Na atomi kwa vizazi - sehemu ya 1

Karne iliyopita mara nyingi huitwa "umri wa atomi". Wakati huo si wa mbali sana, kuwapo kwa “matofali” yanayofanyiza ulimwengu unaotuzunguka hatimaye kulithibitishwa, na nguvu zilizokuwa zimelala ndani yake ziliachiliwa. Wazo la atomi yenyewe, hata hivyo, lina historia ndefu sana, na hadithi ya historia ya ujuzi wa muundo wa jambo haiwezi kuanza vinginevyo isipokuwa kwa maneno yanayorejelea mambo ya kale.

1. Kipande cha fresco ya Raphael "The School of Athens", inayoonyesha Plato (upande wa kulia, mwanafalsafa ana sifa za Leonardo da Vinci) na Aristotle.

"Tayari mzee..."

... wanafalsafa walifikia hitimisho kwamba maumbile yote yanajumuisha chembe ndogo zisizoonekana. Bila shaka, wakati huo (na kwa muda mrefu baada ya hapo) hapakuwa na njia kwa wanasayansi kupima mawazo yao. Walikuwa tu jaribio la kuelezea uchunguzi wa maumbile na kujibu swali: "Je, jambo linaweza kuoza kwa muda usiojulikana, au kuna mwisho wa mgawanyiko?«

Majibu yalitolewa katika duru mbalimbali za kitamaduni (hasa katika India ya kale), lakini maendeleo ya sayansi yaliathiriwa na masomo ya wanafalsafa wa Kigiriki. Katika masuala ya likizo ya mwaka jana ya "Technician Young", wasomaji walijifunza kuhusu historia ya karne ya ugunduzi wa vipengele ("Dangers with the Elements", MT 7-9/2014), ambayo pia ilianza katika Ugiriki ya Kale. Nyuma katika karne ya XNUMX KK, sehemu kuu ambayo jambo (kipengele, kipengele) hujengwa ilitafutwa katika vitu mbalimbali: maji (Thales), hewa (Anaximenes), moto (Heraclitus) au ardhi (Xenophanes).

Empedocles aliwapatanisha wote, akitangaza kwamba maada sio moja, lakini ya vipengele vinne. Aristotle (karne ya 1 KK) aliongeza dutu nyingine bora - ether, ambayo inajaza ulimwengu wote, na kutangaza uwezekano wa mabadiliko ya vipengele. Kwa upande mwingine, Dunia, iko katikati ya ulimwengu, ilizingatiwa na anga, ambayo ilikuwa daima bila kubadilika. Shukrani kwa mamlaka ya Aristotle, nadharia hii ya muundo wa jambo na yote ilionekana kuwa sahihi kwa zaidi ya miaka elfu mbili. Kuwa, kati ya mambo mengine, msingi wa maendeleo ya alchemy, na kwa hiyo ya kemia yenyewe (XNUMX).

2. Picha ya Democritus ya Abdera (460-370 KK)

Walakini, nadharia nyingine pia ilitengenezwa kwa usawa. Leucippus (karne ya XNUMX KK) aliamini kwamba jambo linaundwa na chembe ndogo sana kusonga katika utupu. Maoni ya mwanafalsafa huyo yalikuzwa na mwanafunzi wake - Democritus wa Abdera (c. 460-370 BC) (2). Aliviita “vitalu” vinavyounda atomi za maada (atomo za Kigiriki = zisizogawanyika). Alidai kuwa hazigawanyiki na hazibadiliki, na kwamba idadi yao katika ulimwengu ni ya kudumu. Atomi husogea katika ombwe.

Wakati atomi wao ni kushikamana (kwa mfumo wa ndoano na macho) - kila aina ya miili huundwa, na wakati wao kutengwa kutoka kwa kila mmoja - miili ni kuharibiwa. Democritus aliamini kuwa kuna aina nyingi za atomi, tofauti kwa sura na saizi. Tabia za atomi huamua mali ya dutu, kwa mfano, asali tamu imeundwa na atomi laini, na siki ya siki huundwa na zile za angular; miili nyeupe huunda atomi laini, na miili nyeusi huunda atomi na uso mbaya.

Njia ya kuunganishwa kwa nyenzo pia huathiri mali ya suala: katika vitu vikali, atomi ziko karibu na kila mmoja, na katika miili laini ziko kwa uhuru. Kiini cha maoni ya Democritus ni taarifa: "Kwa kweli, kuna utupu na atomi tu, kila kitu kingine ni udanganyifu."

Katika karne za baadaye, maoni ya Democritus yalikuzwa na wanafalsafa waliofuatana, marejeleo mengine yanapatikana pia katika maandishi ya Plato. Epicurus - mmoja wa warithi - hata aliamini hivyo atomi zinajumuisha vipengele vidogo zaidi ("chembe za msingi"). Hata hivyo, nadharia ya atomu ya muundo wa maada ilipotea kwa vipengele vya Aristotle. Ufunguo - tayari wakati huo - ulipatikana katika uzoefu. Mpaka kulikuwa na zana za kuthibitisha kuwepo kwa atomi, mabadiliko ya vipengele yalionekana kwa urahisi.

