Me një atom nëpër shekuj - pjesa 1

Shekulli i kaluar shpesh quhet "epoka e atomit". Në atë kohë jo shumë të largët, më në fund u vërtetua ekzistenca e "tullave" që përbëjnë botën përreth nesh dhe forcat e fjetura në to u çliruan. Ideja e vetë atomit, megjithatë, ka një histori shumë të gjatë dhe historia e historisë së njohjes së strukturës së materies nuk mund të fillojë ndryshe përveçse me fjalë që i referohen antikitetit.

1. Një fragment i afreskut të Rafaelit "Shkolla e Athinës", që përshkruan Platonin (në të djathtë, filozofi ka tiparet e Leonardo da Vinçit) dhe Aristotelit

"Tashmë e lashtë ..."

… filozofët arritën në përfundimin se e gjithë natyra përbëhet nga grimca të vogla të padukshme. Sigurisht, në atë kohë (dhe për një kohë të gjatë pas kësaj) shkencëtarët nuk patën mundësinë të testonin supozimet e tyre. Ata ishin vetëm një përpjekje për të shpjeguar vëzhgimet e natyrës dhe për t'iu përgjigjur pyetjes: "A mund të kalbet lënda për një kohë të pacaktuar, apo ka një fund për ndarjen?«

Përgjigjet u dhanë në qarqe të ndryshme kulturore (kryesisht në Indinë e lashtë), por zhvillimi i shkencës u ndikua nga studimet e filozofëve grekë. Në numrat e festave të vitit të kaluar të "Teknikut të Ri", lexuesit mësuan për historinë shekullore të zbulimit të elementeve ("Rreziqet me elementët", MT 7-9/2014), e cila gjithashtu filloi në Greqinë e Lashtë. Në shekullin e VII para Krishtit, përbërësi kryesor nga i cili është ndërtuar materia (elementi, elementi) u kërkua në substanca të ndryshme: uji (Tales), ajri (Anaksimenes), zjarri (Heraklitus) ose toka (Ksenofani).

Empedokli i pajtoi të gjithë, duke deklaruar se materia nuk përbëhet nga një, por nga katër elementë. Aristoteli (shekulli I para Krishtit) shtoi një substancë tjetër ideale - eterin, i cili mbush të gjithë universin dhe deklaroi mundësinë e transformimit të elementeve. Nga ana tjetër, Toka, e vendosur në qendër të universit, vëzhgohej nga qielli, i cili ishte gjithmonë i pandryshuar. Falë autoritetit të Aristotelit, kjo teori e strukturës së materies dhe e tërësisë u konsiderua e saktë për më shumë se dy mijë vjet. U bë, ndër të tjera, baza për zhvillimin e alkimisë, dhe rrjedhimisht të vetë kimisë (1).

2. Busti i Demokritit të Abderës (460-370 p.e.s.)

Megjithatë, paralelisht u zhvillua edhe një hipotezë tjetër. Leucippus (shek. XNUMX para Krishtit) besonte se materia përbëhet nga grimca shumë të vogla duke lëvizur në vakum. Pikëpamjet e filozofit u zhvilluan nga studenti i tij - Demokriti i Abderës (rreth 460-370 p.e.s.) (2). Ai i quajti "blloqet" që përbëjnë atomet e materies (greqisht atomos = të pandarë). Ai argumentoi se ato janë të pandashme dhe të pandryshueshme dhe se numri i tyre në univers është konstant. Atomet lëvizin në vakum.

Kur atomet ato janë të lidhura (nga një sistem grepash dhe sysh) - formohen të gjitha llojet e trupave dhe kur ndahen nga njëri-tjetri - trupat shkatërrohen. Demokriti besonte se ka pafundësisht shumë lloje atomesh, që ndryshojnë në formë dhe madhësi. Karakteristikat e atomeve përcaktojnë vetitë e një lënde, për shembull, mjalti i ëmbël përbëhet nga atome të lëmuara, dhe uthulla e thartë përbëhet nga ato këndore; trupat e bardhë formojnë atome të lëmuara dhe trupat e zinj formojnë atome me sipërfaqe të ashpër.

Mënyra e bashkimit të një materiali ndikon gjithashtu në vetitë e materies: në trupat e ngurtë, atomet janë ngushtë ngjitur me njëri-tjetrin dhe në trupat e butë ato janë të vendosura lirshëm. Thelbi i pikëpamjeve të Demokritit është pohimi: "Në fakt, ka vetëm zbrazëti dhe atome, gjithçka tjetër është një iluzion".

Në shekujt e mëvonshëm, pikëpamjet e Demokritit u zhvilluan nga filozofë të njëpasnjëshëm, disa referenca gjenden gjithashtu në shkrimet e Platonit. Epikuri - një nga pasardhësit - madje e besonte këtë atomet ato përbëhen nga komponentë edhe më të vegjël (“grimca elementare”). Sidoqoftë, teoria atomiste e strukturës së materies humbi nga elementët e Aristotelit. Çelësi - tashmë atëherë - u gjet në përvojë. Derisa kishte mjete për të konfirmuar ekzistencën e atomeve, transformimet e elementeve vëreheshin lehtësisht.

