Ատոմով դարերի միջով - մաս 1

Անցյալ դարը հաճախ անվանում են «ատոմի դար»։ Այդ ոչ հեռու ժամանակաշրջանում վերջապես ապացուցվեց մեզ շրջապատող աշխարհը կազմող «աղյուսների» գոյությունը, և ազատվեցին դրանցում քնած ուժերը։ Ինքը՝ ատոմի գաղափարը, սակայն, շատ երկար պատմություն ունի, և նյութի կառուցվածքի իմացության պատմության պատմությունը չի կարելի սկսել այլ կերպ, քան հնությանը վերաբերող բառերով:

1. Ռաֆայելի «Աթենքի դպրոցը» որմնանկարի մի հատված, որտեղ պատկերված են Պլատոնը (աջ կողմում փիլիսոփան ունի Լեոնարդո դա Վինչիի դիմագծերը) և Արիստոտելը։

«Արդեն ծեր…»

Փիլիսոփաները եկել են այն եզրակացության, որ ամբողջ բնությունը բաղկացած է աննկատ փոքր մասնիկներից: Իհարկե, այն ժամանակ (և դրանից հետո երկար ժամանակ) գիտնականները հնարավորություն չունեին ստուգելու իրենց ենթադրությունները։ Դրանք ընդամենը փորձ էին բացատրելու բնության դիտարկումները և պատասխանելու հարցին.Կարո՞ղ է նյութը անվերջ քայքայվել, թե՞ տրոհման վերջ կա:«

Պատասխաններ տրվել են տարբեր մշակութային շրջանակներում (հիմնականում հին Հնդկաստանում), սակայն գիտության զարգացման վրա ազդել են հույն փիլիսոփաների ուսումնասիրությունները։ «Երիտասարդ տեխնիկ»-ի նախորդ տարվա տոնական համարներում ընթերցողները ծանոթացան տարրերի հայտնաբերման դարավոր պատմությանը («Վտանգներ տարրերի հետ», ՄՏ 7-9/2014), որը նույնպես սկսվել է Հին Հունաստանում։ Դեռևս մ.թ.ա XNUMX-րդ դարում հիմնական բաղադրիչը, որից կառուցված է նյութը (տարրը, տարրը) փնտրվել է տարբեր նյութերում՝ ջուր (Թալես), օդ (Անաքսիմենես), կրակ (Հերակլիտ) կամ հող (Քսենոֆանես)։

Էմպեդոկլեսը բոլորին հաշտեցրեց՝ հայտարարելով, որ նյութը բաղկացած է ոչ թե մեկ, այլ չորս տարրերից։ Արիստոտելը (մ.թ.ա. 1-ին դար) ավելացրեց մեկ այլ իդեալական նյութ՝ եթերը, որը լցնում է ամբողջ տիեզերքը, և հայտարարեց տարրերի փոխակերպման հնարավորության մասին։ Մյուս կողմից, Երկիրը, որը գտնվում է տիեզերքի կենտրոնում, դիտվում էր երկնքի կողմից, որը միշտ անփոփոխ էր: Արիստոտելի հեղինակության շնորհիվ նյութի կառուցվածքի և ամբողջի այս տեսությունը ճիշտ էր համարվում ավելի քան երկու հազար տարի։ Նա, ի թիվս այլ բաների, դարձավ ալքիմիայի և, հետևաբար, հենց քիմիայի զարգացման հիմքը (XNUMX):

2. Դեմոկրիտ Աբդերացու կիսանդրի (Ք.ա. 460-370 թթ.)

Սակայն զուգահեռաբար մշակվեց նաև մեկ այլ վարկած. Լևկիպուսը (մ.թ.ա. XNUMX-րդ դար) կարծում էր, որ նյութը կազմված է շատ փոքր մասնիկներ շարժվում է վակուումում. Փիլիսոփայի հայացքները մշակել է նրա աշակերտը՝ Դեմոկրիտ Աբդերացին (մ.թ.ա. մոտ 460-370 թթ.) (2)։ Նա նյութի ատոմներ կազմող «բլոկները» անվանեց (հունարեն atomos = անբաժանելի): Նա պնդում էր, որ դրանք անբաժանելի են և անփոփոխ, և որ նրանց թիվը տիեզերքում հաստատուն է: Ատոմները շարժվում են վակուումում։

