Со атом низ вековите - 1 дел

Минатиот век често се нарекува „доба на атомот“. Во тоа не толку далечно време, конечно беше докажано постоењето на „тулите“ што го сочинуваат светот околу нас, а силите што спиеја во нив беа ослободени. Идејата за самиот атом, сепак, има многу долга историја, а приказната за историјата на познавање на структурата на материјата не може да се започне поинаку освен со зборови што се однесуваат на антиката.

1. Фрагмент од фреската на Рафаел „Атинската школа“, која го прикажува Платон (десно, филозофот ги има карактеристиките на Леонардо да Винчи) и Аристотел

„Веќе стар...“

… филозофите дошле до заклучок дека целата природа се состои од незабележливо мали честички. Се разбира, во тоа време (и долго време потоа) научниците немаа можност да ги тестираат своите претпоставки. Тие беа само обид да се објаснат набљудувањата на природата и да се одговори на прашањето:Дали материјата може да се распаѓа на неодредено време или има крај на фисијата?«

Одговорите беа дадени во различни културни кругови (првенствено во античка Индија), но развојот на науката беше под влијание на студиите на грчките филозофи. Во минатогодишните празнични изданија на „Млад техничар“, читателите дознаа за вековната историја на откривањето на елементите („Опасности со елементите“, МТ 7-9/2014), која започнала и во Античка Грција. Уште во VII век п.н.е., главната компонента од која е изградена материјата (елемент, елемент) била барана во различни материи: вода (Талес), воздух (Анаксимен), оган (Хераклит) или земја (Ксенофан).

Емпедокле ги помирил сите, изјавувајќи дека материјата не се состои од еден, туку од четири елементи. Аристотел (1 век п.н.е.) додаде уште една идеална супстанција - етер, која го исполнува целиот универзум и ја прогласи можноста за трансформација на елементите. Од друга страна, Земјата, која се наоѓа во центарот на универзумот, била набљудувана од небото, кое секогаш било непроменето. Благодарение на авторитетот на Аристотел, оваа теорија за структурата на материјата и целината се сметаше за точна повеќе од две илјади години. Стана, меѓу другото, основа за развој на алхемијата, а со тоа и на самата хемија (XNUMX).

2. Биста на Демокрит од Абдера (460-370 п.н.е.)

Сепак, паралелно беше развиена и друга хипотеза. Леукип (XNUMX век п.н.е.) верувал дека материјата е составена од многу мали честички се движат во вакуум. Ставовите на филозофот ги развил неговиот ученик - Демокрит Абдерски (околу 460-370 п.н.е.) (2). Тој ги нарече „блоковите“ што ја сочинуваат материјата атоми (грчки atomos = неделиви). Тој тврдеше дека тие се неделиви и непроменливи и дека нивниот број во универзумот е константен. Атомите се движат во вакуум.

Кога атоми тие се поврзани (со систем на куки и очи) - се формираат секакви тела, а кога ќе се одвојат едно од друго - телата се уништуваат. Демокрит верувал дека има бесконечно многу видови атоми, кои се разликуваат по форма и големина. Карактеристиките на атомите ги одредуваат својствата на супстанцијата, на пример, слаткиот мед се состои од мазни атоми, а киселиот оцет е составен од аголни; белите тела формираат мазни атоми, а црните тела формираат атоми со груба површина.

Начинот на спојување на материјалот, исто така, влијае на својствата на материјата: во цврстите материи, атомите се цврсто соседни еден до друг, а во меките тела тие се наоѓаат лабаво. Квинтесенцијата на ставовите на Демокрит е изјавата: „Всушност, има само празнина и атоми, се друго е илузија“.

Во подоцнежните векови, гледиштата на Демокрит биле развиени од последователни филозофи, некои референци се наоѓаат и во делата на Платон. Епикур - еден од наследниците - дури и веруваше во тоа атоми тие се состојат од уште помали компоненти („елементарни честички“). Сепак, атомистичката теорија за структурата на материјата изгуби пред елементите на Аристотел. Клучот - веќе тогаш - беше пронајден во искуството. Сè додека не постоеја алатки за потврдување на постоењето на атоми, трансформациите на елементите беа лесно забележани.

