ВІДКРИТТЯ АТОМІВ В ХІМІЇ

Безумовно, хімія була і залишається важливою складовою частиною природознавства. Сучасні досягнення молекулярної біохімії нуклеїнових кислот і білків будуть розглядатися в нашому курсі пізніше. Зараз же торкнемося деяких фактів її початкового періоду, коли хімія ще була в стані преднаукі - алхімії.

У табл. 3 представлені сім планет, відомих в той час, і їх містичне значення. Звернемо увагу на ідейну основу побудови цієї таблиці алхіміками. Як видно з табл. 3, з планетами зіставлені рослини, відомі метали, органи чуття людини, а також його чесноти і вади. Фактично це означає, що неявно використовується принцип єдності і цілісності світу: людина тут пов'язаний з рослинним царством, царством металів, планетами і Сонцем.

Таблиця 3

Планети і пов'язані з ними властивості людини

Планета

почуття

дерево

метал

переваги

недоліки

сонце

розуміння

дуб

золото

Віра

Г Ординов

місяць

зір

горіх

срібло

Надія

заздрість

Меркурій

мова

Олива

ртуть

щедрість

скупість

Марс

дотик

Терн

Залізо

сила

гнів

Венера

смак

мирт

мідь

утримання

розпуста

Юпітер

нюх

береза

олово

справедливість

обжерливість

Сатурн

слух

сосна

свинець

розсудливість

лінь

Оскільки алхімічні знання були оповиті містикою і призначалися тільки присвяченим, були введені особливі знаки для позначення планет і пов'язаних з ними властивостей. Таким чином опинилися зафіксованими ті перші хімічні елементи, які були відомі в певну історичну епоху. Іншими словами, це була перша спроба створення тієї системи елементів, яку тепер ми знаємо як таблицю Менделєєва.

З розвитком алхімії з'ясувалося, що першоелементи Аристотеля є насправді складовими. Так, земля не є простим речовиною, в складі землі знаходять дорогоцінні камені (алмаз, бурштин, кришталь і т. Д.), Метали (золото, мідь, свинець і ін.), Інші речовини (вугілля, сірка, гіпс та ін. ). В повітрі так само виявлені водень, кисень, азот. Тому довелося змінити принцип позначення елементів і використовувати перші букви латинського алфавіту в їхніх назвах Ag, Сі, Аі і т. Д.

Поступово розробляються методи експериментального дослідження, в першу чергу - методи аналізу: точне зважування, витіснення газів у водному середовищі, осадження, розпилення, сублімація, змішення і т. П. Алхімія була емпіричної, рецептурної преднаука, але в міру розвитку методів досліджень, способів вимірювань і записи формул реакцій вона переходить в нову якість кількісної науки хімії.

Кількісна хімія пов'язана в першу чергу з ім'ям французького вченого (іноді використовують термін натураліста) Антуана де Лавуазьє (1743-1794). Їм була дана одна з перших таблиць відомих хімікам того часу простих речовин і сформульований закон збереження маси хімічних сполук, один з перших законів збереження в природознавстві. В епоху Французької революції він був обезголовлений, з приміткою у вироку: «Республіка не потребує вчених».

Пізніше Жозеф Луї Пруст (1754-1826) встановив закон сталості складу з'єднань (незалежність складу від шляху хімічного синтезу):

Маси двох елементів, що утворюють з'єднання, знаходяться в цілком певному целочисленном співвідношенні, характерному для реагують елементів і виникають елементів.

Дж. Дальтон (1766-1814), мабуть, першим зробив правильні висновки з цього закону. Сенс закону, по Дальтону, в тому, що є деякі мінімальні кількості речовин або елементів, менше яких в природі не буває.

Найменша кількість простого речовини, що зберігає свої специфічні фізичні та хімічні властивості, отримало назву атома. З'єднання, що створюються атомами, стали називати молекулами.

Таким чином, вже не на умоглядною, а на дослідній основі в природознавстві прийшли до ідеї, логічно сформульованої ще за 2000 років до Дальтона.

У 1811р. Авогадро виявив гіпотезу про рівну кількість молекул (або атомів, якщо це прості речовини) в однакових обсягах газів при однакових умовах. Це допомагає визначати зміст атомів в сполуках. Наприклад, експеримент показує, що при утворенні молекул води на два об'єми водню доводиться один об'єм кисню. Причому обсяг газу (пара) одержуваної в реакції води дорівнює обсягу кисню. Звідси випливає, що в кожній молекулі води є один атом кисню і два атоми водню.

Методом порівняння обсягів газів встановлено кількість атомів водню (а потім і кисню) в різних з'єднаннях. Наприклад, для водню експериментально встановлено такі співвідношення газів:

хлористий водень - 22,4 л;

вода - 1/2 від 22,4 л;

етиловий спирт -1/6 від 22,4 л.

Це означає, що в першому з'єднанні міститься один атом водню, у другому - два, так як потрібно 1/2 об'єму, в третьому-шість.

Стало можливим порівняння кількостей і інших елементів, вводиться одиниця речовини моль. В кінцевому рахунку встановлюється значення числа Авогадро. Вимірювання товщини плівки масла на воді дозволили оцінити розміри молекул. Вони виявилися дуже малими, близько 10 9 м. Окремі об'єкти таких розмірів зір людини розрізнити нс може.

Але не видимі оком молекули й атоми стають, гем не менше, реальними об'єктами для природознавства. Виявляються відомими чисельні значення маси атомів і молекул, їх геометричні розміри і здатність вступати в з'єднання (валентність).

Спільними зусиллями фізиків і хіміків виявлено чинники, що впливають на реакційну здатність речовин:

  • • концентрація (закон діючих мас);
  • • температура (правило Вант-Гоффа);
  • • енергія активації (енергетичний бар'єр реакції);
  • • каталізатори;
  • • спрямованість до встановлення рівноваги (принцип Ле Шаге- льє-Брауна).

Таким чином, ми можемо говорити про два способи відкриття атомів:

  • • теоретичним методом логічних міркувань (якісного аналізу) в античну епоху;
  • • емпіричним методом кількісних вимірів і постановки експерименту в чітко визначених умовах (природознавство Нового часу).

В подальшому розвитку природознавства цей історичний хід подій відкриття нового буде прискорюватися, при збереженні єдності теоретичного та емпіричного методів дослідження. Немає сенсу сперечатися, який з двох шляхів в науці важливіше, вони мають свої області застосування. У багатьох випадках теоретичний аналіз випереджає постановку експериментів, як це трапилося і з відкриттям атомів. Наприклад, в сучасному природознавстві кварки були спочатку «відкриті» в теоретичних побудовах і тільки потім в експериментах. В наші дні очікується проведення експериментів на адронному колайдері для пошуку теоретично передбачених бозонів Хігса і т. Д. З іншого боку, розвиток теорії часто стимулюється відкриттям (іноді ненавмисним) нових ефектів, наприклад розпаду ядер атома (радіоактивності), відкриття рентгенівських променів або променів Крукса (К-променів).

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >