Əsrlər boyu atomla - 1-cü hissə

Keçən əsri çox vaxt “atom əsri” adlandırırlar. Çox da uzaq olmayan bir zamanda bizi əhatə edən dünyanı təşkil edən “kərpiclərin” varlığı nəhayət sübut olundu və onlarda yatmış qüvvələr azad edildi. Atom ideyasının özü isə çox uzun bir tarixə malikdir və maddənin quruluşu haqqında bilik tarixinin hekayəsi antik dövrə aid sözlərdən başqa bir şəkildə başlana bilməz.

1. Platonun (sağda filosofda Leonardo da Vinçi cizgiləri var) və Aristotelin təsvir olunduğu Rafaelin “Afina məktəbi” freskasından fraqment.

"Artıq köhnə..."

... filosoflar belə nəticəyə gəldilər ki, bütün təbiət hiss olunmayacaq qədər kiçik hissəciklərdən ibarətdir. Təbii ki, o dövrdə (və ondan sonra da uzun müddət) alimlərin öz fərziyyələrini yoxlamaq imkanı yox idi. Onlar yalnız təbiətin müşahidələrini izah etmək və suala cavab vermək cəhdi idi: "Maddə sonsuza qədər çürüyə bilər, yoxsa parçalanmanın sonu varmı?«

Cavablar müxtəlif mədəni dairələrdə (ilk növbədə qədim Hindistanda) verildi, lakin elmin inkişafına yunan filosoflarının tədqiqatları təsir etdi. “Gənc Texnik”in ötənilki bayram saylarında oxucular elementlərin kəşfinin çoxəsrlik tarixi haqqında məlumat əldə etdilər (“Elementlərlə təhlükə”, MT 7-9/2014), bu da Qədim Yunanıstanda başladı. Hələ eramızdan əvvəl XNUMX-ci əsrdə maddənin (element, element) qurulduğu əsas komponent müxtəlif maddələrdə axtarılırdı: suda (Tales), havada (Anaximenes), odda (Heraklit) və ya torpaqda (Ksenofanlar).

Empedokl onların hamısını barışdıraraq, maddənin bir deyil, dörd elementdən ibarət olduğunu bəyan etdi. Aristotel (e.ə. I əsr) bütün kainatı dolduran başqa bir ideal maddə - efir əlavə etdi və elementlərin çevrilməsinin mümkünlüyünü bəyan etdi. Digər tərəfdən, kainatın mərkəzində yerləşən Yer həmişə dəyişməz qalan səma tərəfindən müşahidə edilirdi. Aristotelin nüfuzu sayəsində maddənin və bütövlükdə quruluşun bu nəzəriyyəsi iki min ildən çox müddət ərzində düzgün hesab edilmişdir. Digər şeylər arasında, kimyagərliyin və buna görə də kimyanın özünün inkişafı üçün əsas oldu (1).

2. Abderalı Demokritin büstü (e.ə. 460-370)

Bununla belə, paralel olaraq başqa bir fərziyyə də işlənib hazırlanmışdır. Leucippus (e.ə. XNUMX əsr) maddənin ibarət olduğuna inanırdı çox kiçik hissəciklər vakuumda hərəkət edir. Filosofun baxışlarını onun tələbəsi - Abderalı Demokrit (e.ə. 460-370-ci illər) inkişaf etdirmişdir (2). O, maddənin atomlarını təşkil edən “blokları” adlandırdı (yunanca atomos = bölünməz). O, onların bölünməz və dəyişməz olduğunu, kainatdakı sayının sabit olduğunu müdafiə edirdi. Atomlar vakuumda hərəkət edir.

Zaman atomlar onlar bir-birinə bağlıdır (qarmaqlar və gözlər sistemi ilə) - hər cür cisimlər əmələ gəlir və bir-birindən ayrıldıqda - bədənlər məhv olur. Demokrit hesab edirdi ki, forma və ölçüləri ilə fərqlənən sonsuz sayda atom növləri var. Atomların xüsusiyyətləri maddənin xüsusiyyətlərini müəyyənləşdirir, məsələn, şirin bal hamar atomlardan, turş sirkə isə açısal olanlardan ibarətdir; ağ cisimlər hamar atomları, qara cisimlər isə kobud səthə malik atomları əmələ gətirir.

Materialın birləşmə üsulu maddənin xassələrinə də təsir edir: bərk cisimlərdə atomlar bir-birinə sıx şəkildə bitişik, yumşaq cisimlərdə isə boş yerləşmişdir. Demokritin fikirlərinin kvintessensiyasını belə ifadə edir: “Əslində yalnız boşluq və atomlar var, qalan hər şey illüziyadır”.

Sonrakı əsrlərdə Demokritin fikirləri ardıcıl filosoflar tərəfindən inkişaf etdirildi, bəzi istinadlara Platonun yazılarında da rast gəlinir. Epikur - varislərdən biri - hətta buna inanırdı atomlar onlar daha kiçik komponentlərdən (“elementar hissəciklər”) ibarətdir. Lakin maddənin quruluşunun atomistik nəzəriyyəsi Aristotelin elementlərinə uduzdu. Açar - artıq o zaman - təcrübədə tapıldı. Atomların varlığını təsdiq edən alətlər mövcud olana qədər elementlərin çevrilmələri asanlıqla müşahidə edilirdi.