На пример: кога се загревала водата (ладен и влажен елемент), се добивал воздух (топла и влажна пареа), а почвата останувала на дното на садот (ладно и суво таложење на материи растворени во вода). Недостасуваните својства - топлина и сувост - беа обезбедени со оган, кој го загреваше садот.

Инваријантност и константа број на атоми тие исто така се спротивставија на набљудувањата, бидејќи се сметаше дека микробите се појавуваат „од ништо“ до XNUMX век. Ставовите на Демокрит не дадоа никаква основа за алхемиски експерименти поврзани со трансформацијата на металите. Исто така, беше тешко да се замисли и проучува бесконечната разновидност на видови атоми. Елементарната теорија изгледаше многу поедноставна и поубедливо го објасни околниот свет.

3. Портрет на Роберт Бојл (1627–1691) од Ј. Керсебум.

Падот и повторното раѓање

Со векови, атомската теорија стоеше настрана од мејнстрим науката. Сепак, таа конечно не умре, нејзините идеи преживеаја, достигнувајќи до европските научници во форма на арапски филозофски преводи на антички списи. Со развојот на човековото знаење, основите на теоријата на Аристотел почнаа да се уриваат. Хелиоцентричниот систем на Никола Коперник, првите набљудувања на суперновите (Тихо де Браше) кои произлегуваат од никаде, откривањето на законите за движење на планетите (Јоханес Кеплер) и месечините на Јупитер (Галилео) значеа дека во шеснаесеттиот и седумнаесеттиот со векови, луѓето престанаа да живеат под небото непроменети од почетокот на светот. На земјата, исто така, беше крајот на ставовите на Аристотел.

Вековните обиди на алхемичарите не ги донесоа очекуваните резултати - не успеаја да ги претворат обичните метали во злато. Се повеќе и повеќе научници се сомневаа во постоењето на самите елементи и се сеќаваа на теоријата на Демокрит.

4. Експериментот од 1654 година со хемисферите на Магдебург го докажал постоењето на вакуум и атмосферски притисок (16 коњи не можат да ги скршат соседните хемисфери од кои се испумпувал воздухот!)

Роберт Бојл во 1661 година дал практична дефиниција за хемискиот елемент како супстанца која не може да се разложи на нејзините компоненти со хемиска анализа (3). Тој верувал дека материјата се состои од мали, цврсти и неделиви честички кои се разликуваат по форма и големина. Комбинирајќи се, тие формираат молекули на хемиски соединенија кои ја сочинуваат материјата.

Бојл овие ситни честички ги нарекол корпускули, или „корпускули“ (деминутив од латинскиот збор corpus = тело). Ставовите на Бојл несомнено беа под влијание на пронајдокот на вакуумската пумпа (Otto von Guericke, 1650) и подобрувањето на клипните пумпи за компресирање на воздухот. Постоењето на вакуум и можноста за промена на растојанието (како резултат на компресија) помеѓу честичките на воздухот сведочеше во корист на теоријата на Демокрит (4).

Најголемиот научник во тоа време, Сер Исак Њутн, исто така бил атомски научник. (5). Врз основа на ставовите на Бојл, тој постави хипотеза за фузија на телото во поголеми формации. Наместо древниот систем на дупчиња и куки, нивното врзување беше - како поинаку - со гравитација.

5. Портрет на Сер Исак Њутн (1642-1727), од Г. Кнелер.

Така, Њутн ги обединил интеракциите во целиот универзум - една сила го контролирала движењето на планетите и структурата на најмалите компоненти на материјата. Научникот верувал дека светлината исто така се состои од трупови.

Денес знаеме дека тој бил „половично во право“ - бројните интеракции помеѓу зрачењето и материјата се објаснуваат со протокот на фотоните.

Хемијата влегува во игра

Скоро до крајот на XNUMX век, атомите беа привилегија на физичарите. Сепак, хемиската револуција иницирана од Антоан Лавоазие ја направи идејата за зрнеста структура на материјата општо прифатена.

Откривањето на сложената структура на античките елементи - водата и воздухот - конечно ја поби теоријата на Аристотел. На крајот на XNUMX век, законот за зачувување на масата и верувањето во неможноста за трансформација на елементите исто така не предизвикаа приговори. Вагите станаа стандардна опрема во хемиската лабораторија.

6. Џон Далтон (1766-1844)

Благодарение на неговата употреба, беше забележано дека елементите се комбинираат едни со други, формирајќи одредени хемиски соединенија во постојани масивни пропорции (без разлика на нивното потекло - природно или вештачки добиено - и методот на синтеза).

Оваа опсервација стана лесно објаснета ако претпоставиме дека материјата се состои од неделиви делови кои сочинуваат една целина. атоми. Творецот на модерната теорија за атомот, Џон Далтон (1766-1844) (6), тргна по овој пат. Еден научник во 1808 година изјавил дека:

1. Атомите се неуништливи и непроменливи (ова, се разбира, ја отфрли можноста за алхемиски трансформации).
2. Целата материја е составена од неделиви атоми.
3. Сите атоми на даден елемент се исти, односно имаат иста форма, маса и својства. Сепак, различни елементи се составени од различни атоми.
4. Во хемиските реакции се менува само начинот на спојување на атомите, од кои се градат молекули на хемиски соединенија - во одредени пропорции (7).

Друго откритие, исто така базирано на набљудување на текот на хемиските промени, беше хипотезата на италијанскиот физичар Амадео Авогадро. Научникот дошол до заклучок дека еднакви волумени на гасови под исти услови (притисок и температура) содржат ист број на молекули. Ова откритие овозможи да се утврдат формулите на многу хемиски соединенија и да се одредат масите атоми.

7. Атомски симболи користени од Далтон (Нов систем на хемиска филозофија, 1808)

8. Платонски цврсти материи - симболи на атоми на антички „елементи“ (Википедија, автор: Максим Пе)

Колку пати да се намали?

Појавата на идејата за атомот беше поврзана со прашањето: „Има ли крај на поделбата на материјата?“. На пример, да земеме јаболко со дијаметар од 10 см и нож и да почнеме да го сечеме овошјето. Прво, на половина, потоа половина јаболко на уште два дела (паралелно со претходното сечење), итн. По неколку пати, се разбира, ќе завршиме, но ништо не не спречува да го продолжиме експериментот во имагинацијата на еден атом? Илјада, милион, можеби повеќе?

Откако ќе изедеме исечено јаболко (вкусно!), Ајде да започнеме со пресметките (оние кои го знаат концептот на геометриска прогресија ќе имаат помали проблеми). Првата поделба ќе ни даде половина од овошјето со дебелина од 5 цм, следното сечење ќе ни даде парче со дебелина од 2,5 цм итн... 10 изматени! Затоа, „патот“ до светот на атомите не е долг.

*) Користете нож со бескрајно тенко сечило. Всушност, таков објект не постои, но бидејќи Алберт Ајнштајн во своето истражување сметал дека возовите се движат со брзина на светлината, ни е исто така дозволено - за целите на мисловен експеримент - да ја направиме горната претпоставка.

Платонски атоми

Платон, еден од најголемите умови на антиката, ги опишал атомите чии елементи требало да бидат составени во дијалогот Тимахос. Овие формации имале форма на правилни полиедри (платонски цврсти материи). Значи, тетраедарот бил атом на оган (како најмал и најиспарлив), октаедарот бил атом на воздух, а икозаедронот бил атом на вода (сите цврсти тела имаат ѕидови од рамностран триаголници). Коцка од квадрати е атом на земјата, а додекаедрон од петаголници е атом на идеален елемент - небесниот етер (8).