Реальність атомів і молекул - знаєш як

Реальність атомів і молекул. Атомно-молекулярне вчених-ня мало величезне значення для хімії, яка завдяки йому стала швидко розвиватися і в короткий час досягла виблискуючи-щих успіхів.

Енергетичне вчення Оствальда було однією з різно-видність ідеалістичних філософських течій, спрямованих проти матеріалізму в науці. Відриваючи енергію, т. Е. Рух від матерії, допускаючи існування нематеріального руху, послідовники Оствальда тим самим мовчазно визнавав, що наша свідомість, думка, відчуття існують самостійно, як щось первинне, не пов'язане з матерією. Хімічні еле-менти колись розглядали не як певні речовини. а як різні форми хімічної енергії.

Реакційна суть вчення Оствальда була блискуче розкрита В. І. Леніним в його праці «Матеріалізм і емпіріокрі-тіцізм». У гл. V цієї праці, кажучи про зв'язок філософського идеа-лизма з деякими новими течіями в фізиці, Ленін остана-вливається і на «філософії» Оствальда, доводить всю її неспроможність і неминучість її поразки в боротьбі з мате-ріалізмом.

«... спроба мислити рух без матерії, - пише Ленін, - протягує думку, відірвану від матерії, а це і є фило--софскіе ідеалізм».

Ленін не тільки повністю розкрив ідеалістичну основу Оствальдовскіх міркувань, але і показав містяться в них внутрішні протиріччя. Висуваючи філософську ідею про суще-ня руху без матерії, Оствальд відкидає об'єктив-ве існування матерії, але в той же час як фізико-хімік сам на кожному кроці трактує енергію матеріалістично, опи-раясь на закон збереження і перетворення енергії. «Перетворена-ня енергії, - констатує Ленін, - розглядається єство-знанням як об'єктивний процес, незалежний від свідомості людино і від досвіду людства, т. Е. Розглядається ма-лістіческіх. І у самого Оствальда в масі випадків, навіть ве-роятно у величезній більшості випадків, під енергією разу-розуміється матеріальне рух ».

Незабаром нові вражаючі відкриття, якими ознаменова-лось початок XX в. настільки незаперечно довели реаль-ність атомів і молекул, що врешті-решт навіть Оствальд ви-нужді був визнати їх існування.

З експериментальних досліджень, присвячених питанню про існування атомів і молекул, особливий інтерес пред-ставляют роботи французького фізика Перрена по вивченню розподілу і руху частинок в так званих сусп-зіях.

Приготувавши суспензію, що містила частинки однакового розміру, видимі в мікроскоп, Перрен досліджував розподілений ня частинок в ній. В результаті численних дослідів, прове-дених з надзвичайною ретельністю, їм було доведено, що розподіл часток суспензії по висоті в точності відпо-ствует закону зменшення концентрації газів з висотою, виве-денному з кінетичної теорії газів. Таким чином, Перрен показав, що суспензії - це справжні моделі газів; слідові-тельно, окремі молекули існують і в газах, тільки вони невидимі внаслідок їх малої величини.

Ще більш переконливими виявилися результати, отримані Перреном при спостереженні руху частинок суспензії.

Мал. 8. Броунівський рух

При розгляді краплі рідини з зваженими в ній ча-стіцамі в сильний мікроскоп можна бачити, що частки не залишаються в спокої, але непре- ривно рухаються під всевозмож-них напрямках. Рух частинок відрізняється крайньою біс-порядністю. Якщо простежити-дить під мікроскопом шлях від-слушною частки, то виходить дуже складна зигзагоподібним-ва лінія, яка вказує на від-присутність будь-якої закономірно-ти в русі частинок (рис. 8). Цей рух може продов-тулитися скільки завгодно време-ні, чи не слабшаючи і не змінюючи свого характеру.

Описується явище було відкрито в 1827 р англійським ботаніком Броуном і отримало назву броунівського руху. Однак пояснення йому було дано тільки в 60-х роках на основі молекулярно-кінетичних уявлень. Соглас-но цього пояснення, причиною видимого руху частинок суспензії є невидиме теплове рух оточуючих їх молекул рідини. Поштовхи, одержувані частинками суспензії з усіх боків від молекул рідини, не можуть, звичайно, в точ-ності врівноважувати один одного; в кожен момент рівновага порушується на користь того чи іншого напрямку, в результаті чого частинки і роблять свій химерний шлях.

