Atom bilan asrlar davomida - 1-qism

O'tgan asrni ko'pincha "atom asri" deb atashadi. O'sha unchalik uzoq bo'lmagan vaqtda atrofimizdagi dunyoni tashkil etuvchi "g'ishtlar" ning mavjudligi nihoyat isbotlandi va ulardagi harakatsiz kuchlar ozod qilindi. Biroq, atom g'oyasining o'zi juda uzoq tarixga ega va materiyaning tuzilishini bilish tarixini antik davrga tegishli so'zlardan boshqa yo'l bilan boshlash mumkin emas.

1. Rafaelning "Afina maktabi" freskasidan parcha, Aflotun (o'ngda faylasuf Leonardo da Vinchi xususiyatlariga ega) va Aristotel tasvirlangan.

"Allaqachon eski ..."

... faylasuflar butun tabiat sezilmaydigan mayda zarralardan iborat degan xulosaga kelishdi. Albatta, o'sha paytda (va undan keyin ham uzoq vaqt davomida) olimlar o'z taxminlarini sinab ko'rish imkoniga ega emas edilar. Ular faqat tabiat kuzatuvlarini tushuntirishga va savolga javob berishga urinish edi: "Materiya abadiy parchalanishi mumkinmi yoki bo'linishning oxiri bormi?«

Javoblar turli madaniy doiralarda (birinchi navbatda qadimgi Hindistonda) berilgan, ammo fanning rivojlanishiga yunon faylasuflarining tadqiqotlari ta'sir ko'rsatgan. "Yosh texnik" ning o'tgan yilgi bayram sonlarida o'quvchilar elementlarning kashf etilishining ko'p asrlik tarixi haqida bilib oldilar ("Elementlar bilan xavf", MT 7-9/2014), bu ham Qadimgi Yunonistonda boshlangan. Miloddan avvalgi XNUMX-asrda materiya (element, element) yaratilgan asosiy komponent turli xil moddalarda izlangan: suv (Tales), havo (Anaximenes), olov (Geraklit) yoki erdan (Ksenofanlar).

Empedokl ularning barchasini yarashtirib, materiya bir emas, balki to'rt elementdan iborat ekanligini e'lon qildi. Aristotel (miloddan avvalgi 1-asr) butun olamni toʻldiradigan yana bir ideal substansiya - efirni qoʻshib, elementlarning oʻzgarishi mumkinligini eʼlon qildi. Boshqa tomondan, koinotning markazida joylashgan Yer doimo o'zgarmagan osmon tomonidan kuzatilgan. Aristotelning nufuzi tufayli materiya va butunning tuzilishi haqidagi bu nazariya ikki ming yildan ko'proq vaqt davomida to'g'ri deb hisoblangan. Boshqa narsalar qatorida, kimyoning rivojlanishi uchun asos bo'ldi va shuning uchun kimyoning o'zi (XNUMX).

2. Demokrit Abdera byusti (miloddan avvalgi 460-370 yillar)

Biroq, boshqa gipoteza ham parallel ravishda ishlab chiqilgan. Levkipp (miloddan avvalgi XNUMX asr) materiya quyidagilardan iborat deb hisoblagan juda kichik zarralar vakuumda harakat qilish. Faylasufning qarashlarini uning shogirdi - Demokrit Abderskiy (miloddan avvalgi 460-370 yillar) ishlab chiqqan (2). U moddaning atomlarini tashkil etuvchi "bloklarni" (yunoncha atomos = bo'linmas) deb atagan. U ularning boʻlinmas va oʻzgarmasligini, ularning koinotdagi soni doimiy ekanligini taʼkidlagan. Atomlar vakuumda harakat qiladi.

qachon atomlar ular bir-biriga bog'langan (ilgaklar va ko'zlar tizimi bilan) - barcha turdagi jismlar hosil bo'ladi va ular bir-biridan ajralganda - jismlar vayron bo'ladi. Demokrit shakli va o'lchami bo'yicha bir-biridan farq qiladigan cheksiz ko'p turdagi atomlar borligiga ishongan. Atomlarning xususiyatlari moddaning xususiyatlarini aniqlaydi, masalan, shirin asal silliq atomlardan, nordon sirka esa burchakli; oq jismlar silliq atomlarni, qora jismlar esa qo'pol sirtli atomlarni hosil qiladi.

Materialning birikish usuli moddaning xossalariga ham ta'sir qiladi: qattiq jismlarda atomlar bir-biriga chambarchas qo'shni, yumshoq jismlarda esa bo'sh joylashadi. Demokrit qarashlarining kvintessensiyasi: “Aslida, faqat bo'shliq va atomlar bor, qolgan hamma narsa illyuziyadir” degan bayonotdir.

