségekbôl levezetett molekulasúlyokat és molekulakomponensek súlyát.
 

A szenet tartalmazó molekulák sorában elhelyezhetnénk az elemi szén molekuláját is, ha ismernénk a súlyát; de ez nem járna nagyobb haszonnal, mint az, ha a listára felvennénk még egy szénvegyületet; tehát mindössze még egyszer igazolná, hogy a szén mennyisége bármely molekulában – akár magának az elemnek, akár vegyületeinek molekuláiról van is szó – 12 vagy n x 12 = Cⁿ, ahol n egész szám.

Ezután azt taglalom, hogy az-e a jobb, ha a vegyületek molekuláinak összetételét a komponensek molekuláinak függvényében fejezzük ki, vagy az, ha mindkettô összetételét – ahogyan én kezdtem el – azokkal az állandó mennyiségekkel fejezzük ki, amelyek mindig egész számokban fordulnak elô mindkettôben, vagyis az atomokkal. Tehát például az-e a jobb, ha a képletben jelezzük, hogy egy molekula klór-hidrogén fél molekula hidrogént és fél molekula klórt tartalmaz, vagy az, hogy egyikbôl is, másikból egy-egy atomot tartalmaz, miközben rámutatunk arra, hogy mindkét anyag molekulája két atomból áll?

[...]