Концепція атомізму й елементарні частки. Пізнання речовин і хімічні системи
Информация - Биология
Другие материалы по предмету Биология
Концепція атомізму й елементарні частки. Пізнання речовин і
хімічні системи
Уявлення про неподільні дрібні частки матерії, що виникло ще в далекій давнині, супроводжувало розвиток поглядів на природу протягом всієї їхньої історії. Уперше поняття про атом як останній і неподільній частці тіла виникло в античній Греції в рамках натурфілософського навчання школи Демокрита, відповідно до якого у світі існують тільки атоми, які рухаються в порожнечі. Різні комбінації атомів утворюють найрізноманітніші видимі тіла. Звичайно, ця гіпотеза не ґрунтувалася на яких-небудь емпіричних даних і була лише геніальним здогадом, але проте вона визначила на сторіччя вперед весь подальший розвиток природознавства. І хоча зараз ми знаємо, що атом зовсім не є останньою й неподільною часткою матерії й має складну будову, все-таки тенденція до пошуку останніх елементарних часток, з яких побудоване вся світобудова, продовжує існувати в нових формах атомістичної концепції.
Ця концепція, як ми вже відзначали вище, безсумнівно має величезні можливості для пояснення властивостей складних систем за допомогою властивостей більше простих елементів і часток. Однак таке пояснення досягається, як легко помітити, за допомогою редукції, т. е відомості складного до простого, і тому важко погодитися з ідеєю, що все різноманіття складного і якісно різноманітного миру може бути зведене до деяких властивостей невеликого числа простих, елементарних часток.
Революція в природознавстві й виникнення вчення про будову
атома
Гіпотеза про атоми як неподільних частках речовини була відроджена в природознавстві й насамперед у фізику й хімії для пояснення таких емпіричних законів, як закони Бойля-Маріота й Гей-Люссака для ідеальних газів, теплового розширення тіл і різних хімічних законів. Справді, закон Бойля - Маріотта затверджує, що обєм газу дорівнюється пропорційно його тиску, але не пояснює чому. Аналогічно цьому при нагріванні тіла його розміри збільшуються, але емпіричний закон теплового розширення не пояснює причину такого розширення.
Очевидно, що для такого пояснення необхідно вийти за рамки спостережуваних залежностей, які виражаються в емпіричних законах, і звернутися до теоретичних гіпотез і законів. На відміну від емпіричних законів вони містять поняття й величини, що ставляться до неспостережуваних обєктів. Саме такими обєктами є атоми, а також утворені з них молекули. За допомогою атомів і молекул у кінетичній теорії речовини переконливо пояснюються всі перераховані й інші відомі емпіричні закони. Дійсно, щоб відповістити на запитання: чому обєм газу збільшується вдвічі, коли його тиск зменшується на стільки ж, ми уявляємо собі газ, що складається з величезного числа атомів або молекул, що рухаються безладно в різних напрямках і з різною швидкістю. Безпосередньо спостережуване й вимірюване зменшення тиск газу ми витлумачуємо як збільшення вільного пробігу тридцятилітніх його атомів і молекул, внаслідок чого зростає обєм, займаний газом. Аналогічно цьому розширення тіл при нагріванні пояснюють зростанням середньої швидкості молекул, що рухаються.
Таким чином, властивості спостережуваних нами тіл і законів їхнього поводження ми пояснюємо за допомогою простих властивостей невидимих атомів і молекул. При цьому властивості більше складних утворень, якими є молекули, пояснюються також за допомогою атомів, так що атоми виявляються останніми, далі нерозкладними частками речовини, а точніше, хімічних елементів. Тому атом у хімії звичайно визначають як найменшу частину або одиницю хімічного елемента.
Пояснення, при яких властивості складних речовин або тіл намагаються звести до властивостей більше простих їхніх елементів або складових частин, називають редукціонистськими. Такий спосіб аналізу сприяв великому прогресу в розвитку природознавства. З його допомогою вдалося пояснити не тільки властивості численних тіл і явищ, але й емпіричних законів, які управляють ними.
Однак спроба відомості всіх різноманітних і складних властивостей і закономірностей тіл і явищ навколишнього світу до більше простого навряд чи могла вважатися успішної, хоча б тому, що на кожному рівні пізнання розкривалися нові границі й перебували нові неподільні останні частки матерії. Аж до кінця минулого століття такою часткою вважався атом, але найбільші відкриття у фізику привели до відмови від такої точки зору. Серед цих відкриттів слід зазначити, по-перше, виявлення явищ природної радіоактивності таких хімічних елементів, як радій і уран. Виявилося, що ці елементи в природних умовах випускають специфічні радіоактивні промені й у результаті перетворюються в інші хімічні елементи, а в остаточному підсумку - у свинець. Саме так витлумачили радіоактивні перетворення англійські фізики Ернест Резерфорд (1871-1937) і Фредерик Содді (1877-1956). Звідси безпосередньо випливало, що атоми зовсім не є незмінними, неподільними й останніми цеглинками світобудови. Незабаром після радіоактивності була відкрита дрібна частка електрики - електрон. В 1913 р. Э. Резерфорд, досліджуючи розсіювання а-часток атомами важких елементів, показав, що основна частина маси атома зосереджена в його центральній частині - ядрі, тому що від нього х-частки проходять безперешкодно. Ґрунтуючись на цих експериментах, він запропонував планетарну модель атома, відповідно до якої навколо масивного ядра обертаються по своїх орбітах негативно заряджені ел