B'atomu matul iż-żminijiet - parti 1

L-aħħar seklu spiss jissejjaħ "l-età ta 'l-atomu". F'dak iż-żmien mhux wisq imbiegħed, l-eżistenza tal- "briks" li jiffurmaw id-dinja ta 'madwarna ġiet finalment ippruvata, u l-forzi rieqda fihom ġew rilaxxati. L-idea tal-atomu innifsu, madankollu, għandha storja twila ħafna, u l-istorja tal-istorja tal-għarfien tal-istruttura tal-materja ma tistax tinbeda ħlief bi kliem li jirreferi għall-antikità.

1. Framment tal-affresk ta’ Raffajl “L-Iskola ta’ Ateni”, li juri lil Platun (fuq il-lemin, il-filosfu għandu l-karatteristiċi ta’ Leonardo da Vinci) u Aristotli

"Diġà qodma..."

… il-filosfi waslu għall-konklużjoni li n-natura kollha tikkonsisti f’partiċelli żgħar imperċettibbilment. Naturalment, dak iż-żmien (u għal żmien twil wara dak) ix-xjentisti ma kellhomx l-opportunità li jittestjaw is-suppożizzjonijiet tagħhom. Kienu biss tentattiv biex jispjegaw l-osservazzjonijiet tan-natura u jwieġbu l-mistoqsija: "Il-materja tista’ titmermer b’mod indefinit, jew hemm tmiem il-fissjoni?«

It-tweġibiet ingħataw f'diversi ċrieki kulturali (primarjament fl-Indja tal-qedem), iżda l-iżvilupp tax-xjenza kien influwenzat mill-istudji tal-filosfi Griegi. Fil-kwistjonijiet tal-vaganzi tas-sena li għaddiet ta '"Tekniku Żgħażagħ", il-qarrejja tgħallmu dwar l-istorja ta' sekli sħaħ ta 'l-iskoperta ta' elementi ("Perikli bl-Elementi", MT 7-9/2014), li bdiet ukoll fil-Greċja tal-Antika. Lura fis-seklu XNUMX QK, il-komponent ewlieni li minnu tinbena l-materja (element, element) kien imfittex f’diversi sustanzi: ilma (Thales), arja (Anaximenes), nar (Heraclitus) jew art (Xenophanes).

Empedocle rrikonċiljahom kollha, u ddikjara li l-materja tikkonsisti mhux minn wieħed, iżda minn erba 'elementi. Aristotle (1 seklu QK) żied sustanza ideali oħra - etere, li timla l-univers kollu, u ddikjara l-possibbiltà tat-trasformazzjoni tal-elementi. Min-naħa l-oħra, id-Dinja, li tinsab fiċ-ċentru tal-univers, kienet osservata mis-sema, li dejjem ma nbidlitx. Grazzi għall-awtorità ta 'Aristotle, din it-teorija ta' l-istruttura tal-materja u l-sħiħ kienet meqjusa korretta għal aktar minn elfejn sena. Sar, fost affarijiet oħra, il-bażi għall-iżvilupp tal-alkimija, u għalhekk tal-kimika nnifisha (XNUMX).

2. Bust ta’ Demokritu ta’ Abdera (460-370 QK)

Madankollu, ipoteżi oħra ġiet żviluppata wkoll b'mod parallel. Leucippus (seklu XNUMX QK) jemmen li l-materja hija magħmula minn partiċelli żgħar ħafna jiċċaqilqu fil-vakwu. Il-fehmiet tal-filosfu ġew żviluppati mill-istudent tiegħu - Democritus of Abdera (ċ. 460-370 QK) (2). Huwa sejjaħ il-"blokki" li jiffurmaw l-atomi tal-materja (atomi Grieg = indiviżibbli). Sostna li huma indiviżibbli u ma jinbidlux, u li n-numru tagħhom fl-univers huwa kostanti. L-atomi jimxu fil-vakwu.