Keyingi asrlarda Demokritning qarashlari ketma-ket faylasuflar tomonidan ishlab chiqilgan, ba'zi havolalar Platonning asarlarida ham uchraydi. Epikur - vorislardan biri - hatto bunga ishongan atomlar ular hatto kichikroq komponentlardan ("elementar zarrachalar") iborat. Biroq, materiya tuzilishining atomistik nazariyasi Aristotel elementlariga yutqazdi. Kalit - allaqachon o'sha paytda - tajribada topilgan. Atomlarning mavjudligini tasdiqlovchi vositalar mavjud bo'lmaguncha, elementlarning o'zgarishi osongina kuzatilgan.

Masalan: suv qizdirilganda (sovuq va ho'l element), havo olingan (issiq va ho'l bug'), idish tubida tuproq qolgan (suvda erigan moddalarning sovuq va quruq cho'kishi). Yo'qolgan xususiyatlar - issiqlik va quruqlik - idishni isitadigan olov bilan ta'minlangan.

Invariant va doimiy atomlar soni ular kuzatishlarga ham zid edi, chunki mikroblar XNUMX-asrgacha "yo'qdan" paydo bo'ladi deb hisoblangan. Demokritning qarashlari metallarning o'zgarishi bilan bog'liq alkimyoviy tajribalar uchun hech qanday asos bermadi. Atomlarning cheksiz xilma-xilligini tasavvur qilish va o'rganish ham qiyin edi. Elementar nazariya atrofdagi dunyoni ancha sodda va ishonchliroq tushuntirgandek tuyuldi.

3. Robert Boyl portreti (1627–1691) J. Kerseboom.

Yiqilish va qayta tug'ilish

Asrlar davomida atom nazariyasi asosiy fandan ajralib turdi. Biroq, u nihoyat o'lmadi, uning g'oyalari saqlanib qoldi va qadimgi yozuvlarning arabcha falsafiy tarjimalari shaklida Evropa olimlariga etib keldi. Insoniyat bilimining rivojlanishi bilan Aristotel nazariyasi asoslari parchalana boshladi. Nikolay Kopernikning geliotsentrik tizimi, o'ta yangi yulduzlarning (Tycho de Brache) yo'q joydan paydo bo'lgan birinchi kuzatuvlari, sayyoralar (Iogannes Kepler) va Yupiter (Galiley) yo'ldoshlarining harakat qonunlarining kashf etilishi XVI va XVII asrlarda asrlar davomida odamlar dunyoning boshidan beri o'zgarmagan holda osmon ostida yashashni to'xtatdilar. Er yuzida ham Aristotelning qarashlari tugadi.

Alkimyogarlarning ko'p asrlik urinishlari kutilgan natijalarni bermadi - ular oddiy metallarni oltinga aylantira olmadilar. Borgan sari ko'proq olimlar elementlarning mavjudligiga shubha qilishdi va Demokrit nazariyasini eslashdi.

4. 1654-yilda Magdeburg yarimsharlari bilan oʻtkazilgan tajriba vakuum va atmosfera bosimi mavjudligini isbotladi (16 ot havo chiqarib yuborilgan qoʻshni yarim sharlarni buzolmaydi!)

Robert Boyl 1661 yilda kimyoviy elementga kimyoviy tahlil orqali uning tarkibiy qismlariga bo'linib bo'lmaydigan moddaga amaliy ta'rif berdi (3). U materiya shakli va hajmi jihatidan farq qiluvchi mayda, qattiq va boʻlinmas zarrachalardan iborat deb hisoblagan. Ular birlashib, moddani tashkil etuvchi kimyoviy birikmalarning molekulalarini hosil qiladi.

Boyl bu mayda zarrachalarni korpuskulalar yoki "korpuskulalar" (lotincha korpus = tana so'zining kichraytiruvchisi) deb atagan. Boylning qarashlariga, shubhasiz, vakuum nasosining ixtirosi (Otto von Guericke, 1650) va havoni siqish uchun pistonli nasoslarni takomillashtirish ta'sir ko'rsatdi. Vakuumning mavjudligi va havo zarralari orasidagi masofani (siqilish natijasida) o'zgartirish imkoniyati Demokrit nazariyasi foydasiga guvohlik berdi (4).

O'sha davrning eng buyuk olimi ser Isaak Nyuton ham atom olimi edi. (5). Boylning qarashlariga asoslanib, u tananing kattaroq shakllanishlarga qo'shilishi haqidagi farazni ilgari surdi. Qadimgi ilgaklar va ilgaklar tizimi o'rniga, ularni bog'lash - qanday qilib - tortishish kuchi bilan bog'langan.

5. Ser Isaak Nyuton portreti (1642-1727), G. Kneller.

Shunday qilib, Nyuton butun Koinotdagi o'zaro ta'sirlarni birlashtirdi - bitta kuch sayyoralarning harakatini ham, materiyaning eng kichik tarkibiy qismlarining tuzilishini ham nazorat qildi. Olim yorug'lik ham tanachalardan iborat deb hisoblagan.

Bugun biz bilamizki, u "yarim haq" edi - radiatsiya va materiya o'rtasidagi ko'plab o'zaro ta'sirlar fotonlar oqimi bilan izohlanadi.

