ატომთან ერთად საუკუნეებში - ნაწილი 1

გასულ საუკუნეს ხშირად „ატომის ხანად“ მოიხსენიებენ. იმ არც თუ ისე შორეულ დროში საბოლოოდ დადასტურდა ჩვენს გარშემო არსებული სამყაროს შემადგენელი „აგურის“ არსებობა და მათში მიძინებული ძალები განთავისუფლდა. თუმცა, თავად ატომის იდეას ძალიან დიდი ისტორია აქვს და მატერიის სტრუქტურის ცოდნის ისტორიის ისტორია სხვაგვარად არ შეიძლება დაიწყოს, თუ არა სიტყვებით, რომლებიც ეხება ანტიკურს.

1. რაფაელის ფრესკის ფრაგმენტი "ათენის სკოლა", რომელზეც გამოსახულია პლატონი (მარჯვნივ ფილოსოფოსს აქვს ლეონარდო და ვინჩის თვისებები) და არისტოტელე.

"უკვე ძველი..."

ფილოსოფოსები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ მთელი ბუნება შეუმჩნევლად მცირე ნაწილაკებისგან შედგება. რა თქმა უნდა, იმ დროს (და დიდი ხნის შემდეგ) მეცნიერებს არ ჰქონდათ საშუალება გამოემოწმებინათ თავიანთი ვარაუდები. ისინი მხოლოდ ბუნების დაკვირვების ახსნისა და კითხვაზე პასუხის გაცემის მცდელობა იყო:შეუძლია თუ არა მატერიას განუსაზღვრელი ვადით დაშლა, თუ დასასრული აქვს გაყოფას?«

პასუხები გაცემული იყო სხვადასხვა კულტურულ წრეებში (ძირითადად ძველ ინდოეთში), მაგრამ მეცნიერების განვითარებაზე გავლენა იქონია ბერძენი ფილოსოფოსების კვლევებმა. „ახალგაზრდა ტექნიკოსის“ შარშანდელ სადღესასწაულო ნომერში მკითხველმა შეიტყო ელემენტების აღმოჩენის მრავალსაუკუნოვანი ისტორია („საფრთხეები ელემენტებით“, MT 7-9/2014), რომელიც ასევე დაიწყო ძველ საბერძნეთში. ჯერ კიდევ ძვ.

ემპედოკლემ ისინი შეურიგდა ყველა და განაცხადა, რომ მატერია შედგება არა ერთი, არამედ ოთხი ელემენტისგან. არისტოტელემ (ძვ. წ. I ს.) დაამატა კიდევ ერთი იდეალური ნივთიერება - ეთერი, რომელიც ავსებს მთელ სამყაროს და გამოაცხადა ელემენტების გარდაქმნის შესაძლებლობა. მეორეს მხრივ, სამყაროს ცენტრში მდებარე დედამიწას აკვირდებოდა ცა, რომელიც ყოველთვის უცვლელი იყო. არისტოტელეს ავტორიტეტის წყალობით, მატერიის სტრუქტურისა და მთლიანობის ეს თეორია ორ ათას წელზე მეტი ხნის განმავლობაში სწორად ითვლებოდა. გახდა, სხვა საკითხებთან ერთად, საფუძველი ალქიმიის და, შესაბამისად, თავად ქიმიის განვითარებისთვის (1).

2. დემოკრიტე აბდერელის ბიუსტი (ძვ. წ. 460-370 წწ.)

თუმცა, პარალელურად კიდევ ერთი ჰიპოთეზა განვითარდა. ლეუკიპუსი (ძვ. წ. XNUMX საუკუნე) თვლიდა, რომ მატერია შედგება ძალიან მცირე ნაწილაკები მოძრაობს ვაკუუმში. ფილოსოფოსის შეხედულებები შეიმუშავა მისმა სტუდენტმა - დემოკრიტე აბდერელმა (ძვ. წ. 460-370 წწ.) (2). მან უწოდა „ბლოკებს“, რომლებიც ქმნიან მატერიის ატომებს (ბერძნ. atomos = განუყოფელი). ის ამტკიცებდა, რომ ისინი განუყოფელი და უცვლელია და რომ მათი რიცხვი სამყაროში მუდმივია. ატომები მოძრაობენ ვაკუუმში.

როდესაც ატომები ისინი დაკავშირებულია (კაუჭების და თვალების სისტემით) - წარმოიქმნება ყველა სახის სხეული და როდესაც ისინი ერთმანეთს შორდებიან - სხეულები ნადგურდებიან. დემოკრიტეს სჯეროდა, რომ არსებობს ატომების უსასრულოდ მრავალი სახეობა, რომლებიც განსხვავდებიან ფორმისა და ზომის მიხედვით. ატომების მახასიათებლები განსაზღვრავს ნივთიერების თვისებებს, მაგალითად, ტკბილი თაფლი გლუვი ატომებისგან შედგება, მჟავე ძმარი კი - კუთხოვანი; თეთრი სხეულები ქმნიან გლუვ ატომებს, ხოლო შავი სხეულები ქმნიან ატომებს უხეში ზედაპირით.

