Çağlar boyunca bir atomla - bölüm 1

Geçen yüzyıla genellikle "atom çağı" denir. O çok uzak olmayan zamanda, etrafımızdaki dünyayı oluşturan “tuğlaların” varlığı nihayet kanıtlandı ve içlerinde uyuyan güçler serbest bırakıldı. Bununla birlikte, atom fikrinin kendisi çok uzun bir tarihe sahiptir ve maddenin yapısının bilgisi tarihinin hikayesi, antik çağa atıfta bulunan kelimelerden başka bir şekilde başlatılamaz.

1. Raphael'in Platon'u (sağda, filozof Leonardo da Vinci'nin özelliklerine sahip) ve Aristoteles'i tasvir eden "Atina Okulu" freskinin bir parçası

"Zaten eski..."

… filozoflar, tüm doğanın algılanamayacak kadar küçük parçacıklardan oluştuğu sonucuna vardılar. Tabii o zamanlar (ve ondan sonra uzun bir süre) bilim adamlarının varsayımlarını test etme fırsatı yoktu. Onlar sadece doğanın gözlemlerini açıklama ve şu soruyu cevaplama girişimiydi: "Madde süresiz olarak bozunabilir mi, yoksa fisyonun bir sonu var mı?«

Çeşitli kültürel çevrelerde (esas olarak eski Hindistan'da) cevaplar verildi, ancak bilimin gelişimi Yunan filozoflarının çalışmalarından etkilendi. "Genç Teknisyen"in geçen yılki tatil sayılarında okuyucular, Antik Yunanistan'da da başlayan elementlerin keşfinin asırlık tarihi ("Elementlerle Tehlikeler", MT 7-9/2014) hakkında bilgi edindiler. MÖ XNUMX. yüzyılda, maddenin (element, element) inşa edildiği ana bileşen çeşitli maddelerde arandı: su (Thales), hava (Anaximenes), ateş (Herakleitos) veya toprak (Ksenophanes).

Empedokles, maddenin bir değil dört unsurdan oluştuğunu ilan ederek hepsini uzlaştırdı. Aristoteles (MÖ 1. yüzyıl) başka bir ideal madde ekledi - tüm evreni dolduran eter ve elementlerin dönüşüm olasılığını ilan etti. Öte yandan, evrenin merkezinde yer alan Dünya, her zaman değişmeyen gökyüzü tarafından gözlemlendi. Aristoteles'in otoritesi sayesinde, maddenin ve bütünün yapısı hakkındaki bu teori iki bin yıldan fazla bir süre doğru kabul edildi. Diğer şeylerin yanı sıra simyanın ve dolayısıyla kimyanın kendisinin gelişiminin temeli oldu (XNUMX).

2. Abderalı Demokritos Büstü (MÖ 460-370)

Bununla birlikte, paralel olarak başka bir hipotez de geliştirildi. Leucippus (MÖ XNUMX. yy), maddenin şunlardan oluştuğuna inanıyordu: çok küçük parçacıklar boşlukta hareket ediyor. Filozofun görüşleri öğrencisi Abderalı Demokritos (yaklaşık MÖ 460-370) (2) tarafından geliştirildi. Maddeyi oluşturan "bloklara" atom adını verdi (Yunanca atomos = bölünmez). Onların bölünmez ve değişmez olduklarını ve evrendeki sayılarının sabit olduğunu savundu. Atomlar boşlukta hareket eder.

Ne zaman atomlar (bir kanca ve göz sistemi ile) bağlanırlar - her türlü beden oluşur ve birbirlerinden ayrıldıklarında - bedenler yok edilir. Demokritos, şekil ve boyut bakımından farklılık gösteren sonsuz sayıda atom türü olduğuna inanıyordu. Bir maddenin özelliklerini atomların özellikleri belirler, örneğin tatlı bal pürüzsüz atomlardan, ekşi sirke köşeli atomlardan oluşur; beyaz cisimler pürüzsüz atomları oluşturur ve siyah cisimler pürüzlü bir yüzeye sahip atomları oluşturur.

Bir malzemenin birleştirilme şekli aynı zamanda maddenin özelliklerini de etkiler: katılarda atomlar birbirine sıkıca bitişiktir ve yumuşak cisimlerde gevşek olarak bulunurlar. Demokritos'un görüşlerinin özü şu sözdür: "Aslında sadece boşluk ve atomlar vardır, geri kalan her şey bir yanılsamadır."