Երբ ատոմներ դրանք կապված են (կեռիկների և աչքերի համակարգով) - ձևավորվում են բոլոր տեսակի մարմիններ, և երբ դրանք բաժանվում են միմյանցից, մարմինները ոչնչացվում են: Դեմոկրիտոսը կարծում էր, որ կան անսահման շատ տեսակի ատոմներ, որոնք տարբերվում են իրենց ձևով և չափերով: Ատոմների բնութագրերը որոշում են նյութի հատկությունները, օրինակ՝ քաղցր մեղրը կազմված է հարթ ատոմներից, իսկ թթվային քացախը՝ անկյունայիններից; սպիտակ մարմինները կազմում են հարթ ատոմներ, իսկ սև մարմինները՝ կոպիտ մակերեսով ատոմներ։

Նյութի միացման եղանակը նույնպես ազդում է նյութի հատկությունների վրա. պինդ մարմիններում ատոմները սերտորեն հարևան են միմյանց, իսկ փափուկ մարմիններում՝ անփույթ: Դեմոկրիտոսի տեսակետների էությունը հետևյալն է. «Իրականում կա միայն դատարկություն և ատոմներ, մնացած ամեն ինչը պատրանք է»:

Հետագա դարերում Դեմոկրիտոսի հայացքները մշակվել են հաջորդող փիլիսոփաների կողմից, որոշ հղումներ կան նաև Պլատոնի գրվածքներում։ Էպիկուրը՝ իրավահաջորդներից մեկը, նույնիսկ հավատում էր դրան ատոմներ դրանք բաղկացած են նույնիսկ ավելի փոքր բաղադրիչներից («տարրական մասնիկներ»): Այնուամենայնիվ, նյութի կառուցվածքի ատոմիստական ​​տեսությունը կորցրեց Արիստոտելի տարրերը: Բանալին, արդեն այն ժամանակ, գտնվել է փորձի մեջ: Քանի դեռ ատոմների գոյությունը հաստատող գործիքներ կային, տարրերի փոխակերպումները հեշտությամբ նկատվում էին։

Օրինակ՝ երբ ջուրը տաքացնում էին (սառը և խոնավ տարր), ստացվում էր օդ (տաք և թաց գոլորշի), իսկ անոթի հատակում մնում էր հող (ջրում լուծված նյութերի սառը և չոր տեղումներ)։ Բացակայող հատկությունները՝ ջերմությունն ու չորությունը, ապահովվել են կրակով, որը տաքացրել է անոթը։

Անփոփոխություն և հաստատուն ատոմների թիվը նրանք նույնպես հակասում էին դիտարկումներին, քանի որ մինչև XNUMX-րդ դարը համարվում էր, որ մանրէները առաջանում են «ոչնչից»: Դեմոկրիտոսի տեսակետները ոչ մի հիմք չեն տվել մետաղների փոխակերպման հետ կապված ալքիմիական փորձերի համար։ Դժվար էր նաև պատկերացնել և ուսումնասիրել ատոմների տեսակների անսահման բազմազանությունը։ Տարրական տեսությունը շատ ավելի պարզ էր թվում և ավելի համոզիչ կերպով բացատրում էր շրջապատող աշխարհը։

3. Ռոբերտ Բոյլի դիմանկարը (1627–1691) Ջ.

Անկում և վերածնունդ

Դարեր շարունակ ատոմային տեսությունը առանձնացել է հիմնական գիտությունից: Սակայն նա վերջնականապես չմահացավ, նրա գաղափարները պահպանվեցին՝ հասնելով եվրոպացի գիտնականներին հնագույն գրվածքների արաբական փիլիսոփայական թարգմանությունների տեսքով։ Մարդկային գիտելիքների զարգացման հետ Արիստոտելի տեսության հիմքերը սկսեցին քանդվել։ Նիկոլայ Կոպեռնիկոսի հելիոկենտրոն համակարգը, ոչ մի տեղից առաջացած գերնոր աստղերի (Tycho de Brache) առաջին դիտարկումները, մոլորակների (Յոհաննես Կեպլեր) և Յուպիտերի արբանյակների (Գալիլեո) շարժման օրենքների հայտնաբերումը նշանակում էին, որ տասնվեցերորդ և տասնյոթերորդ թթ. Դարեր շարունակ մարդիկ դադարել են ապրել երկնքի տակ անփոփոխ աշխարհի սկզբից ի վեր: Երկրի վրա նույնպես ավարտվեց Արիստոտելի հայացքները:

