Атомная теория строения вещества

Материя состоит из атомов.

Слово «атом» — греческого происхождения, и переводится оно «неделимый». Принято считать, что первым идею о том, что кажущаяся гладкой и непрерывной материя на самом деле состоит из великого множества мельчайших и потому невидимых частиц, выдвинул древнегреческий философ Демокрит (чей «расцвет», согласно восхитительному по образности выражению классиков, пришелся на V век до н. э.). О жизни Демокрита нам, однако, практически ничего неизвестно, и оригинальные труды этого мыслителя до наших дней не дошли. Поэтому об идеях Демокрита остается судить в основном по цитатам из его работ, которые мы находим у других авторов, прежде всего у Аристотеля.

Логика рассуждений Демокрита, если перевести ее на современный язык, была крайне проста. Представим, говорил он, что у нас есть самый острый в мире нож. Берем первый попавшийся под руку материальный объект и разрезаем его пополам, затем одну из получившихся половинок также разрезаем пополам, затем разрезаем пополам одну из получившихся четвертинок и так далее. Рано или поздно, утверждал он (основываясь, как и все древнегреческие мыслители, прежде всего на философских соображениях), мы получим частицу столь мелкую, что дальнейшему делению на две она не поддается. Это и будет неделимый атом материи.

По представлениям Демокрита атомы были вечными, неизменными и неделимыми. Изменения во Вселенной происходили исключительно из-за изменений в связях между атомами, но не в них самих. Тем самым он тонко обошел давнишний спор древнегреческих философов о том, подвержена ли переменам сама суть видимого мира или все перемены в нем носят чисто внешний характер.

От древнегреческих представлений об атоме на сегодняшний день сохранилось разве что само слово «атом». Теперь мы знаем, что атом состоит из более фундаментальных частиц (см. Элементарные частицы). Ясно, что между древнегреческой теорией и современными научными исследованиями мало общего: идеи Демокрита не основывались ни на каких наблюдениях или практических опытах. Демокрит, подобно всем натурфилософам античности, просто рассуждал и делал умозрительные заключения относительно природы мира.

Тем не менее труды Демокрита не остались без признания и в современном мире. На последней греческой монете достоинством 10 драхм (теперь она выведена из обращения и заменена евро) на лицевой стороне изображен портрет Демокрита, а на оборотной — схематическая модель атома. Я весьма признателен своему другу Гансу фон Байеру, обратившему мое внимание на то, что на монете изображен атом с тремя электронами — стало быть, это атом лития. Демокрита называли «смеющимся философом» (похоже, он обладал несвойственным другим античным философам чувством юмора). Не потому ли на монете, увековечивающей его память, изображен именно атом лития — химического элемента, который теперь широко используется для лечения депрессии?

Идея об атомном строении материи так и оставалась чисто философским умопостроением вплоть до начала XIX века, когда сформировались основы химии как науки. Химики первыми и обнаружили, что многие вещества в процессе реакций распадаются на более простые компоненты. Например, вода распадается на водород и кислород. Однако некоторые вещества — те же водород и кислород — разложению на составляющие при помощи химических реакций не поддаются. Такие вещества назвали химическими элементами. К началу XIX века было известно около 30 химических элементов (на момент написания этой статьи их открыто более 110, включая искусственно полученные в лабораторных условиях; см. Периодическая система). Кроме того, было установлено, что в процессе химических реакций количественное соотношение веществ, участвующих в данной реакции, не изменяется. Так, для получения воды неизменно берутся восемь массовых долей кислорода и одна доля водорода (см. Закон Авогадро).

Первым осмысленную интерпретацию этих фактов предложил Джон Дальтон, чьё имя увековечено в открытом им законе Дальтона. В своих химических опытах он исследовал поведение газов (см. Закон Бойля—Мариотта, Закон Шарля и Основной закон термодинамики), но этим круг его интересов не ограничивался. В 1808 году он приступил к публикации своего фундаментального двухтомного труда «Новая система химической философии», радикально повлиявшего на дальнейшее развитие химии. В этой работе Дальтон предположил, что осмыслить и интерпретировать последние достижения экспериментальной химии можно только приняв, что каждому химическому элементу в этих опытах соответствует уникальный для него атом, и что именно смешение и объединение в различных пропорциях этих атомов приводит к образованию наблюдаемых в природе химических веществ. Например, вода, по Дальтону, состоит из сочетания двух атомов водорода и одного атома кислорода (общеизвестная формула H2O). Тот факт, что все атомы одного вида неразличимы между собой, удачно объяснял, почему при химических реакциях они всегда обнаруживаются в неизменных пропорциях. Так, в случае с водой, два атома водорода всегда одни и те же, где бы мы ни взяли эту воду, и всегда находятся в одной и той же связи с единственным атомом кислорода.

