Sa pamamagitan ng isang atom sa buong panahon - bahagi 1

Ang huling siglo ay madalas na tinutukoy bilang "edad ng atom". Sa hindi masyadong malayong oras na iyon, sa wakas ay napatunayan ang pagkakaroon ng "mga brick" na bumubuo sa mundo sa paligid natin, at ang mga puwersang natutulog sa kanila ay pinakawalan. Ang ideya ng atom mismo, gayunpaman, ay may napakahabang kasaysayan, at ang kuwento ng kasaysayan ng kaalaman sa istruktura ng bagay ay hindi maaaring simulan kung hindi sa mga salitang tumutukoy sa sinaunang panahon.

1. Isang fragment ng fresco ni Raphael na "The School of Athens", na naglalarawan kay Plato (sa kanan, ang pilosopo ay may mga katangian ni Leonardo da Vinci) at Aristotle

"Matanda na..."

… ang mga pilosopo ay dumating sa konklusyon na ang lahat ng kalikasan ay binubuo ng hindi mahahalata na maliliit na particle. Siyempre, sa oras na iyon (at sa mahabang panahon pagkatapos noon) ang mga siyentipiko ay walang pagkakataon na subukan ang kanilang mga pagpapalagay. Ang mga ito ay isang pagtatangka lamang na ipaliwanag ang mga obserbasyon ng kalikasan at sagutin ang tanong: "Maaari bang mabulok ang matter nang walang katapusan, o may katapusan ba ang fission?«

Ang mga sagot ay ibinigay sa iba't ibang kultural na lupon (pangunahin sa sinaunang India), ngunit ang pag-unlad ng agham ay naiimpluwensyahan ng mga pag-aaral ng mga pilosopong Griyego. Sa mga isyu ng holiday ng "Young Technician" noong nakaraang taon, nalaman ng mga mambabasa ang tungkol sa siglong gulang na kasaysayan ng pagtuklas ng mga elemento ("Dangers with the Elements", MT 7-9/2014), na nagsimula rin sa Sinaunang Greece. Noong ika-XNUMX siglo BC, ang pangunahing bahagi kung saan nabuo ang bagay (elemento, elemento) ay hinanap sa iba't ibang sangkap: tubig (Thales), hangin (Anaximenes), apoy (Heraclitus) o lupa (Xenophanes).

Pinagkasundo silang lahat ni Empedocles, na ipinahayag na ang bagay ay hindi binubuo ng isa, ngunit ng apat na elemento. Si Aristotle (1st century BC) ay nagdagdag ng isa pang perpektong sangkap - eter, na pumupuno sa buong uniberso, at nagpahayag ng posibilidad ng pagbabago ng mga elemento. Sa kabilang banda, ang Earth, na matatagpuan sa gitna ng uniberso, ay naobserbahan ng kalangitan, na palaging hindi nagbabago. Salamat sa awtoridad ni Aristotle, ang teoryang ito ng istraktura ng bagay at ang kabuuan ay itinuturing na tama sa loob ng higit sa dalawang libong taon. Naging, bukod sa iba pang mga bagay, ang batayan para sa pagbuo ng alchemy, at samakatuwid ng kimika mismo (XNUMX).

2. Bust ni Democritus ng Abdera (460-370 BC)

Gayunpaman, ang isa pang hypothesis ay binuo din sa parallel. Naniniwala si Leucippus (ika-XNUMX siglo BC) na ang bagay ay binubuo ng napakaliit na mga particle gumagalaw sa isang vacuum. Ang mga pananaw ng pilosopo ay binuo ng kanyang mag-aaral - Democritus ng Abdera (c. 460-370 BC) (2). Tinawag niya ang "mga bloke" na bumubuo ng mga atomo ng bagay (Greek atomos = hindi mahahati). Nagtalo siya na sila ay hindi mahahati at hindi nagbabago, at ang kanilang bilang sa uniberso ay pare-pareho. Ang mga atomo ay gumagalaw sa isang vacuum.