მასალის შეერთების გზა ასევე გავლენას ახდენს მატერიის თვისებებზე: მყარ სხეულებში ატომები ერთმანეთთან მჭიდროდ არის მიმდებარე, ხოლო რბილ სხეულებში ისინი თავისუფლად არიან განლაგებული. დემოკრიტეს შეხედულებების კვინტესენციაა განცხადება: „სინამდვილეში არის მხოლოდ სიცარიელე და ატომები, დანარჩენი ყველაფერი ილუზიაა“.

შემდგომ საუკუნეებში დემოკრიტეს შეხედულებები შეიმუშავეს თანმიმდევრულმა ფილოსოფოსებმა, ზოგიერთი ცნობა ასევე გვხვდება პლატონის თხზულებებში. ეპიკურს - ერთ-ერთ მემკვიდრეს - სჯეროდა კიდეც ატომები ისინი შედგება კიდევ უფრო მცირე კომპონენტებისგან („ელემენტარული ნაწილაკები“). თუმცა, მატერიის სტრუქტურის ატომისტური თეორია დაკარგა არისტოტელეს ელემენტებს. გასაღები - უკვე მაშინ - გამოცდილებაში იპოვეს. სანამ არსებობდა ინსტრუმენტები ატომების არსებობის დასადასტურებლად, ელემენტების გარდაქმნები ადვილად შეინიშნებოდა.

მაგალითად: წყლის გაცხელებისას (ცივი და სველი ელემენტი) მიიღება ჰაერი (ცხელი და სველი ორთქლი), ხოლო ჭურჭლის ძირში რჩებოდა ნიადაგი (წყალში გახსნილი ნივთიერებების ცივი და მშრალი ნალექი). დაკარგული თვისებები - სითბო და სიმშრალე - უზრუნველყოფილი იყო ცეცხლით, რომელიც ათბობდა ჭურჭელს.

უცვლელობა და მუდმივი ატომების რაოდენობა ისინი ასევე ეწინააღმდეგებოდნენ დაკვირვებებს, რადგან მე-XNUMX საუკუნემდე ითვლებოდა, რომ მიკრობები „არაფრისგან“ ჩნდებოდნენ. დემოკრიტეს შეხედულებები არ აძლევდა რაიმე საფუძველს ლითონების ტრანსფორმაციასთან დაკავშირებული ალქიმიური ექსპერიმენტებისთვის. ასევე რთული იყო ატომების უსასრულო მრავალფეროვნების წარმოდგენა და შესწავლა. ელემენტარული თეორია გაცილებით მარტივი ჩანდა და უფრო დამაჯერებლად ხსნიდა მიმდებარე სამყაროს.

3. რობერტ ბოილის პორტრეტი (1627–1691) ჯ.კერსბუმი.

შემოდგომა და აღორძინება

საუკუნეების განმავლობაში, ატომური თეორია განცალკევდა ძირითადი მეცნიერებისგან. თუმცა, ის საბოლოოდ არ მომკვდარა, მისი იდეები გადარჩა, მიაღწია ევროპელ მეცნიერებს უძველესი მწერლობის არაბული ფილოსოფიური თარგმანების სახით. ადამიანური ცოდნის განვითარებასთან ერთად, არისტოტელეს თეორიის საფუძვლები იშლება. ნიკოლოზ კოპერნიკის ჰელიოცენტრული სისტემა, არსად წარმოქმნილი სუპერნოვაზე (Tycho de Brache) პირველი დაკვირვებები, პლანეტების (იოჰანეს კეპლერი) და იუპიტერის მთვარეების (გალილეო) მოძრაობის კანონების აღმოჩენა ნიშნავდა, რომ მეთექვსმეტე და მეჩვიდმეტე საუკუნეების განმავლობაში, ადამიანებმა შეწყვიტეს ცის ქვეშ ცხოვრება უცვლელი სამყაროს დასაწყისიდან. დედამიწაზეც დასასრული იყო არისტოტელეს შეხედულებები.

ალქიმიკოსთა მრავალსაუკუნოვანმა მცდელობამ არ მოიტანა მოსალოდნელი შედეგი - მათ ვერ გადააკეთეს ჩვეულებრივი ლითონები ოქროდ. უფრო და უფრო მეტი მეცნიერი ეჭვქვეშ აყენებდა თავად ელემენტების არსებობას და გაიხსენეს დემოკრიტეს თეორია.