Для Дальтона, как и для Демокрита, атомы оставались неделимыми. В черновиках и книгах Дальтона мы находим рисунки, где атомы представлены в виде шариков. Однако основное положение его работы — что каждому химическому элементу соответствует особый тип атома — легло в основу всей современной химии. Этот факт остается непреложным и теперь, когда мы знаем, что каждый атом сам по себе является сложной структурой (см. Опыт Резерфорда) и состоит из тяжелого, положительно заряженного ядра и легких, отрицательно заряженных электронов, вращающихся по орбитам вокруг ядра. Достаточно обратиться к сложностям квантовой механики (см. также Атом Бора и Уравнение Шрёдингера), чтобы понять, что концепция атома не исчерпала себя и в XXI веке.

Неплохо, однако, для идеи, зародившейся в философских спорах 2500 лет назад!

См. также:
Механическая теория теплоты
Закон Дальтона
Броуновское движение
Закон Грэма
Постоянная Больцмана
Элементарные частицы
Фотоэлектрический эффект
Электронная теория проводимости
Опыт Резерфорда
Атом Бора
Правило октета
Зонная теория проводимости твердых тел

13
Показать комментарии (13)
Свернуть комментарии (13)

  • MaФФФечка  | 28.04.2006 | 14:12 Ответить
    Помогите мне найти Строение вещества
    Ответить
  • Science-lover  | 12.04.2007 | 15:31 Ответить
    На древесном стволе в цветущем городском парке приклеена бумага с объявлением о продаже квартиры, сия бумага состоит из молекул, а молекулы те самые состоят из атомов, а вот атомы состоят из частиц!ПАУЗА!СТУПОР! И продолжаем дальше, - частицы состоят из микрочастиц. Микрочастицы состоят из супермикрочастиц. Супермикрочастицы состоят из Субсупермикрочастиц. А субсупермикрочастицы состоят из бесконечных Вселенных и в одной из них неведомо куда несется маленькая спиральная галактика, а в ней небольшая желтая звезда с восемью планетами и одним большим астероидом. На одной из планет стоит город, в нем городской парк, в парке дерево, а на его стволе приклеена бумага с объявлением о продаже квартиры, сия бумага состоит из.........
    Голословно... зато красиво! Извините за повтор...
    Ответить
  • dpi  | 13.08.2007 | 13:13 Ответить
    Подзаголовок попахивает профанацией.
    1. Из атомов состоят молекулы, а не материя. Из молекул обычно состоит газ.
    2. Строение жидкостей более загадочно. Вероятно, они состоят из конгломератов молекул с некими полостями. Например, вода. Возможно, некоторые жидкости (Hg, например, или другие расплавленные металлы) состоят из отдельных атомарных молекул.
    3. Кристаллы и твердые тела (конгломераты кристаллов) состоят из ионов, а не атомов.
    4. Из чего состоит та среда, в которой распространяются электромагнитные волны (например, в физическом вакууме между Солнцем и Землей), я не знаю. Но могу сказать однозначно - 100%-но не из тех частиц, которые сегодня принято называть атомами.
    А как экскурс в историю развития теоретической физики статья мне понравилась
    Ответить
  • ALF-RED  | 27.09.2007 | 10:33 Ответить
    А ведь Демокрит был гением!
    "...атом неделим..." и "...изменяются лишь связь...".
    Может речь о кварках и глюонной связи? ;-)
    Простим Великого что он не особо разбирался в терминах Квантовой физики :-)
    Ответить
  • ALF-RED  | 27.09.2007 | 10:34 Ответить
    А ведь Демокрит был гением!
    "...атом неделим..." и "...изменяются лишь связь...".
    Может речь о кварках и глюонной связи? ;-)
    Простим Великого что он не особо разбирался в терминах Квантовой физики :-)
    Ответить
  • Liartar  | 29.01.2009 | 02:09 Ответить
    "Так, для получения воды неизменно берутся восемь массовых долей кислорода и одна доля водорода"