Kapag mga atomo sila ay konektado (sa pamamagitan ng isang sistema ng mga kawit at mata) - lahat ng uri ng mga katawan ay nabuo, at kapag sila ay nahiwalay sa isa't isa - ang mga katawan ay nawasak. Naniniwala si Democritus na mayroong walang katapusang maraming uri ng mga atomo, na magkakaiba sa hugis at sukat. Tinutukoy ng mga katangian ng mga atomo ang mga katangian ng isang sangkap, halimbawa, ang matamis na pulot ay binubuo ng makinis na mga atomo, at ang maasim na suka ay binubuo ng mga angular; Ang mga puting katawan ay bumubuo ng makinis na mga atomo, at ang mga itim na katawan ay bumubuo ng mga atomo na may magaspang na ibabaw.

Ang paraan ng pagsasama ng materyal ay nakakaapekto rin sa mga katangian ng bagay: sa mga solido, ang mga atomo ay mahigpit na magkatabi, at sa malambot na mga katawan ay maluwag silang matatagpuan. Ang quintessence ng mga pananaw ni Democritus ay ang pahayag: "Sa katunayan, mayroon lamang kawalan ng laman at mga atomo, lahat ng iba pa ay isang ilusyon."

Sa mga huling siglo, ang mga pananaw ni Democritus ay binuo ng sunud-sunod na mga pilosopo, ang ilang mga sanggunian ay matatagpuan din sa mga sinulat ni Plato. Si Epicurus - isa sa mga kahalili - ay naniwala pa nga mga atomo binubuo ang mga ito ng mas maliliit na bahagi ("elementarya na mga particle"). Gayunpaman, ang atomistic na teorya ng istraktura ng bagay ay nawala sa mga elemento ni Aristotle. Ang susi—noon na—ay natagpuan sa karanasan. Hanggang sa may mga tool upang kumpirmahin ang pagkakaroon ng mga atomo, ang mga pagbabagong-anyo ng mga elemento ay madaling naobserbahan.

Halimbawa: kapag ang tubig ay pinainit (malamig at basang elemento), ang hangin ay nakuha (mainit at basang singaw), at ang lupa ay nanatili sa ilalim ng sisidlan (malamig at tuyo na pag-ulan ng mga sangkap na natunaw sa tubig). Ang mga nawawalang katangian - init at pagkatuyo - ay ibinigay ng apoy, na nagpainit sa sisidlan.

Invariance at pare-pareho bilang ng mga atomo sumasalungat din sila sa mga obserbasyon, dahil ang mga mikrobyo ay naisip na lumabas "sa wala" hanggang sa ika-XNUMX na siglo. Ang mga pananaw ni Democritus ay hindi nagbigay ng anumang batayan para sa mga eksperimento ng alchemical na may kaugnayan sa pagbabago ng mga metal. Mahirap ding isipin at pag-aralan ang walang katapusang sari-saring uri ng mga atomo. Ang teoryang elementarya ay tila mas simple at mas nakakumbinsi na ipinaliwanag ang nakapaligid na mundo.

3. Larawan ni Robert Boyle (1627–1691) ni J. Kerseboom.

Pagkahulog at muling pagsilang

Sa loob ng maraming siglo, ang atomic theory ay hiwalay sa pangunahing agham. Gayunpaman, hindi siya namatay sa wakas, ang kanyang mga ideya ay nakaligtas, na umabot sa mga siyentipiko sa Europa sa anyo ng mga pagsasalin ng pilosopikal na Arabic ng mga sinaunang kasulatan. Sa pag-unlad ng kaalaman ng tao, nagsimulang gumuho ang mga pundasyon ng teorya ni Aristotle. Ang heliocentric system ni Nicolaus Copernicus, ang unang mga obserbasyon ng supernovae (Tycho de Brache) na nagmula sa kung saan, ang pagtuklas ng mga batas ng paggalaw ng mga planeta (Johannes Kepler) at ang mga buwan ng Jupiter (Galileo) ay nangangahulugan na noong ikalabing-anim at ikalabinpito. mga siglo, ang mga tao ay tumigil sa pamumuhay sa ilalim ng kalangitan nang hindi nagbabago mula sa simula ng mundo. Sa lupa, din, ang wakas ng mga pananaw ni Aristotle.