Meta atomi huma konnessi (b'sistema ta 'snanar u għajnejn) - kull tip ta' korpi huma ffurmati, u meta jkunu separati minn xulxin - il-korpi jinqerdu. Democritus jemmen li hemm infinitament ħafna tipi ta 'atomi, differenti fil-forma u d-daqs. Il-karatteristiċi tal-atomi jiddeterminaw il-proprjetajiet ta 'sustanza, pereżempju, l-għasel ħelu huwa magħmul minn atomi lixxi, u l-ħall qares huwa magħmul minn dawk angolari; korpi bojod jiffurmaw atomi lixxi, u korpi suwed jiffurmaw atomi b'wiċċ mhux maħdum.

Il-mod kif il-materjal huwa magħqud jaffettwa wkoll il-proprjetajiet tal-materja: fis-solidi, l-atomi huma sewwa maġenb xulxin, u f'korpi rotob jinsabu laxk. Il-kwintessenza tal-fehmiet ta 'Demokritu hija l-istqarrija: "Fil-fatt, hemm biss vojt u atomi, kull ħaġa oħra hija illużjoni."

Fis-sekli ta 'wara, il-fehmiet ta' Democritus ġew żviluppati minn filosofi suċċessivi, xi referenzi jinstabu wkoll fil-kitbiet ta 'Plato. Epikuru – wieħed mis-suċċessuri – saħansitra emmen hekk atomi jikkonsistu f'komponenti saħansitra iżgħar ("partiċelli elementari"). Madankollu, it-teorija atomistika ta 'l-istruttura tal-materja mitlufa għall-elementi ta' Aristotle. Iċ-ċavetta—diġà dakinhar—instabet fl-esperjenza. Sakemm kien hemm għodda biex tikkonferma l-eżistenza tal-atomi, it-trasformazzjonijiet tal-elementi kienu faċilment osservati.

Pereżempju: meta l-ilma kien imsaħħan (element kiesaħ u mxarrab), inkisbet arja (fwar sħun u mxarrab), u l-ħamrija baqgħet fil-qiegħ tal-bastiment (preċipitazzjoni kiesħa u niexfa ta 'sustanzi maħlula fl-ilma). Il-proprjetajiet neqsin - sħana u nixfa - ġew ipprovduti min-nar, li saħħan il-bastiment.

Invarjanza u kostanti numru ta' atomi huma wkoll jikkontradixxu l-osservazzjonijiet, peress li mikrobi kienu maħsuba li joħorġu "minn xejn" sas-seklu XNUMX. L-opinjonijiet ta 'Democritus ma pprovdew l-ebda bażi għal esperimenti alkimiċi relatati mat-trasformazzjoni tal-metalli. Kien diffiċli wkoll li timmaġina u tistudja l-varjetà infinita ta 'tipi ta' atomi. It-teorija elementari dehret ħafna aktar sempliċi u spjegat b'mod aktar konvinċenti d-dinja tal-madwar.

3. Ritratt ta’ Robert Boyle (1627–1691) ta’ J. Kerseboom.

Waqgħa u twelid mill-ġdid

Għal sekli sħaħ, it-teorija atomika kienet barra mix-xjenza mainstream. Madankollu, fl-aħħar ma mietx, l-ideat tagħha baqgħu ħajjin, u laħqu x-xjentisti Ewropej fil-forma ta 'traduzzjonijiet filosofiċi Għarbi ta' kitbiet antiki. Bl-iżvilupp tal-għarfien tal-bniedem, il-pedamenti tat-teorija ta 'Aristotle bdew jitfarrku. Is-sistema eljoċentrika ta’ Nicolaus Copernicus, l-ewwel osservazzjonijiet tas-supernovae (Tycho de Brache) li joħorġu minn imkien, l-iskoperta tal-liġijiet tal-moviment tal-pjaneti (Johannes Kepler) u l-qamar ta’ Ġove (Galileo) fissru li fis-sittax u s-sbatax. sekli, in-nies ma baqgħux jgħixu taħt is-sema mhux mibdula mill-bidu tad-dinja. Fuq l-art, ukoll, kien it-tmiem tal-fehmiet ta 'Aristotle.