Për shembull: kur ngrohej uji (element i ftohtë dhe i lagësht), përftohej ajri (avulli i nxehtë dhe i lagësht), dhe dheu mbetej në fund të enës (reshje të ftohtë dhe të thatë të substancave të tretura në ujë). Karakteristikat e munguara - ngrohtësia dhe thatësia - u siguruan nga zjarri, i cili ngrohte enën.

Invarianca dhe konstante numri i atomeve ata gjithashtu kundërshtuan vëzhgimet, pasi mikrobet mendohej se dolën "nga asgjëja" deri në shekullin e XNUMX-të. Pikëpamjet e Demokritit nuk dhanë ndonjë bazë për eksperimentet alkimike në lidhje me transformimin e metaleve. Ishte gjithashtu e vështirë të imagjinohej dhe studiohej shumëllojshmëria e pafundme e llojeve të atomeve. Teoria elementare dukej shumë më e thjeshtë dhe shpjegoi më bindshëm botën përreth.

3. Portreti i Robert Boyle (1627–1691) nga J. Kerseboom.

Rënia dhe rilindja

Për shekuj, teoria atomike ka qëndruar e ndarë nga shkenca kryesore. Sidoqoftë, ajo nuk vdiq përfundimisht, idetë e saj mbijetuan, duke arritur tek shkencëtarët evropianë në formën e përkthimeve filozofike arabe të shkrimeve antike. Me zhvillimin e njohurive njerëzore, themelet e teorisë së Aristotelit filluan të shkërmoqen. Sistemi heliocentrik i Nicolaus Kopernicus, vëzhgimet e para të supernovës (Tycho de Brache) që lindën nga askund, zbulimi i ligjeve të lëvizjes së planetëve (Johannes Kepler) dhe hënave të Jupiterit (Galileo) nënkuptonin që në vitet e gjashtëmbëdhjetë dhe të shtatëmbëdhjetë shekuj me radhë, njerëzit pushuan së jetuari nën qiell të pandryshuar që nga fillimi i botës. Në tokë, gjithashtu, ishte fundi i pikëpamjeve të Aristotelit.

Përpjekjet shekullore të alkimistëve nuk sollën rezultatet e pritura - ata nuk arritën të kthenin metalet e zakonshme në ar. Gjithnjë e më shumë shkencëtarë vunë në dyshim ekzistencën e vetë elementeve dhe kujtuan teorinë e Demokritit.

4. Eksperimenti i vitit 1654 me hemisferat e Magdeburgut vërtetoi ekzistencën e vakumit dhe presionit atmosferik (16 kuaj nuk mund të thyejnë hemisferat fqinje nga të cilat pompohej ajri!)

Robert Boyle në 1661 dha një përkufizim praktik të një elementi kimik si një substancë që nuk mund të zbërthehet në përbërësit e tij me anë të analizave kimike (3). Ai besonte se materia përbëhet nga grimca të vogla, të ngurta dhe të pandashme që ndryshojnë në formë dhe madhësi. Duke u kombinuar, ato formojnë molekula të përbërjeve kimike që përbëjnë lëndën.

Boyle i quajti këto grimca të vogla corpuscles, ose "corpuscles" (një zvogëlim i fjalës latine corpus = trup). Pikëpamjet e Boyle pa dyshim u ndikuan nga shpikja e pompës së vakumit (Otto von Guericke, 1650) dhe përmirësimi i pompave të pistonit për kompresimin e ajrit. Ekzistenca e një vakumi dhe mundësia e ndryshimit të distancës (si rezultat i ngjeshjes) midis grimcave të ajrit dëshmoi në favor të teorisë së Demokritit (4).

Shkencëtari më i madh i kohës, Sir Isaac Newton, ishte gjithashtu një shkencëtar atomik. (5). Bazuar në pikëpamjet e Boyle, ai parashtroi një hipotezë për shkrirjen e trupit në formacione më të mëdha. Në vend të sistemit të lashtë të vrimave dhe grepave, lidhja e tyre ishte - si ndryshe - nga graviteti.

5. Portreti i Sir Isaac Newton (1642-1727), nga G. Kneller.

Kështu, Njutoni bashkoi ndërveprimet në të gjithë Universin - një forcë kontrollonte si lëvizjen e planetëve ashtu edhe strukturën e përbërësve më të vegjël të materies. Shkencëtari besonte se drita gjithashtu përbëhet nga trupa.

Sot e dimë se ai kishte "gjysmë të drejtë" - ndërveprimet e shumta midis rrezatimit dhe materies shpjegohen nga rrjedha e fotoneve.