Kwa mfano: wakati maji yalipokanzwa (kipengele cha baridi na cha mvua), hewa ilipatikana (mvuke ya moto na ya mvua), na udongo ulibakia chini ya chombo (mvua ya baridi na kavu ya dutu iliyoyeyushwa katika maji). Mali ya kukosa - joto na ukame - yalitolewa kwa moto, ambayo iliwasha chombo.

Invariance na mara kwa mara idadi ya atomi pia yalipinga uchunguzi, kwani vijiumbe vidogo vilifikiriwa kutokea "bila kitu" hadi karne ya XNUMX. Maoni ya Democritus hayakutoa msingi wowote wa majaribio ya alchemical kuhusiana na mabadiliko ya metali. Ilikuwa ngumu pia kufikiria na kusoma aina nyingi zisizo na kikomo za atomi. Nadharia ya msingi ilionekana kuwa rahisi zaidi na ilielezea kwa ushawishi zaidi ulimwengu unaozunguka.

3. Picha ya Robert Boyle (1627–1691) na J. Kerseboom.

Kuanguka na kuzaliwa upya

Kwa karne nyingi, nadharia ya atomiki imesimama mbali na sayansi ya kawaida. Walakini, hakufa hatimaye, maoni yake yalinusurika, na kufikia wanasayansi wa Uropa kwa njia ya tafsiri za falsafa za Kiarabu za maandishi ya zamani. Pamoja na maendeleo ya maarifa ya binadamu, misingi ya nadharia ya Aristotle ilianza kuporomoka. Mfumo wa heliocentric wa Nicolaus Copernicus, uchunguzi wa kwanza wa supernovae (Tycho de Brache) unaotokana na mahali popote, ugunduzi wa sheria za mwendo wa sayari (Johannes Kepler) na miezi ya Jupiter (Galileo) ilimaanisha kuwa katika kumi na sita na kumi na saba. kwa karne nyingi, watu waliacha kuishi chini ya anga bila kubadilika tangu mwanzo wa ulimwengu. Duniani, pia, ulikuwa mwisho wa maoni ya Aristotle.

Majaribio ya karne ya zamani ya alchemists hayakuleta matokeo yaliyotarajiwa - walishindwa kugeuza metali ya kawaida kuwa dhahabu. Wanasayansi zaidi na zaidi walihoji kuwepo kwa vipengele wenyewe, na kukumbuka nadharia ya Democritus.

4. Jaribio la 1654 na hemispheres ya Magdeburg ilithibitisha kuwepo kwa utupu na shinikizo la anga (farasi 16 hawawezi kuvunja hemispheres jirani ambayo hewa ilitolewa!)

Robert Boyle mnamo 1661 alitoa ufafanuzi wa vitendo wa kipengele cha kemikali kama dutu ambayo haiwezi kugawanywa katika sehemu zake kwa uchambuzi wa kemikali (3). Aliamini kwamba maada ina chembe ndogo, imara na zisizogawanyika ambazo hutofautiana kwa umbo na ukubwa. Kuchanganya, huunda molekuli za misombo ya kemikali ambayo hutengeneza jambo.

Boyle aliziita hizi chembe ndogo ndogo corpuscles, au "corpuscles" (kipunguzo cha neno la Kilatini corpus = body). Maoni ya Boyle bila shaka yaliathiriwa na uvumbuzi wa pampu ya utupu (Otto von Guericke, 1650) na uboreshaji wa pampu za pistoni za kukandamiza hewa. Kuwepo kwa utupu na uwezekano wa kubadilisha umbali (kama matokeo ya compression) kati ya chembe za hewa kushuhudia katika neema ya nadharia ya Democritus (4).

Mwanasayansi mkuu wa wakati huo, Sir Isaac Newton, pia alikuwa mwanasayansi wa atomiki. (5). Kulingana na maoni ya Boyle, aliweka mbele dhana juu ya muunganisho wa mwili katika maumbo makubwa. Badala ya mfumo wa kale wa eyelets na ndoano, tying yao ilikuwa - jinsi nyingine - kwa mvuto.

5. Picha ya Sir Isaac Newton (1642-1727), na G. Kneller.

Kwa hivyo, Newton aliunganisha mwingiliano katika Ulimwengu mzima - nguvu moja ilidhibiti harakati za sayari na muundo wa sehemu ndogo zaidi za maada. Mwanasayansi aliamini kuwa mwanga pia una corpuscles.

Leo tunajua kwamba alikuwa "nusu ya kulia" - mwingiliano mwingi kati ya mionzi na jambo huelezewa na mtiririko wa fotoni.