Ang mga siglong gulang na pagtatangka ng mga alchemist ay hindi nagdala ng inaasahang resulta - nabigo silang gawing ginto ang mga ordinaryong metal. Parami nang parami ang mga siyentipiko na nagtanong sa pagkakaroon ng mga elemento mismo, at naalala ang teorya ng Democritus.

4. Ang eksperimento noong 1654 sa Magdeburg hemispheres ay pinatunayan ang pagkakaroon ng vacuum at atmospheric pressure (16 na kabayo ang hindi makakasira sa mga kalapit na hemisphere kung saan ang hangin ay ibinuhos palabas!)

Si Robert Boyle noong 1661 ay nagbigay ng praktikal na kahulugan ng isang kemikal na elemento bilang isang sangkap na hindi maaaring hatiin sa mga bahagi nito sa pamamagitan ng pagsusuri ng kemikal (3). Naniniwala siya na ang matter ay binubuo ng maliliit, solid at hindi mahahati na mga particle na naiiba sa hugis at sukat. Pagsasama-sama, bumubuo sila ng mga molekula ng mga kemikal na compound na bumubuo sa bagay.

Tinawag ni Boyle ang maliliit na particle na ito na corpuscles, o "corpuscles" (isang diminutive ng salitang Latin na corpus = body). Ang mga pananaw ni Boyle ay walang alinlangan na naiimpluwensyahan ng pag-imbento ng vacuum pump (Otto von Guericke, 1650) at ang pagpapabuti ng mga piston pump para sa compressing air. Ang pagkakaroon ng vacuum at ang posibilidad ng pagbabago ng distansya (bilang resulta ng compression) sa pagitan ng mga particle ng hangin ay nagpatotoo na pabor sa teorya ng Democritus (4).

Ang pinakadakilang siyentipiko noong panahong iyon, si Sir Isaac Newton, ay isa ring atomic scientist. (5). Batay sa mga pananaw ni Boyle, naglagay siya ng hypothesis tungkol sa pagsasanib ng katawan sa mas malalaking pormasyon. Sa halip na ang sinaunang sistema ng eyelets at hooks, ang kanilang tinali ay - paano pa - sa pamamagitan ng gravity.

5. Larawan ni Sir Isaac Newton (1642-1727), ni G. Kneller.

Kaya, pinag-isa ni Newton ang mga interaksyon sa buong Uniberso - isang puwersa ang kumokontrol sa paggalaw ng mga planeta at sa istruktura ng pinakamaliit na bahagi ng bagay. Naniniwala ang siyentipiko na ang liwanag ay binubuo din ng mga corpuscles.

Ngayon alam natin na siya ay "kalahati sa kanan" - maraming mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng radiation at bagay ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng daloy ng mga photon.

Dumating ang chemistry

Hanggang sa halos katapusan ng ika-XNUMX na siglo, ang mga atomo ay ang prerogative ng mga physicist. Gayunpaman, ito ay ang kemikal na rebolusyon na pinasimulan ni Antoine Lavoisier na ginawa ang ideya ng butil-butil na istraktura ng bagay na karaniwang tinatanggap.

Ang pagtuklas sa kumplikadong istraktura ng mga sinaunang elemento - tubig at hangin - sa wakas ay pinabulaanan ang teorya ni Aristotle. Sa pagtatapos ng ika-XNUMX siglo, ang batas ng konserbasyon ng masa at ang paniniwala sa imposibilidad ng pagbabago ng mga elemento ay hindi rin naging sanhi ng mga pagtutol. Ang mga kaliskis ay naging karaniwang kagamitan sa laboratoryo ng kemikal.

6. John Dalton (1766-1844)

Salamat sa paggamit nito, napansin na ang mga elemento ay pinagsama sa isa't isa, na bumubuo ng ilang mga kemikal na compound sa pare-pareho ang mga proporsyon ng masa (anuman ang kanilang pinagmulan - natural o artipisyal na nakuha - at ang paraan ng synthesis).