Ալքիմիկոսների դարավոր փորձերը չբերեցին ակնկալվող արդյունքները՝ նրանց չհաջողվեց սովորական մետաղները վերածել ոսկու։ Ավելի ու ավելի շատ գիտնականներ կասկածի տակ էին դնում հենց այդ տարրերի գոյությունը և հիշում էին Դեմոկրիտոսի տեսությունը:

4. 1654 թվականի փորձը Մագդեբուրգի կիսագնդերի հետ ապացուցեց վակուումի և մթնոլորտային ճնշման առկայությունը (16 ձիերը չեն կարող կոտրել հարևան կիսագնդերը, որոնցից օդը դուրս է մղվել):

Ռոբերտ Բոյլը 1661 թվականին տվել է քիմիական տարրի գործնական սահմանումը որպես նյութ, որը չի կարող բաժանվել իր բաղադրիչների քիմիական վերլուծության միջոցով (3): Նա կարծում էր, որ նյութը բաղկացած է փոքր, պինդ և անբաժանելի մասնիկներից, որոնք տարբերվում են ձևով և չափսերով։ Միավորվելով՝ նրանք ձևավորում են նյութը կազմող քիմիական միացությունների մոլեկուլներ։

Բոյլն այս փոքրիկ մասնիկներին անվանել է մարմիններ կամ «մարմիններ» (լատիներեն corpus = մարմին բառի փոքրացում): Բոյլի հայացքների վրա, անկասկած, ազդել են վակուումային պոմպի գյուտը (Օտտո ֆոն Գերիկե, 1650) և օդը սեղմելու համար մխոցային պոմպերի կատարելագործումը։ Վակուումի առկայությունը և օդի մասնիկների միջև հեռավորությունը (սեղմման արդյունքում) փոխելու հնարավորությունը վկայում էին Դեմոկրիտոսի տեսության օգտին (4)։

Ժամանակի մեծագույն գիտնական սըր Իսահակ Նյուտոնը նույնպես ատոմային գիտնական էր։ (5). Հիմնվելով Բոյլի տեսակետների վրա՝ նա առաջ քաշեց մի վարկած՝ մարմնի միաձուլման մասին ավելի մեծ կազմավորումների։ Թիթեղների և կեռիկների հնագույն համակարգի փոխարեն դրանց կապելը, այլապես, գրավիտացիայի միջոցով էր:

5. Սըր Իսահակ Նյուտոնի դիմանկարը (1642-1727), հեղինակ՝ Գ.

Այսպիսով, Նյուտոնը միավորեց փոխազդեցությունները ողջ Տիեզերքում. մեկ ուժ վերահսկում էր ինչպես մոլորակների շարժումը, այնպես էլ նյութի ամենափոքր բաղադրիչների կառուցվածքը: Գիտնականը կարծում էր, որ լույսը նույնպես կազմված է դիակներից։

Այսօր մենք գիտենք, որ նա «կես ճիշտ» էր. ճառագայթման և նյութի բազմաթիվ փոխազդեցությունները բացատրվում են ֆոտոնների հոսքով:

Քիմիան մտնում է խաղի մեջ

Գրեթե մինչև XNUMX-րդ դարի վերջը ատոմները ֆիզիկոսների արտոնությունն էին: Այնուամենայնիվ, հենց Անտուան ​​Լավուազեի նախաձեռնած քիմիական հեղափոխությունն էր, որ ընդհանուր ընդունված դարձրեց նյութի հատիկավոր կառուցվածքի գաղափարը:

Հնագույն տարրերի՝ ջրի և օդի բարդ կառուցվածքի հայտնաբերումը վերջնականապես հերքեց Արիստոտելի տեսությունը։ XNUMX-րդ դարի վերջում զանգվածի պահպանման օրենքը և տարրերի փոխակերպման անհնարինության հավատը նույնպես առարկություններ չեն առաջացրել։ Կշեռքները քիմիական լաբորատորիայում դարձել են ստանդարտ սարքավորում։

6. Ջոն Դալթոն (1766–1844)

Դրա կիրառման շնորհիվ նկատվել է, որ տարրերը միանում են միմյանց հետ՝ առաջացնելով որոշակի քիմիական միացություններ զանգվածային մշտական ​​համամասնություններով (անկախ դրանց ծագումից՝ բնական կամ արհեստականորեն ստացված, և սինթեզի եղանակից)։

Այս դիտարկումը հեշտությամբ բացատրելի է դարձել, եթե ենթադրենք, որ նյութը բաղկացած է անբաժանելի մասերից, որոնք կազմում են մեկ ամբողջություն։ ատոմներ. Այս ճանապարհով գնաց ատոմի ժամանակակից տեսության ստեղծող Ջոն Դալթոնը (1766-1844) (6)։ Մի գիտնական 1808 թվականին ասաց, որ.