Kemia inahusika

Hadi karibu mwisho wa karne ya XNUMX, atomi zilikuwa haki ya wanafizikia. Walakini, ilikuwa mapinduzi ya kemikali yaliyoanzishwa na Antoine Lavoisier ambayo yalifanya wazo la muundo wa punjepunje wa jambo kukubalika kwa jumla.

Ugunduzi wa muundo tata wa mambo ya kale - maji na hewa - hatimaye ulipinga nadharia ya Aristotle. Mwishoni mwa karne ya XNUMX, sheria ya uhifadhi wa wingi na imani ya kutowezekana kwa mabadiliko ya vipengele pia haikusababisha pingamizi. Mizani imekuwa vifaa vya kawaida katika maabara ya kemikali.

6. John Dalton (1766-1844)

Shukrani kwa matumizi yake, ilionekana kuwa vipengele vinachanganya na kila mmoja, na kutengeneza misombo fulani ya kemikali kwa uwiano wa mara kwa mara wa wingi (bila kujali asili yao - asili au kupatikana kwa bandia - na njia ya awali).

Uchunguzi huu umekuwa wa kuelezeka kwa urahisi ikiwa tutachukulia kuwa maada ina sehemu zisizogawanyika zinazounda zima moja. atomi. Muundaji wa nadharia ya kisasa ya atomi, John Dalton (1766-1844) (6), alifuata njia hii. Mwanasayansi katika 1808 alisema kwamba:

1. Atomi haziwezi kuharibika na hazibadiliki (hii, bila shaka, iliondoa uwezekano wa mabadiliko ya alkemikali).
2. Maada yote imeundwa na atomi zisizogawanyika.
3. Atomi zote za kipengele fulani ni sawa, yaani, zina sura sawa, wingi na mali. Hata hivyo, vipengele tofauti vinaundwa na atomi tofauti.
4. Katika athari za kemikali, njia pekee ya kujiunga na atomi hubadilika, ambayo molekuli za misombo ya kemikali hujengwa - kwa idadi fulani (7).

Ugunduzi mwingine, pia kulingana na uchunguzi wa mabadiliko ya kemikali, ulikuwa nadharia ya mwanafizikia wa Italia Amadeo Avogadro. Mwanasayansi alifikia hitimisho kwamba kiasi sawa cha gesi chini ya hali sawa (shinikizo na joto) zina idadi sawa ya molekuli. Ugunduzi huu ulifanya iwezekane kuanzisha fomula za misombo mingi ya kemikali na kuamua raia atomi.

7. Alama za atomiki zilizotumiwa na Dalton (Mfumo Mpya wa Falsafa ya Kemikali, 1808)

8. Mango ya Plato - alama za atomi za "elementi" za zamani (Wikipedia, mwandishi: Maxim Pe)

Ni mara ngapi kukata?

Kuibuka kwa wazo la atomi kulihusishwa na swali: "Je! kuna mwisho wa mgawanyiko wa jambo?". Kwa mfano, hebu tuchukue apple yenye kipenyo cha cm 10 na kisu na kuanza kukata matunda. Kwanza, kwa nusu, kisha nusu ya apple katika sehemu mbili zaidi (sambamba na kukata uliopita), nk Baada ya mara chache, bila shaka, tutamaliza, lakini hakuna kitu kinachozuia kuendelea na majaribio katika mawazo ya atomi moja? Elfu, milioni, labda zaidi?

Baada ya kula apple iliyokatwa (ladha!), Hebu tuanze mahesabu (wale wanaojua dhana ya maendeleo ya kijiometri watakuwa na shida kidogo). Mgawanyiko wa kwanza utatupa nusu ya matunda yenye unene wa cm 5, kata inayofuata itatupa kipande na unene wa cm 2,5, nk ... 10 zilizopigwa! Kwa hivyo, "njia" ya ulimwengu wa atomi sio ndefu.

*) Tumia kisu chenye blade nyembamba sana. Kwa kweli, kitu kama hicho haipo, lakini kwa kuwa Albert Einstein katika utafiti wake alizingatia treni zinazotembea kwa kasi ya mwanga, tunaruhusiwa pia - kwa madhumuni ya jaribio la mawazo - kufanya dhana hapo juu.

atomi za Plato

Plato, mmojawapo wa akili kubwa zaidi za zamani, alielezea atomi ambazo elementi zake zingetungwa katika mazungumzo ya Timachos. Miundo hii ilikuwa na umbo la polihedra ya kawaida (yango za Plato). Kwa hivyo, tetrahedron ilikuwa atomi ya moto (kama ndogo na tete zaidi), octahedron ilikuwa atomi ya hewa, na icosahedron ilikuwa atomi ya maji (yote yabisi ina kuta za pembetatu za usawa). Mchemraba wa mraba ni atomi ya dunia, na dodecahedron ya pentagoni ni atomi ya kipengele bora - etha ya mbinguni (8).