Daha sonraki yüzyıllarda, Demokritos'un görüşleri ardışık filozoflar tarafından geliştirildi, Platon'un yazılarında da bazı referanslar bulundu. Epikuros - haleflerinden biri - buna bile inanıyordu. atomlar daha da küçük bileşenlerden ("temel parçacıklar") oluşurlar. Bununla birlikte, maddenin yapısının atomistik teorisi, Aristoteles'in unsurlarına kaybetti. Anahtar -zaten o zaman- deneyimde bulundu. Atomların varlığını doğrulamak için araçlar bulunana kadar elementlerin dönüşümleri kolayca gözlemlendi.

Örneğin: su ısıtıldığında (soğuk ve ıslak element), hava elde edildi (sıcak ve ıslak buhar) ve kabın dibinde toprak kaldı (suda çözünen maddelerin soğuk ve kuru çökelmesi). Eksik özellikler - sıcaklık ve kuruluk - gemiyi ısıtan ateş tarafından sağlandı.

değişmezlik ve sabit atom sayısı XNUMX. yüzyıla kadar mikropların "yoktan" ortaya çıktığı düşünüldüğü için gözlemlerle de çelişiyorlardı. Demokritos'un görüşleri, metallerin dönüşümü ile ilgili simya deneyleri için herhangi bir temel sağlamadı. Sonsuz çeşitlilikteki atomları hayal etmek ve incelemek de zordu. Temel teori çok daha basit görünüyordu ve çevreleyen dünyayı daha ikna edici bir şekilde açıkladı.

3. Robert Boyle'un (1627-1691) portresi, J. Kerseboom tarafından.

Güz ve yeniden doğuş

Yüzyıllar boyunca atom teorisi ana akım bilimden ayrı durdu. Ancak, sonunda ölmedi, fikirleri hayatta kaldı ve Avrupalı ​​bilim adamlarına eski yazıların Arapça felsefi çevirileri şeklinde ulaştı. İnsan bilgisinin gelişmesiyle birlikte Aristoteles'in teorisinin temelleri parçalanmaya başladı. Nicolaus Copernicus'un güneş merkezli sistemi, hiçbir yerden ortaya çıkan süpernovaların (Tycho de Brache) ilk gözlemleri, gezegenlerin (Johannes Kepler) ve Jüpiter'in (Galileo) uydularının hareket yasalarının keşfi, on altıncı ve on yedinci yüzyılda olduğu anlamına geliyordu. Yüzyıllar, insanlar dünyanın başlangıcından bu yana değişmeden gökyüzünün altında yaşamayı bıraktılar. Yeryüzünde de Aristoteles'in görüşlerinin sonu geldi.

Simyacıların asırlık girişimleri beklenen sonuçları getirmedi - sıradan metalleri altına çeviremediler. Gittikçe daha fazla bilim adamı elementlerin varlığını sorguladı ve Demokritos'un teorisini hatırladı.

4. Magdeburg yarım küreleriyle yapılan 1654 deneyi, vakum ve atmosferik basıncın varlığını kanıtladı (16 at, havanın dışarı pompalandığı komşu yarım küreleri kıramaz!)

1661'de Robert Boyle, kimyasal bir elementin kimyasal analizle bileşenlerine ayrılamayan bir madde olarak pratik bir tanımını yaptı (3). Maddenin, şekil ve boyut olarak farklı olan küçük, katı ve bölünemez parçacıklardan oluştuğuna inanıyordu. Birleşerek, maddeyi oluşturan kimyasal bileşiklerin moleküllerini oluştururlar.

Boyle, bu küçük parçacıklara parçacıklar veya "parçacıklar" (Latince corpus = vücut kelimesinin küçüğü) adını verdi. Boyle'un görüşleri kuşkusuz vakum pompasının icadından (Otto von Guericke, 1650) ve havayı sıkıştırmak için pistonlu pompaların geliştirilmesinden etkilenmiştir. Bir boşluğun varlığı ve hava parçacıkları arasındaki mesafeyi (sıkıştırmanın bir sonucu olarak) değiştirme olasılığı, Demokritus teorisi lehine tanıklık etti (4).

Zamanın en büyük bilim adamı Sir Isaac Newton aynı zamanda bir atom bilimciydi. (5). Boyle'un görüşlerine dayanarak, vücudun daha büyük oluşumlara kaynaşması hakkında bir hipotez öne sürdü. Eski delik ve kanca sistemi yerine, bunların bağlanması - başka nasıl - yerçekimi ile yapıldı.

5. Sir Isaac Newton'un (1642-1727) portresi, G. Kneller tarafından.

Böylece Newton, tüm Evrendeki etkileşimleri birleştirdi - bir kuvvet hem gezegenlerin hareketini hem de maddenin en küçük bileşenlerinin yapısını kontrol etti. Bilim adamı ışığın da cisimciklerden oluştuğuna inanıyordu.

Bugün onun "yarı haklı" olduğunu biliyoruz - radyasyon ve madde arasındaki sayısız etkileşim, fotonların akışıyla açıklanıyor.