1. Ատոմներն անխորտակելի են և անփոփոխ (սա, իհարկե, բացառում էր ալքիմիական փոխակերպումների հնարավորությունը)։
2. Ամբողջ նյութը կազմված է անբաժանելի ատոմներից։
3. Տվյալ տարրի բոլոր ատոմները նույնն են, այսինքն՝ ունեն նույն ձևը, զանգվածը և հատկությունները։ Այնուամենայնիվ, տարբեր տարրեր կազմված են տարբեր ատոմներից:
4. Քիմիական ռեակցիաներում փոխվում է միայն ատոմների միացման եղանակը, որից կառուցվում են քիմիական միացությունների մոլեկուլներ՝ որոշակի համամասնություններով (7)։

Մեկ այլ բացահայտում, որը նույնպես հիմնված է քիմիական փոփոխությունների ընթացքի վրա, իտալացի ֆիզիկոս Ամադեո Ավոգադրոյի վարկածն էր։ Գիտնականը եկել է այն եզրակացության, որ նույն պայմաններում (ճնշման և ջերմաստիճանի) գազերի հավասար ծավալները պարունակում են նույն թվով մոլեկուլներ։ Այս հայտնագործությունը հնարավորություն տվեց հաստատել բազմաթիվ քիմիական միացությունների բանաձևերը և որոշել զանգվածները ատոմներ.

7. Դալթոնի կողմից օգտագործված ատոմային նշաններ (Քիմիական փիլիսոփայության նոր համակարգ, 1808 թ.)

8. Պլատոնական պինդ մարմիններ՝ հնագույն «տարրերի» ատոմների խորհրդանիշներ (Վիքիպեդիա, հեղինակ՝ Մաքսիմ Պե)

Քանի անգամ կտրել:

Ատոմի գաղափարի առաջացումը կապված էր հարցի հետ. «Արդյո՞ք վերջ կա նյութի բաժանմանը»: Օրինակ՝ վերցնենք 10 սմ տրամագծով խնձորն ու դանակն ու սկսենք կտրատել պտուղը։ Նախ՝ կիսով չափ, հետո կես խնձոր՝ ևս երկու մասի (նախորդ կտրվածքին զուգահեռ) և այլն։ Մի քանի անգամ հետո, իհարկե, կավարտենք, բայց ոչինչ չի խանգարում մեզ շարունակել փորձը մեկ ատոմի երևակայությամբ։ Հազար, միլիոն, գուցե ավելի՞ն։

Կտրտած խնձոր ուտելուց հետո (համեղ!) եկեք սկսենք հաշվարկները (երկրաչափական պրոգրեսիա հասկացությունը իմացողները ավելի քիչ դժվարություններ կունենան): Առաջին բաժանումը մեզ կտա 5 սմ հաստությամբ մրգի կեսը, հաջորդ կտրվածքը՝ 2,5 սմ հաստությամբ շերտ և այլն... 10 ծեծված! Ուստի ատոմների աշխարհ տանող «ճանապարհը» երկար չէ։

*) Օգտագործեք դանակ անսահման բարակ շեղբով: Իրականում, նման օբյեկտ գոյություն չունի, բայց քանի որ Ալբերտ Էյնշտեյնը իր ուսումնասիրություններում համարում էր լույսի արագությամբ շարժվող գնացքները, մեզ նույնպես թույլատրվում է, մտքի փորձի նպատակով, անել վերը նշված ենթադրությունը:

Պլատոնական ատոմներ

Պլատոնը, հնության մեծագույն մտքերից մեկը, նկարագրել է այն ատոմները, որոնց տարրերը պետք է կազմվեին Տիմաչոսի երկխոսության մեջ: Այս գոյացումներն ունեցել են կանոնավոր պոլիեդրների (Պլատոնական պինդ մարմիններ) տեսք։ Այսպիսով, քառաեդրոնը կրակի ատոմ էր (որպես ամենափոքր և ամենացնդող), ութանիստը՝ օդի ատոմ, իսկ իկոսաեդրոնը՝ ջրի ատոմ (բոլոր պինդ մարմիններն ունեն հավասարակողմ եռանկյունների պատեր)։ Քառակուսիների խորանարդը երկրի ատոմն է, իսկ հնգանկյունների տասներկուանիստը՝ իդեալական տարրի՝ երկնային եթերի ատոմը (8):