4. 1654 წლის ექსპერიმენტმა მაგდებურგის ნახევარსფეროებზე დაამტკიცა ვაკუუმის და ატმოსფერული წნევის არსებობა (16 ცხენს არ შეუძლია დაარღვიოს მეზობელი ნახევარსფეროები, საიდანაც ჰაერი გამოდიოდა!)

რობერტ ბოილმა 1661 წელს მისცა ქიმიური ელემენტის, როგორც ნივთიერების პრაქტიკული განმარტება, რომელიც ქიმიური ანალიზით შეუძლებელია მის კომპონენტებად დაშლა (3). მას სჯეროდა, რომ მატერია შედგება პატარა, მყარი და განუყოფელი ნაწილაკებისგან, რომლებიც განსხვავდებიან ფორმისა და ზომის მიხედვით. შერწყმით ისინი ქმნიან ქიმიური ნაერთების მოლეკულებს, რომლებიც ქმნიან მატერიას.

ბოილმა ამ პაწაწინა ნაწილაკებს კორპუსკულები ან „კორპუსკულები“ ​​უწოდა (ლათინური სიტყვის კორპუს = სხეული). ბოილის შეხედულებებზე უდავოდ გავლენა იქონია ვაკუუმური ტუმბოს გამოგონებამ (ოტო ფონ გერიკე, 1650) და ჰაერის შეკუმშვის დგუშის ტუმბოების გაუმჯობესებამ. ვაკუუმის არსებობა და ჰაერის ნაწილაკებს შორის მანძილის (შეკუმშვის შედეგად) შეცვლის შესაძლებლობა მოწმობს დემოკრიტეს თეორიის სასარგებლოდ (4).

იმ დროის უდიდესი მეცნიერი, სერ ისააკ ნიუტონი, ასევე იყო ატომის მეცნიერი. (5). ბოილის შეხედულებებზე დაყრდნობით, მან წამოაყენა ჰიპოთეზა სხეულის უფრო დიდ წარმონაქმნებში შერწყმის შესახებ. ქუჩებისა და კაუჭების უძველესი სისტემის ნაცვლად, მათი შეკვრა იყო - სხვაგვარად - გრავიტაციით.

5. სერ ისააკ ნიუტონის პორტრეტი (1642-1727), გ.კნელერი.

ამრიგად, ნიუტონმა გააერთიანა ურთიერთქმედება მთელ სამყაროში - ერთი ძალა აკონტროლებდა როგორც პლანეტების მოძრაობას, ასევე მატერიის უმცირესი კომპონენტების სტრუქტურას. მეცნიერს სჯეროდა, რომ სინათლე ასევე შედგება კორპუსებისგან.

დღეს ჩვენ ვიცით, რომ ის იყო "ნახევრად მართალი" - გამოსხივებასა და მატერიას შორის მრავალი ურთიერთქმედება აიხსნება ფოტონების ნაკადით.

ქიმია მოქმედებს

თითქმის XNUMX საუკუნის ბოლომდე, ატომები ფიზიკოსების პრეროგატივა იყო. თუმცა, სწორედ ანტუან ლავუაზიეს მიერ წამოწყებულმა ქიმიურმა რევოლუციამ გახადა ზოგადად მიღებული მატერიის მარცვლოვანი სტრუქტურის იდეა.

უძველესი ელემენტების - წყლისა და ჰაერის რთული სტრუქტურის აღმოჩენამ საბოლოოდ უარყო არისტოტელეს თეორია. მე-XNUMX საუკუნის ბოლოს მასის შენარჩუნების კანონი და ელემენტების გარდაქმნის შეუძლებლობის რწმენა ასევე არ იწვევდა წინააღმდეგობას. სასწორები ქიმიურ ლაბორატორიაში სტანდარტულ აღჭურვილობად იქცა.

6. ჯონ დალტონი (1766-1844 წწ.)

მისი გამოყენების წყალობით დაფიქსირდა, რომ ელემენტები ერწყმის ერთმანეთს და ქმნიან გარკვეულ ქიმიურ ნაერთებს მუდმივი მასის პროპორციებით (მიუხედავად მათი წარმოშობისა - ბუნებრივი თუ ხელოვნურად მიღებული - და სინთეზის მეთოდისა).