It-tentattivi ta 'sekli ta' alkemisti ma ġabux ir-riżultati mistennija - naqsu milli jibdlu metalli ordinarji f'deheb. Aktar u aktar xjenzati staqsew l-eżistenza ta 'l-elementi nfushom, u ftakru fit-teorija ta' Democritus.

4. L-esperiment tal-1654 bl-emisferi ta 'Magdeburg wera l-eżistenza ta' vakwu u pressjoni atmosferika (16-il żiemel ma jistgħux ikissru emisferi ġirien li minnhom kienet ippumpjata l-arja!)

Robert Boyle fl-1661 ta definizzjoni prattika ta’ element kimiku bħala sustanza li ma tistax tinqasam fil-komponenti tagħha permezz ta’ analiżi kimika (3). Huwa jemmen li l-materja tikkonsisti minn partiċelli żgħar, solidi u indiviżibbli li jvarjaw fil-forma u d-daqs. Jikkombinaw, jiffurmaw molekuli ta 'komposti kimiċi li jiffurmaw il-materja.

Boyle sejjaħ dawn il-partiċelli ċkejkna corpuscles, jew "corpuscles" (diminuttiv tal-kelma Latina corpus = ġisem). Il-fehmiet ta’ Boyle bla dubju kienu influwenzati mill-invenzjoni tal-pompa tal-vakwu (Otto von Guericke, 1650) u t-titjib tal-pompi bil-pistuni għall-kompressjoni tal-arja. L-eżistenza ta 'vakwu u l-possibbiltà li tinbidel id-distanza (bħala riżultat tal-kompressjoni) bejn il-partiċelli tal-arja xehdu favur it-teorija ta' Democritus (4).

L-akbar xjenzat ta’ dak iż-żmien, Sir Isaac Newton, kien ukoll xjenzat atomiku. (5). Ibbażat fuq l-opinjonijiet ta 'Boyle, huwa ressaq ipoteżi dwar il-fużjoni tal-ġisem f'formazzjonijiet akbar. Minflok is-sistema tal-qedem ta’ għajnejn u snanar, l-irbit tagħhom kien – kif inkella – bil-gravità.

5. Ritratt ta’ Sir Isaac Newton (1642-1727), ta’ G. Kneller.

Għalhekk, Newton għaqqad l-interazzjonijiet fl-Univers kollu - forza waħda kkontrollata kemm il-moviment tal-pjaneti kif ukoll l-istruttura tal-iżgħar komponenti tal-materja. Ix-xjenzat jemmen li d-dawl jikkonsisti wkoll f'korpuskoli.

Illum nafu li kellu "nofs raġun" - bosta interazzjonijiet bejn ir-radjazzjoni u l-materja huma spjegati mill-fluss tal-fotoni.

Il-kimika tidħol fis-seħħ

Sa kważi l-aħħar tas-seklu XNUMX, l-atomi kienu l-prerogattiva tal-fiżiċi. Madankollu, kienet ir-rivoluzzjoni kimika mibdija minn Antoine Lavoisier li għamlet l-idea tal-istruttura granulari tal-materja ġeneralment aċċettata.

L-iskoperta tal-istruttura kumplessa tal-elementi tal-qedem - ilma u arja - fl-aħħar ċaħdet it-teorija ta 'Aristotle. Fl-aħħar tas-seklu XNUMX, il-liġi tal-konservazzjoni tal-massa u t-twemmin fl-impossibbiltà tat-trasformazzjoni tal-elementi wkoll ma kkawżawx oġġezzjonijiet. L-imwieżen saru tagħmir standard fil-laboratorju kimiku.

6. John Dalton (1766-1844)

Grazzi għall-użu tiegħu, ġie nnutat li l-elementi jikkombinaw ma 'xulxin, u jiffurmaw ċerti komposti kimiċi fi proporzjonijiet ta' massa kostanti (irrispettivament mill-oriġini tagħhom - naturali jew miksuba artifiċjalment - u l-metodu ta 'sintesi).