Kimia hyn në lojë

Pothuajse deri në fund të shekullit XNUMX, atomet ishin prerogativë e fizikantëve. Sidoqoftë, ishte revolucioni kimik i iniciuar nga Antoine Lavoisier që e bëri idenë e strukturës së grimcuar të materies përgjithësisht të pranuar.

Zbulimi i strukturës komplekse të elementeve antike - uji dhe ajri - hodhi poshtë përfundimisht teorinë e Aristotelit. Në fund të shekullit të XNUMX-të, ligji i ruajtjes së masës dhe besimi në pamundësinë e transformimit të elementeve gjithashtu nuk shkaktuan kundërshtime. Peshoret janë bërë pajisje standarde në laboratorin kimik.

6. John Dalton (1766-1844)

Falë përdorimit të tij, u vu re se elementët kombinohen me njëri-tjetrin, duke formuar përbërje të caktuara kimike në përmasa konstante të masës (pavarësisht origjinës së tyre - natyrale ose artificiale - dhe metodës së sintezës).

Ky vëzhgim është bërë lehtësisht i shpjegueshëm nëse supozojmë se materia përbëhet nga pjesë të pandashme që përbëjnë një tërësi të vetme. atomet. Krijuesi i teorisë moderne të atomit, John Dalton (1766-1844) (6), ndoqi këtë rrugë. Një shkencëtar në 1808 deklaroi se:

1. Atomet janë të pathyeshme dhe të pandryshueshme (kjo, natyrisht, përjashtoi mundësinë e transformimeve alkimike).
2. E gjithë lënda përbëhet nga atome të pandarë.
3. Të gjithë atomet e një elementi të caktuar janë të njëjtë, domethënë kanë të njëjtën formë, masë dhe veti. Megjithatë, elementë të ndryshëm përbëhen nga atome të ndryshme.
4. Në reaksionet kimike ndryshon vetëm mënyra e bashkimit të atomeve, nga të cilat ndërtohen molekulat e përbërjeve kimike - në përmasa të caktuara (7).

Një zbulim tjetër, i bazuar edhe në vëzhgimin e rrjedhës së ndryshimeve kimike, ishte hipoteza e fizikanit italian Amadeo Avogadro. Shkencëtari arriti në përfundimin se vëllime të barabarta të gazrave në të njëjtat kushte (presion dhe temperaturë) përmbajnë të njëjtin numër molekulash. Ky zbulim bëri të mundur vendosjen e formulave të shumë përbërjeve kimike dhe përcaktimin e masave atomet.

7. Simbolet atomike të përdorura nga Dalton (New System of Chemical Philosophy, 1808)

8. Trupat platonike - simbole të atomeve të "elementeve" të lashtë (Wikipedia, autor: Maxim Pe)

Sa herë për të prerë?

Shfaqja e idesë së atomit u shoqërua me pyetjen: "A ka një fund për ndarjen e materies?". Për shembull, le të marrim një mollë me diametër 10 cm dhe një thikë dhe të fillojmë të presim frutat në feta. Së pari, në gjysmë, pastaj gjysmë mollë në dy pjesë të tjera (paralelisht me prerjen e mëparshme), etj. Pas disa herë, sigurisht, do të mbarojmë, por asgjë nuk na pengon të vazhdojmë eksperimentin në imagjinatën e një atomi? Një mijë, një milion, ndoshta më shumë?

Pasi të kemi ngrënë një mollë të prerë (e shijshme!), Le të fillojmë llogaritjet (ata që e njohin konceptin e një përparimi gjeometrik do të kenë më pak probleme). Ndarja e parë do të na japë gjysmën e frutave me trashësi 5 cm, prerja tjetër do të na japë një fetë me trashësi 2,5 cm, etj... 10 të rrahura! Prandaj, "rruga" drejt botës së atomeve nuk është e gjatë.

*) Përdorni një thikë me një teh pafundësisht të hollë. Në fakt, një objekt i tillë nuk ekziston, por meqenëse Albert Ajnshtajni në kërkimin e tij konsideronte trenat që lëviznin me shpejtësinë e dritës, ne gjithashtu na lejohet - për qëllime të një eksperimenti mendimi - të bëjmë supozimin e mësipërm.

Atomet platonike

Platoni, një nga mendjet më të mëdha të antikitetit, përshkroi atomet e të cilave elementet do të përbëheshin në dialogun Timachos. Këto formacione kishin formën e poliedrave të rregullt (ngurtë platonike). Pra, tetraedri ishte një atom zjarri (si më i vogli dhe më i paqëndrueshëm), oktaedri ishte një atom ajri dhe ikozaedri ishte një atom uji (të gjitha trupat e ngurtë kanë mure trekëndëshash barabrinjës). Një kub katrorësh është një atom i tokës, dhe një dodekaedron pesëkëndëshësh është një atom i një elementi ideal - eterit qiellor (8).