Таким обра-зом, вже самий факт існування броунівського руху свідчить про реальність молекул і дає картину їх беспо-рядочного руху, так як зважені частинки в загальному повторювали ряют ті ж рухи, що і молекули рідини. Але Перрен в своїх дослідженнях пішов ще далі: шляхом тривалих спостережень за рухом частинок під мікроскопом йому вдалося визначити середню швидкість переміщення частинок. Звідси, знаючи масу частинок приготовленої суспензії, Перрен обчислив їх середню кінетичну енергію. Результат вийшов вибий-вальний. Виявилося, що кінетична енергія частинок як раз відповідає кінетичної енергії молекул газу, обчисленої для тієї ж температури на підставі, кінетичної теорії. Частинки Перрена були приблизно в 10 12 разів важче молекул по-огрядний, кінетична ж енергія тих і інших однакова. Після встановлення цих фактів вже неможливо було заперечувати об'єктивну реальність молекул.

В даний час броунівський рух розглядається і як наслідок теплового руху молекул рідини і як са-мостоятельное тепловий рух частинок суспензії. Останні являють собою як би молекули-гіганти, які беруть участь в тепловому русі нарівні з невидимими молекулами жид-кістки. Ніякого принципової різниці між тими і дру-шими не існує.

Досліди Перрена не тільки довели, що молекули действи-тельно існують, а й дали можливість розрахувати число мо-лекул в одній граммолекуле газу. Це число, яке має, як ми знаємо, універсальне значення, отримало назву числа Авогадро. За обчисленнями Перрена, воно виявилося рівним приблизно 6,5 • 10 23. що дуже близько підходило до зна-вам цієї величини, знайденим раніше іншими способами. Впо-слідстві число Авогадро багато разів визначалося зовсім різними фізичними методами, причому результати завжди виходили дуже близькими. Такий збіг результатів сві-детельствует про правильність знайденого числа і служить не-оспорімим доказом реального існування молекул.

В даний час число Авогадро приймається рівним

Колосальна величина числа Авогадро виходить за межі нашої уяви. Певне уявлення про неї можна з-ставити тільки шляхом порівнянь.

Покладемо, наприклад, що 1 моль, т. Е. 18 г, води рівномірно розподілений по всій поверхні земної кулі. Простий підрахунок показує, що на кожен квадратний сантиметр поверхні припаде близько 100 000 молекул.

Наведемо ще інше порівняння. Припустимо, що нам вдалося якимось способом позначити всі молекули, що містяться в 18 г води. Якщо потім вилити цю воду в море і дочекатися, щоб вона рівномірно перемішалися з усіма водами земної кулі, то. зачерпнувши в будь-якому місці стакан води, ми знайдемо в ньому близько 100 відзначених нами молекул.

Мал. 9. Частинки диму окису цинку при збільшенні в 20 000 разів

Так як граммолекула будь-якого газу займає при нормальних умовах обсяг 22,4 л, то в 1 мл газу міститься при цих умовах 2,7 • 10 19 молекул. Якщо довести розрідження газу в якомусь посудині навіть до крайньої межі, якого дозволяють досягти найкращі насоси (приблизно до однієї десятої-мільярдної частки атмосфери), т. Е. Отримати те, що ми практично вважаємо «безповітряним простором», то все-таки в 1 см 3 цього простору молекул залишається значно більше, ніж всіх людей на земній кулі. З цього можна су-дить, як незначні повинні бути розміри молекул і атомів, якщо настільки величезне число їх вміщується в 1 см 3. І тим не менше фізики різними способами вирахували ці розміри. Окази-ється, що якщо уявити собі молекули у вигляді крихітних ша-Риков, то діаметр їх буде вимірюватися стомільйонний до-лями сантиметри. Наприклад, діаметр молекули кисню дорівнює приблизно 3,2 • 10 -8 см, діаметр молекули водню 2,6 • 10 -8 см і діаметр атома водню 1 • 10 -8 см.

Для вираження таких малих величин дуже зручно прийняти за одиницю довжини одну стомільйонний частку сантиметра (10 -8 см). Ця одиниця була запропонована шведським фізиком Ангстрема для вимірювання довжин світлових хвиль і по його імені названаангстремом. Позначається вона символом А чи А. Лінійні розміри атомів і молекул виражаються зазвичай не-скількома Ангстрема.

Знаючи число молекул в одній граммолекуле, а отже, й число атомів в одному грамматоме, можна розрахувати вагу атома будь-якого елемента в грамах. Наприклад, розділивши граммат водню на число Авогадро, отримаємо вагу атома водню в грамах:

Так само легко висловити в грамах ваги інших атомів і мо-лекул. Зауважимо для порівняння, що найменша різниця у вазі, яку ми ще можемо виявити за допомогою самих чутливих-них Мікроваги, становить близько 3 • 10 -10 г при найбільшому навантаженню ваг в 5 ЖГ.

В даний час наука має у своєму розпорядженні засобами, дозволяю-ські точно визначати розташування атомів і молекул в про-просторі, відстані між ними, а в деяких випадках навіть фотографувати окремі молекули. Сучасні електронні мікроскопи, в яких замість світлових променів використовуються потоки електронів, дають можливість отримувати зображення, збільшені в десятки і сотні тисяч разів (рис 9).