ეს დაკვირვება ადვილად ასახსნელი გახდა, თუ დავუშვებთ, რომ მატერია შედგება განუყოფელი ნაწილებისგან, რომლებიც ქმნიან ერთ მთლიანობას. ატომები. ამ გზას გაჰყვა ატომის თანამედროვე თეორიის შემქმნელი ჯონ დალტონი (1766-1844) (6). მეცნიერმა 1808 წელს განაცხადა, რომ:

1. ატომები ურღვევი და უცვლელია (ეს, რა თქმა უნდა, გამორიცხავს ალქიმიური გარდაქმნების შესაძლებლობას).
2. მთელი მატერია შედგება განუყოფელი ატომებისგან.
3. მოცემული ელემენტის ყველა ატომი ერთნაირია, ანუ მათ აქვთ იგივე ფორმა, მასა და თვისებები. თუმცა, სხვადასხვა ელემენტები სხვადასხვა ატომისგან შედგება.
4. ქიმიურ რეაქციებში იცვლება მხოლოდ ატომების შეერთების გზა, საიდანაც აგებულია ქიმიური ნაერთების მოლეკულები - გარკვეული პროპორციებით (7).

კიდევ ერთი აღმოჩენა, რომელიც ასევე დაფუძნებულია ქიმიური ცვლილებების მიმდინარეობაზე დაკვირვებაზე, იყო იტალიელი ფიზიკოსის ამადეო ავოგადროს ჰიპოთეზა. მეცნიერი მივიდა დასკვნამდე, რომ გაზების თანაბარი მოცულობა ერთსა და იმავე პირობებში (წნევა და ტემპერატურა) შეიცავს მოლეკულების ერთსა და იმავე რაოდენობას. ამ აღმოჩენამ შესაძლებელი გახადა მრავალი ქიმიური ნაერთის ფორმულის დადგენა და მასების განსაზღვრა ატომები.

7. დალტონის მიერ გამოყენებული ატომური სიმბოლოები (ქიმიური ფილოსოფიის ახალი სისტემა, 1808 წ.)

8. პლატონური მყარი ნივთიერებები – უძველესი „ელემენტების“ ატომების სიმბოლოები (ვიკიპედია, ავტორი: მაქსიმ პე)

რამდენჯერ უნდა გაჭრა?

ატომის იდეის გაჩენა დაკავშირებული იყო კითხვასთან: "დასრულებულია თუ არა მატერიის დაყოფა?". მაგალითად, ავიღოთ 10 სმ დიამეტრის ვაშლი და დანა და დავიწყოთ ნაყოფის დაჭრა. ჯერ ნახევარში, შემდეგ ნახევარი ვაშლი კიდევ ორ ნაწილად (წინა ჭრის პარალელურად) და ა.შ. რამდენჯერმე, რა თქმა უნდა, დავასრულებთ, მაგრამ არაფერი გვიშლის ხელს გავაგრძელოთ ექსპერიმენტი ერთი ატომის წარმოსახვაში? ათასი, მილიონი, იქნებ მეტი?

დაჭრილი ვაშლის (გემრიელი!) ჭამის შემდეგ დავიწყოთ გამოთვლები (მათ, ვინც გეომეტრიული პროგრესიის კონცეფცია იცის, ნაკლები პრობლემა ექნება). პირველი დაყოფა მოგვცემს ნაყოფის ნახევარს 5სმ სისქით, შემდეგი ჭრილი მოგვცემს 2,5სმ სისქის ნაჭერს და ა.შ... 10 ცალი! მაშასადამე, ატომების სამყაროში „გზა“ გრძელი არ არის.

*) გამოიყენეთ დანა უსასრულოდ თხელი დანა. სინამდვილეში, ასეთი ობიექტი არ არსებობს, მაგრამ რადგან ალბერტ აინშტაინი თავის კვლევაში განიხილავდა მატარებლებს, რომლებიც მოძრაობენ სინათლის სიჩქარით, ჩვენ ასევე უფლება გვაქვს - სააზროვნო ექსპერიმენტის მიზნებისთვის - გამოვთქვათ ზემოაღნიშნული ვარაუდი.

პლატონური ატომები

პლატონმა, ანტიკურობის ერთ-ერთმა უდიდესმა გონებამ, აღწერა ტიმახოსის დიალოგში, რომლის ელემენტებიც უნდა შედგებოდეს. ამ წარმონაქმნებს ჰქონდათ რეგულარული პოლიედრების (პლატონური მყარი) ფორმა. ასე რომ, ტეტრაედონი იყო ცეცხლის ატომი (როგორც ყველაზე პატარა და არასტაბილური), ოქტაედრონი იყო ჰაერის ატომი, ხოლო იკოსაედონი იყო წყლის ატომი (ყველა მყარ სხეულს აქვს ტოლგვერდა სამკუთხედის კედელი). კვადრატების კუბი დედამიწის ატომია, ხოლო ხუთკუთხედების თორმეტკუთხედი იდეალური ელემენტის - ციური ეთერის (8) ატომი.