Ang pagmamasid na ito ay naging madaling maipaliwanag kung ipagpalagay natin na ang bagay ay binubuo ng hindi mahahati na mga bahagi na bumubuo sa isang solong kabuuan. mga atomo. Ang lumikha ng modernong teorya ng atom, si John Dalton (1766-1844) (6), ay sumunod sa landas na ito. Isang siyentipiko noong 1808 ang nagsabi na:

1. Ang mga atomo ay hindi nasisira at hindi nababago (ito, siyempre, pinasiyahan ang posibilidad ng mga pagbabagong alchemical).
2. Ang lahat ng bagay ay binubuo ng hindi mahahati na mga atomo.
3. Ang lahat ng mga atom ng isang naibigay na elemento ay pareho, iyon ay, mayroon silang parehong hugis, masa at katangian. Gayunpaman, ang iba't ibang mga elemento ay binubuo ng iba't ibang mga atomo.
4. Sa mga reaksiyong kemikal, ang paraan lamang ng pagsali sa mga atomo ay nagbabago, kung saan itinayo ang mga molekula ng mga compound ng kemikal - sa ilang mga proporsyon (7).

Ang isa pang natuklasan, batay din sa pagmamasid sa kurso ng mga pagbabago sa kemikal, ay ang hypothesis ng Italyano na pisiko na si Amadeo Avogadro. Ang siyentipiko ay dumating sa konklusyon na ang pantay na dami ng mga gas sa ilalim ng parehong mga kondisyon (presyon at temperatura) ay naglalaman ng parehong bilang ng mga molekula. Ang pagtuklas na ito ay naging posible upang maitatag ang mga formula ng maraming mga kemikal na compound at matukoy ang mga masa mga atomo.

7. Mga simbolo ng atom na ginamit ni Dalton (New System of Chemical Philosophy, 1808)

8. Platonic solids - mga simbolo ng mga atomo ng mga sinaunang "elemento" (Wikipedia, may-akda: Maxim Pe)

Ilang beses mag-cut?

Ang paglitaw ng ideya ng atom ay nauugnay sa tanong na: "May katapusan ba ang paghahati ng bagay?". Halimbawa, kumuha tayo ng isang mansanas na may diameter na 10 cm at isang kutsilyo at simulan ang paghiwa ng prutas. Una, sa kalahati, pagkatapos ay kalahati ng mansanas sa dalawa pang bahagi (kahanay sa nakaraang hiwa), atbp. Pagkatapos ng ilang beses, siyempre, matatapos tayo, ngunit walang pumipigil sa atin na ipagpatuloy ang eksperimento sa imahinasyon ng isang atom? Isang libo, isang milyon, marahil higit pa?

Pagkatapos kumain ng hiniwang mansanas (masarap!), Simulan natin ang mga kalkulasyon (ang mga nakakaalam ng konsepto ng isang geometric na pag-unlad ay magkakaroon ng mas kaunting problema). Ang unang dibisyon ay magbibigay sa amin ng kalahati ng prutas na may kapal na 5 cm, ang susunod na hiwa ay magbibigay sa amin ng isang hiwa na may kapal na 2,5 cm, atbp. ... 10 na pinalo! Samakatuwid, ang "landas" sa mundo ng mga atom ay hindi mahaba.

*) Gumamit ng kutsilyo na may walang katapusang manipis na talim. Sa katunayan, walang ganoong bagay, ngunit dahil itinuturing ni Albert Einstein sa kanyang pananaliksik ang mga tren na gumagalaw sa bilis ng liwanag, pinapayagan din kami - para sa mga layunin ng isang eksperimento sa pag-iisip - na gawin ang pagpapalagay sa itaas.

Platonic na mga atomo

Inilarawan ni Plato, isa sa pinakadakilang kaisipan noong unang panahon, ang mga atomo kung saan ang mga elemento ay bubuuin sa diyalogo ng Timachos. Ang mga pormasyong ito ay may anyo ng regular na polyhedra (Platonic solids). Kaya, ang tetrahedron ay isang atom ng apoy (bilang ang pinakamaliit at pinaka-pabagu-bago ng isip), ang octahedron ay isang atom ng hangin, at ang icosahedron ay isang atom ng tubig (lahat ng mga solid ay may mga pader ng equilateral triangles). Ang isang kubo ng mga parisukat ay isang atom ng lupa, at ang isang dodecahedron ng mga pentagons ay isang atom ng isang perpektong elemento - ang celestial ether (8).