Атомная теория строения вещества
Сегодня даже младшие школьники слышали, что материя состоит из микроскопических частиц — атомов. Целые отрасли науки занимаются их изучением. А между тем на протяжении многих сотен лет существование атомов было лишь недоказуемой теорией.
Демокрит с ножом
Как-то древнегреческий философ Демокрит, живший в IV веке до нашей эры, задумался о том, из чего состоит материя. Он не проводил опытов или наблюдений, да и возможности такой у него не было — в то время не были изобретены даже простейшие физические приборы. И, тем не менее, путем рассуждений и умозаключений он пришел к выводам, которые подтвердились экспериментально через два тысячелетия.
А рассуждения его развивались следующим образом. Если взять любой материальный объект и разрезать его острым ножом на две части, потом каждую часть — еще на две и так далее, то в итоге останется крошечная частичка, которую разделить нельзя. Это и будет мельчайший элемент материи. Демокрит назвал его атомом, что в переводе с греческого означает «неделимый». И хотя современные научные представления об атомах ушли очень далеко от древнегреческих, название этой частицы осталось неизменным.
Теория Демокрита была подтверждена химиками в начале XIX века. В то время ученые научились расщеплять вещества при помощи химических методов. Они и обнаружили, что некоторые из компонентов не поддаются дальнейшему разделению. Например, можно разделить воду на водород и кислород, но дальше расщепить эти вещества на составляющие невозможно.
Выводы из этого факта сделал английский химик-самоучка Джон Дальтон. Он первым догадался, что каждое химическое вещество состоит из уникальных атомов или их соединений. Например, атом воды соединяет в себе два атома водорода и один атом кислорода — формула H2O. Эта формула будет правильной всегда, где бы вы ни взяли воду — в пруду, реке или чистейшем источнике.
Атомы долгое время считались цельными и неделимыми и соответствовали названию, придуманному Демокритом. Однако уже в конце XIX века стало очевидно, что атом состоит из более мелких элементов, а значит, не является неделимым.
«Лишь в общем мнении существует цвет, в мнении — сладкое, в мнении — горькое, в действительности же существуют только атомы и пустота» (Демокрит)
Атом как солнечная система
Джозеф Томсон — физик, открывший электрон, — представлял атом в виде кекса с изюмом, где «изюминки» — это отрицательно заряженные электроны, помещенные в положительно заряженное «тесто». Теперь мы считаем, что он был неправ, и на самом деле атом очень похож на Солнечную систему, где в центре, как Солнце, находится ядро, а вокруг него вращаются электроны, как планеты.
Эту систему, названную планетарной, открыл лауреат нобелевской премии Эрнест Резерфорд. Знаменитый опыт Резерфорда, положивший начало квантовой физике, заключался в следующем. Ученый построил «пушку», выстреливавшую сфокусированный поток быстрых частиц, на пути которого находился тончайший лист золотой фольги. Резерфорд хотел посмотреть, насколько будут отклоняться частицы, сталкиваясь с атомами золота. И обнаружил, что некоторые из них отклоняются на 180°. Это означало, что атом вовсе не такой плотный, как думали раньше. И что в его центре находится массивное образование, позже названное ядром. Оно и заставляет быстрые частицы отклоняться.
В результате этого опыта была создана та модель атома, которую мы все знаем: в центре находится плотное, положительно заряженное ядро, содержащее в себе основную массу, а вокруг него вращаются легкие, отрицательно заряженные электроны.