Məsələn: su qızdırıldıqda (soyuq və yaş element), hava alınır (isti və yaş buxar), qabın dibində torpaq qalır (suda həll olunan maddələrin soyuq və quru çökməsi). Çatışmayan xüsusiyyətlər - istilik və quruluq - gəmini qızdıran yanğınla təmin edildi.

Dəyişməzlik və sabitlik atomların sayı mikrobların XNUMX-cu əsrə qədər "yoxdan" meydana gəldiyi düşünüldüyü üçün onlar da müşahidələrlə ziddiyyət təşkil edirdilər. Demokritin fikirləri metalların çevrilməsi ilə bağlı kimyavi təcrübələr üçün heç bir əsas vermirdi. Atomların sonsuz müxtəlifliyini təsəvvür etmək və öyrənmək də çətin idi. Elementar nəzəriyyə daha sadə görünürdü və ətraf aləmi daha inandırıcı şəkildə izah edirdi.

3. Robert Boylin (1627–1691) portreti, C. Kerseboom.

Düşmək və yenidən doğulmaq

Əsrlər boyu atom nəzəriyyəsi əsas elmdən ayrıdır. Ancaq o, nəhayət ölmədi, onun ideyaları sağ qaldı, qədim yazıların ərəb fəlsəfi tərcümələri şəklində Avropa alimlərinə çatdı. İnsan biliyinin inkişafı ilə Aristotel nəzəriyyəsinin əsasları dağılmağa başladı. Nikolay Kopernikin heliosentrik sistemi, fövqəlnovaların (Tycho de Brache) heç bir yerdən yaranan ilk müşahidələri, planetlərin (Johannes Kepler) və Yupiterin (Qaliley) peyklərinin hərəkət qanunlarının kəşfi XVI və XVII əsrlərdə insanlar dünyanın əvvəlindən dəyişmədən səma altında yaşamağı dayandırdılar. Yer üzündə də Aristotelin baxışlarının sonu oldu.

Kimyagərlərin çoxəsrlik cəhdləri gözlənilən nəticəni vermədi - onlar adi metalları qızıla çevirə bilmədilər. Getdikcə daha çox elm adamı elementlərin öz varlığını şübhə altına aldı və Demokritin nəzəriyyəsini xatırladı.

4. 1654-cü ildə Maqdeburq yarımkürələri ilə aparılan təcrübə vakuum və atmosfer təzyiqinin mövcudluğunu sübut etdi (16 at havanın vurulduğu qonşu yarımkürələri qıra bilməz!)

Robert Boyl 1661-ci ildə kimyəvi elementin kimyəvi analiz yolu ilə komponentlərinə parçalana bilməyən bir maddə kimi praktiki tərifini verdi (3). O hesab edirdi ki, maddə forma və ölçülərinə görə bir-birindən kiçik, bərk və bölünməz hissəciklərdən ibarətdir. Birləşərək maddəni təşkil edən kimyəvi birləşmələrin molekullarını əmələ gətirirlər.

Boyl bu kiçik hissəcikləri cisimciklər və ya "korpuskullar" (latınca corpus = bədən sözünün kiçildilməsi) adlandırdı. Boylin fikirlərinə, şübhəsiz ki, vakuum nasosunun ixtirası (Otto von Guericke, 1650) və havanı sıxmaq üçün pistonlu nasosların təkmilləşdirilməsi təsir göstərmişdir. Vakuumun mövcudluğu və hava hissəcikləri arasındakı məsafənin (sıxılma nəticəsində) dəyişdirilməsinin mümkünlüyü Demokrit nəzəriyyəsinin xeyrinə şəhadət verirdi (4).

Dövrün ən böyük alimi ser İsaak Nyuton da atom alimi idi. (5). Boylin fikirlərinə əsaslanaraq, o, bədənin daha böyük formasiyalara birləşməsi haqqında bir fərziyyə irəli sürdü. Qədim göz qapaqları və qarmaqlar sistemi əvəzinə, onların bağlanması - başqa cür - cazibə qüvvəsi ilə idi.

5. Ser İsaak Nyutonun portreti (1642-1727), Q. Kneller tərəfindən.

Beləliklə, Nyuton bütün Kainatdakı qarşılıqlı əlaqələri birləşdirdi - bir qüvvə həm planetlərin hərəkətini, həm də maddənin ən kiçik komponentlərinin quruluşunu idarə etdi. Alim işığın da cisimciklərdən ibarət olduğuna inanırdı.

Bu gün biz bilirik ki, o, "yarım haqlı" idi - radiasiya və maddə arasında çoxsaylı qarşılıqlı təsirlər fotonların axını ilə izah olunur.

Kimya oyuna girir

XNUMX əsrin demək olar ki, sonlarına qədər atomlar fiziklərin səlahiyyətində idi. Bununla belə, maddənin dənəvər quruluşu ideyasını hamılıqla qəbul edən Antuan Lavuazye tərəfindən başlanan kimyəvi inqilab oldu.

Qədim elementlərin - su və havanın mürəkkəb quruluşunun kəşfi nəhayət Aristotelin nəzəriyyəsini təkzib etdi. XNUMX-ci əsrin sonlarında kütlənin saxlanması qanunu və elementlərin çevrilməsinin qeyri-mümkünlüyünə inam da etirazlara səbəb olmadı. Tərəzilər kimya laboratoriyasında standart avadanlıq halına gəldi.

6. Con Dalton (1766-1844)

İstifadəsi sayəsində elementlərin bir-biri ilə birləşərək sabit kütlə nisbətində müəyyən kimyəvi birləşmələr əmələ gətirdiyi (mənşəyindən - təbii və ya süni yolla əldə edilmiş - və sintez üsulundan asılı olmayaraq) müşahidə edilmişdir.

Əgər maddənin vahid bir bütöv təşkil edən bölünməz hissələrdən ibarət olduğunu fərz etsək, bu müşahidə asanlıqla izah edilə bilər. atomlar. Müasir atom nəzəriyyəsinin yaradıcısı Con Dalton (1766-1844) (6) bu yolu tutmuşdur. 1808-ci ildə bir alim demişdir:

1. Atomlar sarsılmaz və dəyişməzdir (bu, təbii ki, kimyavi çevrilmələrin mümkünlüyünü istisna edirdi).
2. Bütün maddələr bölünməz atomlardan ibarətdir.
3. Verilmiş elementin bütün atomları eynidir, yəni eyni forma, kütlə və xassələrə malikdir. Ancaq fərqli elementlər fərqli atomlardan ibarətdir.
4. Kimyəvi reaksiyalarda yalnız kimyəvi birləşmələrin molekullarının qurulduğu atomların birləşmə yolu dəyişir - müəyyən nisbətlərdə (7).

Kimyəvi dəyişikliklərin gedişatını müşahidə etməyə əsaslanan başqa bir kəşf də italyan fiziki Amadeo Avoqadronun fərziyyəsi idi. Alim belə nəticəyə gəlib ki, eyni şəraitdə (təzyiq və temperatur) bərabər həcmli qazlarda eyni sayda molekul var. Bu kəşf bir çox kimyəvi birləşmələrin düsturlarını qurmağa və kütlələrini təyin etməyə imkan verdi atomlar.

7. Daltonun istifadə etdiyi atom simvolları (New System of Chemical Philosophy, 1808)

8. Platonik bərk cisimlər - qədim "elementlərin" atomlarının simvolları (Vikipediya, müəllif: Maksim Pe)

Neçə dəfə kəsmək lazımdır?

Atom ideyasının ortaya çıxması sualı ilə əlaqələndirildi: "Materiyanın bölünməsinin sonu varmı?". Məsələn, diametri 10 sm olan bir alma və bir bıçaq götürək və meyvələri dilimləməyə başlayaq. Əvvəlcə yarıya, sonra yarım almanı daha iki hissəyə (əvvəlki kəsimə paralel) və s.. Bir neçə dəfədən sonra əlbəttə ki, bitirəcəyik, amma bir atomun təxəyyülündə təcrübəni davam etdirməyə heç nə mane olmur? Min, milyon, bəlkə daha çox?

Dilimlənmiş alma yedikdən sonra (dadlı!), Gəlin hesablamalara başlayaq (həndəsi irəliləyiş anlayışını bilənlər daha az çətinlik çəkəcək). Birinci bölgü bizə 5 sm qalınlığında meyvənin yarısını verəcək, növbəti kəsmə 2,5 sm qalınlığında bir dilim verəcək və s. ... 10 döyülmüş! Ona görə də atomlar dünyasına gedən “yol” uzun deyil.

*) Sonsuz nazik bıçaqlı bıçaqdan istifadə edin. Əslində, belə bir obyekt yoxdur, lakin Albert Eynşteyn öz tədqiqatlarında qatarların işıq sürəti ilə hərəkət etdiyini nəzərə aldığından, bizə də - düşüncə eksperimentinin məqsədləri üçün - yuxarıdakı fərziyyəni irəli sürməyə icazə verilir.

Platon atomları

Antik dövrün ən böyük ağıllarından biri olan Platon Timachos dialoqunda elementlərinin təşkil olunacağı atomları təsvir etmişdir. Bu formasiyalar müntəzəm çoxüzlülər (Platonik bərk cisimlər) formasına malik idi. Beləliklə, tetraedr od atomu (ən kiçik və ən uçucu kimi), oktaedr hava atomu və ikosahedr su atomu idi (bütün bərk cisimlərin bərabərtərəfli üçbucaqlı divarları var). Kvadratların kubu yerin atomudur, beşbucaqlı dodekaedr isə ideal elementin - göy efirinin atomudur (8).