Din l-osservazzjoni saret spjegabbli faċilment jekk nassumu li l-materja tikkonsisti f’partijiet indiviżibbli li jiffurmaw sħiħ wieħed. atomi. Il-kreatur tat-teorija moderna tal-atomu, John Dalton (1766-1844) (6), segwa din it-triq. Xjentist fl-1808 stqarr li:

1. L-atomi huma indestructibbli u immutabbli (dan, ovvjament, eskluda l-possibbiltà ta 'trasformazzjonijiet alkimiċi).
2. Il-materja kollha hija magħmula minn atomi indiviżibbli.
3. L-atomi kollha ta 'element partikolari huma l-istess, jiġifieri, għandhom l-istess forma, massa u proprjetajiet. Madankollu, elementi differenti huma magħmula minn atomi differenti.
4. F'reazzjonijiet kimiċi, jinbidel biss il-mod li jingħaqdu l-atomi, li minnu jinbnew molekuli ta 'komposti kimiċi - f'ċerti proporzjonijiet (7).

Skoperta oħra, ibbażata wkoll fuq l-osservazzjoni tal-kors tal-bidliet kimiċi, kienet l-ipoteżi tal-fiżiku Taljan Amadeo Avogadro. Ix-xjenzat wasal għall-konklużjoni li volumi ugwali ta 'gassijiet taħt l-istess kundizzjonijiet (pressjoni u temperatura) fihom l-istess numru ta' molekuli. Din l-iskoperta għamlitha possibbli li jiġu stabbiliti l-formuli ta 'ħafna komposti kimiċi u tiddetermina l-mases atomi.

7. Simboli atomiċi użati minn Dalton (New System of Chemical Philosophy, 1808)

8. Solidi Platoniċi - simboli ta 'atomi ta' "elementi" antiki (Wikipedia, awtur: Maxim Pe)

Kemm-il darba taqta?

It-tfaċċar tal-idea tal-atomu kienet assoċjata mal-mistoqsija: "Hemm tmiem tad-diviżjoni tal-materja?". Pereżempju, ejja nieħdu tuffieħ b'dijametru ta' 10 ċm u sikkina u nibdew inqattgħu l-frott. L-ewwel, min-nofs, imbagħad nofs tuffieħ f'żewġ partijiet oħra (parallel mal-qatgħa ta 'qabel), eċċ Wara ftit drabi, ovvjament, se nispiċċaw, iżda xejn ma jżommna milli nkomplu l-esperiment fl-immaġinazzjoni ta' atomu wieħed? Elf, miljun, forsi aktar?

Wara li tiekol tuffieħ imqatta’ (delizzjuż!), Nibdew il-kalkoli (dawk li jafu l-kunċett ta’ progressjoni ġeometrika se jkollhom inqas problemi). L-ewwel diviżjoni se tagħtina nofs il-frott bi ħxuna ta '5 cm, il-qatgħa li jmiss se tagħtina porzjon bi ħxuna ta' 2,5 cm, eċċ ... 10 dawk imsawta! Għalhekk, il-"mogħdija" għad-dinja tal-atomi mhix twila.

*) Uża sikkina b'xafra rqiqa infinitament. Fil-fatt, oġġett bħal dan ma jeżistix, iżda peress li Albert Einstein fir-riċerka tiegħu qies il-ferroviji li jiċċaqilqu bil-veloċità tad-dawl, aħna wkoll permessi - għall-finijiet ta 'esperiment ta' ħsieb - li nagħmlu l-assunzjoni ta 'hawn fuq.

Atomi Platoniċi

Platun, wieħed mill-akbar imħuħ tal-antikità, iddeskriva l-atomi li minnhom kellhom jiġu komposti l-elementi fid-djalogu Timachos. Dawn il-formazzjonijiet kellhom il-forma ta 'poliedri regolari (solidi Platoniċi). Allura, it-tetrahedron kien atomu ta 'nar (bħala l-iżgħar u l-aktar volatili), l-octahedron kien atomu ta' arja, u l-icosahedron kien atomu ta 'ilma (is-solidi kollha għandhom ħitan ta' triangoli ekwilaterali). Kubu ta 'kwadri huwa atomu tad-dinja, u dodecahedron ta' pentagoni huwa atomu ta 'element ideali - l-etere ċelesti (8).