Kimya devreye giriyor

Neredeyse XNUMX. yüzyılın sonuna kadar atomlar fizikçilerin ayrıcalığıydı. Bununla birlikte, maddenin tanecikli yapısı fikrini genel olarak kabul ettiren Antoine Lavoisier tarafından başlatılan kimyasal devrimdi.

Su ve hava gibi antik elementlerin karmaşık yapısının keşfi, sonunda Aristoteles'in teorisini çürüttü. XNUMX. yüzyılın sonunda, kütlenin korunumu yasası ve elementlerin dönüşümünün imkansız olduğu inancı da itirazlara yol açmadı. Teraziler kimya laboratuvarında standart ekipman haline geldi.

6. John Dalton (1766-1844)

Kullanımı sayesinde, elementlerin birbirleriyle birleşerek sabit kütle oranlarında (kökenlerine - doğal veya yapay olarak elde edilmiş - ve sentez yöntemine bakılmaksızın) belirli kimyasal bileşikler oluşturduğu fark edildi.

Maddenin tek bir bütünü oluşturan bölünmez parçalardan oluştuğunu varsayarsak, bu gözlem kolayca açıklanabilir hale gelir. atomlar. Modern atom teorisinin yaratıcısı John Dalton (1766-1844) (6) bu yolu izlemiştir. 1808'de bir bilim adamı şunları söyledi:

1. Atomlar yok edilemez ve değişmezdir (bu, elbette, simya dönüşümlerinin olasılığını ortadan kaldırır).
2. Bütün maddeler bölünmez atomlardan oluşur.
3. Belirli bir elementin tüm atomları aynıdır, yani aynı şekle, kütleye ve özelliklere sahiptirler. Ancak, farklı elementler farklı atomlardan oluşur.
4. Kimyasal reaksiyonlarda, yalnızca belirli oranlarda (7) kimyasal bileşiklerin moleküllerinin oluşturulduğu atomları birleştirme yolu değişir.

Yine kimyasal değişimlerin seyrini gözlemlemeye dayanan bir diğer keşif, İtalyan fizikçi Amadeo Avogadro'nun hipoteziydi. Bilim adamı, aynı koşullar (basınç ve sıcaklık) altında eşit hacimde gazların aynı sayıda molekül içerdiği sonucuna vardı. Bu keşif, birçok kimyasal bileşiğin formüllerini oluşturmayı ve kütlelerini belirlemeyi mümkün kıldı. atomlar.

7. Dalton tarafından kullanılan atom sembolleri (New System of Chemical Philosophy, 1808)

8. Platonik katılar - eski "elementlerin" atomlarının sembolleri (Wikipedia, yazar: Maxim Pe)

Kaç kez kesmeli?

Atom fikrinin ortaya çıkışı şu soruyla ilişkilendirildi: "Maddenin bölünmesinin bir sonu var mı?". Örneğin 10 cm çapında bir elma ve bir bıçak alalım ve meyveyi dilimlemeye başlayalım. Önce ikiye, sonra yarım elma iki parçaya daha (önceki kesime paralel) vb. Birkaç kez sonra elbette bitireceğiz, ama hiçbir şey bir atomun hayalinde deneyi sürdürmemize engel değil mi? Bin, bir milyon, belki daha fazla?

Dilimlenmiş bir elmayı (lezzetli!) yedikten sonra hesaplamalara başlayalım (geometrik ilerleme kavramını bilenler daha az sorun yaşarlar). İlk bölme bize 5 cm kalınlığında meyvenin yarısını verecek, sonraki kesim bize 2,5 cm kalınlığında bir dilim verecek vb. ... 10 tane dövülmüş! Bu nedenle, atom dünyasına giden "yol" uzun değildir.

*) Sonsuz ince uçlu bir bıçak kullanın. Aslında böyle bir nesne yoktur, ancak Albert Einstein araştırmasında ışık hızında hareket eden trenleri dikkate aldığından, bizim de - bir düşünce deneyi amacıyla - yukarıdaki varsayımı yapmamıza izin verilir.

platonik atomlar

Antik çağın en büyük akıllarından biri olan Plato, Timachos diyaloğunda elementlerin oluşturulacağı atomları tarif etmiştir. Bu oluşumlar düzenli çokyüzlüler (Platonik katılar) biçimindeydi. Böylece, tetrahedron bir ateş atomuydu (en küçük ve en uçucu olarak), oktahedron bir hava atomuydu ve ikosahedron bir su atomuydu (tüm katıların duvarları eşkenar üçgenlerden oluşur). Bir kare küp, dünyanın bir atomudur ve beşgenlerden oluşan bir oniki yüzlü, ideal bir elementin atomudur - göksel eter (8).