Kimyo o'yinga kiradi

XNUMX asrning deyarli oxirigacha atomlar fiziklarning vakolati edi. Biroq, aynan Antuan Lavuazye tomonidan boshlangan kimyoviy inqilob materiyaning donador tuzilishi haqidagi g'oyani umumiy qabul qilishga olib keldi.

Qadimgi elementlar - suv va havoning murakkab tuzilishining kashf etilishi nihoyat Aristotel nazariyasini rad etdi. XNUMX-asr oxirida massaning saqlanish qonuni va elementlarning oʻzgarishi mumkin emasligiga ishonish ham eʼtirozlarga sabab boʻlmadi. Tarozilar kimyoviy laboratoriyada standart uskunaga aylandi.

6. Jon Dalton (1766-1844)

Uni qo'llash tufayli elementlar bir-biri bilan birlashib, doimiy massa nisbatlarida ma'lum kimyoviy birikmalarni hosil qilishi (ularning kelib chiqishi - tabiiy yoki sun'iy ravishda olingan - va sintez usulidan qat'i nazar) qayd etildi.

Agar materiya bir butunni tashkil etuvchi bo'linmas qismlardan iborat deb faraz qilsak, bu kuzatishni osongina tushuntirish mumkin bo'ladi. atomlar. Atomning zamonaviy nazariyasini yaratuvchisi Jon Dalton (1766-1844) (6) shu yo'ldan bordi. 1808 yilda bir olim shunday dedi:

1. Atomlar buzilmas va o'zgarmasdir (bu, albatta, alkimyoviy o'zgarishlar ehtimolini istisno qilgan).
2. Barcha moddalar bo'linmas atomlardan tashkil topgan.
3. Berilgan elementning barcha atomlari bir xil, ya'ni ular bir xil shakl, massa va xususiyatlarga ega. Biroq, turli elementlar turli atomlardan tashkil topgan.
4. Kimyoviy reaktsiyalarda faqat atomlarni birlashtirish usuli o'zgaradi, ulardan kimyoviy birikmalarning molekulalari - ma'lum nisbatlarda (7).

Kimyoviy o'zgarishlarning borishini kuzatishga asoslangan yana bir kashfiyot italyan fizigi Amadeo Avogadroning gipotezasi edi. Olim bir xil sharoitda (bosim va harorat) teng hajmdagi gazlar bir xil miqdordagi molekulalarni o'z ichiga oladi, degan xulosaga keldi. Bu kashfiyot ko'plab kimyoviy birikmalarning formulalarini o'rnatish va massalarini aniqlash imkonini berdi atomlar.

7. Dalton ishlatgan atom belgilari (Kimyoviy falsafaning yangi tizimi, 1808).

8. Platonik qattiq jismlar - qadimgi "elementlar" atomlarining belgilari (Vikipediya, muallif: Maksim Pe)

Necha marta kesish kerak?

Atom g'oyasining paydo bo'lishi savol bilan bog'liq edi: "Materiyaning bo'linishining oxiri bormi?". Misol uchun, diametri 10 sm bo'lgan olma va pichoqni olib, mevalarni kesishni boshlaymiz. Birinchidan, yarmida, keyin yarim olma yana ikkita qismga (oldingi kesishga parallel) va hokazo.. Bir necha martadan keyin, albatta, biz tugatamiz, lekin hech narsa bizni bir atomning tasavvurida tajribani davom ettirishga to'sqinlik qilmaydi? Ming, million, balki ko'proq?

Dilimlangan olma iste'mol qilgandan so'ng (mazali!), Keling, hisob-kitoblarni boshlaylik (geometrik progressiya tushunchasini biladiganlar kamroq muammoga duch kelishadi). Birinchi bo'linish bizga qalinligi 5 sm bo'lgan mevaning yarmini beradi, keyingi kesish 2,5 sm qalinlikdagi bo'lakni beradi va hokazo ... 10 ta kaltaklangan! Shunday ekan, atomlar olamiga boradigan “yo‘l” uzoq emas.

*) Cheksiz yupqa pichoqli pichoqni ishlating. Aslida, bunday ob'ekt mavjud emas, lekin Albert Eynshteyn o'z tadqiqotida yorug'lik tezligida harakatlanadigan poezdlarni ko'rib chiqqanligi sababli, biz ham fikrlash tajribasi uchun yuqoridagi taxminni amalga oshirishga ruxsat beramiz.

Platon atomlari

Antik davrning eng buyuk aqllaridan biri bo'lgan Platon, Timaxos dialogida elementlarning tuzilishi kerak bo'lgan atomlarni tasvirlab bergan. Bu shakllanishlar muntazam ko'p yuzli (Platonik qattiq jismlar) shaklida bo'lgan. Shunday qilib, tetraedr olov atomi (eng kichik va eng uchuvchan), oktaedr havo atomi va ikosahedr suv atomi edi (barcha qattiq jismlar teng qirrali uchburchaklar devorlariga ega). Kvadratchalar kubi Yer atomi, beshburchaklar dodekaedri esa ideal element atomi - samoviy efir (8).