    Наоборот по-моему, нет? )
    Ответить
    • a_b > Liartar | 17.11.2009 | 22:20 Ответить
      Нет.
      Ответить
  • evgeniy yakubovski  | 07.04.2009 | 20:40 Ответить
    Изучаю свойства вакуума. Его энергия определяется нулевыми колебаниями гармонических осциляторов (см. квантовая теория поля) плюс отрицательная энергия, связанная с уравнением состояния p=-dc^2, где d плотность вакуума, c -скорость света. Вакуум имеет конечную плотность, которая равна 10^(-29)г/см^3. Каждая из этих энергий стремится при интегрировании по пространству к бесконечности. Но сумма конечна. Вакуум имеет мнимую кинематическую вязкость, равную ih/m где h постоянная планка, m масса электрона. Зная кинематическую вязкость и скорость распространения возмущения, скорость света, можно определить длину свободного пробега. Она оказалась равна радиусу электронных орбит. Определен по длине свободного пробега квадрат размера элементарной частицы, из которых состоит вакуум, умноженный на концентрацию этих частиц. Делается предположение о концентрации этих частиц, по одной на размер Планка. Это естественное предположение о концентрации. Ведь размер Планка, состоит из констант, описывающих свойство вакуума. Отсюда можно определить размер частицы и ее массу. Она оказалась равной 10^(-128)г, при радиусе 10^(-45) cм. Причем доля объема, занимаемого этими частицами ничтожна. Т.е. вакуум очень разряжен.
    Его уравнение неустойчиво, при увеличении плотности она стремится расти, в силу знака минус в уравнении состояния. Значит, возможно за счет вакуума образование физических тел. Сейчас наблюдается плотность, которая в силу разреженности вакуума конечна, несмотря на уравнение состояния. Вакуум не имеет заряда. Вот пожалуй и все.
    Ответить
  • evgeniy yakubovski  | 10.04.2009 | 17:41 Ответить
    Дополняю изложенное выше. Скорость света это среднеквадратичная скорость частиц, из которых состоит вакуум. При этом для этих величин справедливо, что действительная часть, это среднее от решения, а мнимая часть это математическое отклонение при усреднении по начальным данным. Так вот скорость света мнимая, так как скорость света, это среднеквадратичное отклонение. Этот факт был не известен, но тем не менее все уравнения построены таким образом, как если бы скорость света была мнимая. При этом наше пространство трехмерное, но складывая компоненты скорости света со средней скоростью (скоростью тела), возводя в квадрат и суммируя по компонентам и по частицам, деля на количество частиц, получим квадрат скорости света со знаком минус, и квадрат скорости. Т.е. получим метрический интервал специальной теории относительности. Значит наше пространство существенно трехмерно, просто происходит сложение скоростей, одна из которых мнимая. При этом в размере микрочастиц и макрочастиц, наше пространство, это пространство Лобачевского, а на уровне частиц вакуума, трехмерное Евклидовое. Причем из свойств частиц вакуума следует преобразование Лоренца. Т.е. объяснено преобразование Лоренца, как свойство разреженного мельчайшего пространства Евклида.
    Ответить
  • nookosmizm  | 07.06.2011 | 22:48 Ответить
    Атомы состоят из квантов электромагнитных волн и никаких протонов, нейтронов, электронов там нет. Всё это лишь предположения Н. Бора. Протоны, нейтроны, электроны и прочие элементарные частицы образуются в результате ядерного распада атомов на электромагнитные волны, из которых формируют электроны, протоны, нейтроны и прочие элементарные частицы.
    Ответить
  • НЕПОСТИЖИМЫЙ  | 26.06.2012 | 00:57 Ответить
    Все понимаю,но за чем так обесценивать основоположника атомной физики?
    Монета вышла из обращения,лечение депрессии.... А что если это именно он вызвал сильный интерес,у следующих поколений к атому????
    Может если не он,то в наше время святая церковь ловила бы "отступников-атомщиков"?
    А может он узнал правду о атоме иным,более легким путем,но не смог ничего обьяснить,менее сообразительным"товарищам"????
    И закончилось все на остром ноже и кусочках!
    Хотя вы правы,Греки так ненавидят своего философа,что изготовили монетку с антидеприсантом. Наверное за то,что его словом назвали оружие,способное уничтожить на Земле все живое!!!
    Ответить
  • Филатов  | 23.02.2014 | 11:03 Ответить
    Материя заполняет всё пространство и имеет различную плотность. В частицах большую потому что материя в них находится в движении в виде вихрей, а в вихре при плотности материи отличной от окружающей, давление примерно такое же и по этому он может существовать продолжительное время, с течением времени разрушаясь. Элементарные частицы - набор вихрей. Вокруг протона возникает вторичный вихрь который взаимодействует с вторичным вихрем вокруг электрона и по этому электрон не приближается к протону пока плотность на границе этих вихрей не меняется. Фотон вылетает при изменении плотности и давления в окружающей среде имея объём и плотность при которой вихрь может отделиться и существовать. Элементарные частицы, чтобы существовать продолжительное время, экранируются другими частицами через промежуточные вихри. Такая система всё равно постепенно разрушается.
    Ответить
    • роткив > Филатов | 22.06.2014 | 23:06 Ответить
      осталось понять только, как возникают вихри и по каким показателям их классифицировать в материальность. извините,какая муть для меня. вы так я понимаю,состоите из различных вихрей,а в совокупности их согласованности вращений между собой, должно все выделиться во что-то единое целое, то есть вы человек-вихрь. шутка,может я действительно ни хрена не понимаю ничего.
      Ответить
Написать комментарий

около 420 г. до н.э.
Атомная теория строения вещества
1662
1787
1811
1834
1849
Образ основоположника атомистической теории Демокрита увековечен на монете достоинством 10 драхм
Незадолго до того, как ее валюта была вытеснена евро, Греция увековечила образ основоположника атомистической теории Демокрита на монете достоинством 10 драхм
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»