Биография атома

Читать онлайн Биография атома страница 2. Большая и бесплатная библиотека

Мы знаем немало о сегодняшнем дне атомной энергии; каждый день приносит все новые и новые сведения о многообразных сторонах ее применения. Мы также в общих чертах можем представить ее грандиозное будущее.

Но, по — видимому, не очень многие знают о прошлом атомной энергии, о том, как складывалось научное представление о ней, как накапливались открытия, как постепенно человек научился управлять атомной энергией. А это прошлое очень интересно.

И вот об этом нам и хотелось рассказать: об основных этапах в биографии атома, о фактах и событиях, иногда драматических, а иногда курьезных. Об ошибках ученых и их гениальной прозорливости. О случайных открытиях и открытиях, сделанных в результате огромного и напряженного труда.

О труде одиночек и труде больших коллективов ученых. О преступлениях, которые совершил атом, совершил, конечно, не по своей воле, и о добрых делах, которые он делал и делает.

Об этом наш рассказ. И мы назовем его «Биография атома». В биографии, как правило, нельзя обойтись без дат. Какая же это биография без дат? Поэтому мы попробуем рассказать, что означала та или иная дата в биографии атома, какое событие она характеризует и какое имеет значение.

Однажды в доисторическое время…

Если бы мы захотели назвать точную дату начала биографии атома, то нам не удалось бы это сделать, ж даже перерыв все архивы, все книгохранилища, все библиотеки всех стран мира. И вот почему. Начало биографии атома теряется в глубине веков. Оно тесно связано с развитием представлений людей об окружающей природе, о наблюдаемых в ней явлениях.

Вполне возможен, например, такой случай. Доисторический человек, изготовляя каменный топор, ударял одним камнем по другому.

Откалывая от большого камня маленькие кусочки, он в результате многодневного и тяжелого труда получал камень нужной ему величины и веса.

Возможно, что доисторический человек произвел такой опыт, получив в конце концов каменную пыль. Разглядеть пылинки он уже не мог, и что станет дальше, если дробить и пылинки, для него так и осталось загадкой.

Был ли такой опыт проделан, мы не знаем. Если бы был и мы знали когда, то, пожалуй, этот день можно было бы считать началом биографии атома.

Атом получает имя

Но время шло. Проходило одно тысячелетие за другим. Начало складываться человеческое общество. И по мере того как общество развивалось, люди все чаще задумывались над сущностью окружающей их природы. У них все чаще возникал вопрос: из чего состоит мир? Наши сведения о первых раздумьях человека над природой крайне скудны.

Так, известно, что первые идеи о мельчайших частицах вещества зародились в учениях Древнего Востока, Древней Индии и Древнего Китая. До нас дошли сведения, что житель Древнего Востока, финикиянин Мох Сидонский, живший в XII в. до н. э., высказывался о мельчайших частицах вещества.

Зачатки идей о них также были в воззрениях школы вайшешика в Древней Индии. Неизвестным древнекитайским автором, жившим в XII-XI вв. до н. э.

, в «Книге перемен» («И-цзын») утверждалось, что в основе всех вещей лежит туманная масса — «тай-цзи», которая состоит из противоположных частиц — «ци»; взаимодействие этих частиц и обусловливает изменение вещей. Но все эти учения носили наивный характер. Дальнейшего развития они не получили.

Значительно более глубоко и последовательно отражены явления природы в учениях древнегреческих философов (V-IV вв. до н. э.). Эти философы серьезно задумывались над сущностью и происхождением материи, над строением окружающего мира.

Именно задумывались, а не ставили опыты. Ведь наука и техника тогда еще были очень слабо развиты. И основным методом познания природы у древнегреческих философов было размышление и раздумывание над окружающими человека явлениями и вещами.

Не случайно дошла до нас легенда о том, что один из гениальных древнегреческих философов — Демокрит — сам себя лишил зрения, так как считал, что «размышление и соображение ума при созерцании и уразумевании природы будут живее, когда освободятся от развлечения зрения и препятствия глаз».

Только во взглядах древнегреческих философов впервые появились элементы материалистического понимания природы, только они впервые начали освобождаться от представления, что мир-творение богов.

Поэтому биография атома начинается с учений древнегреческих философов, которые заложили основы атомистики, т. е. общего учения о строении вещества.

Непосредственные предшественники атомистов тоже задумывались над строением мира. Но они считали, что вся окружающая человека природа состоит из первичных неизменных элементов — огня, земли, воздуха и воды. Соединяясь между собой, эти элементы и дают многообразие окружающих нас предметов.

Причиной же соединения этих элементов, по их мнению, была любовь, а причиной разъединения — ненависть. Смешно, не правда ли? Согласно их учению, огонь, земля, воздух и вода были хотя и неизменными первичными, но качественно различными элементами.

Естественно возникал вопрос: а из чего же состоит земля или вода?

Вот тогда-то впервые Демокритом и было произнесено слово «атом» (от греческого «атомос», что означает «неделимый»). Отсюда и произошло слово «атомисты».

Так атом получил имя. И, обратите внимание, он получил имя, хотя его никто не видел. Прошло много столетий со времен Демокрита, прежде чем ученые научились наблюдать явления, связанные с атомом. И произошло это относительно недавно. Всего несколько десятков лет назад. Но об этом после.

Он так считал… и был прав

Демокрит (460-370 гг. до н. э.) был выдающимся мыслителем. Недаром Маркс называл его «первым энциклопедическим умом среди греков». К сожалению, до нас дошло очень мало произведений Демокрита. И это не случайно.

Ведь Демокрит был материалистом; он не признавал сотворения мира разумным существом и не верил в неизменность мира. Он считал, что, тар же как и все в природе; мир возник в силу необходимости.

Его учение поэтому, естественно, вызвало злобу позднее возникшей церкви и всячески замалчивалось, а произведения уничтожались.

Демокрит был основоположником философского материализма. Его суждения об окружающих явлениях отличались здравостью, отсутствием суеверий. Однажды Демокрит проходил ночью по кладбищу. Желая испугать его, группа молодых людей неожиданно выбежала к нему в белых саванах. «Полноте дурачиться»,- сказал Демокрит.

Атомистическая философия Демокрита стала основой современного естествознания. Он считал, что все существующее состоит из атомов и пустоты. «Лишь в общем мнении существует сладкое, во мнении горькое, во мнении теплое, во мнении холодное, во мнении цвет, в действительности же существуют только атомы и пустота»,- говорил Демокрит.

Атомы, учил он, бесконечны по числу и бесконечно разнообразны по форме. Они могут быть шаровидные, пирамидальные, крючковатые и т. д. — они являются началом

Основные сведения о строении атома: характеристики, особенности и формула

Атом – это мельчайшая частица химического вещества, которая способна сохранять его свойства. Слово «атом» происходит от древнегреческого «atomos», что означает «неделимый». В зависимости о того, сколько и каких частиц находится в атоме, можно определить химический элемент.

Кратко о строении атома

Как можно вкратце перечислить основные сведения о строении атома? Атом является частицей с одним ядром, которое заряжено положительно. Вокруг этого ядра расположено отрицательно заряженное облако из электронов. Каждый атом в своем обычном состоянии является нейтральным. Размер этой частицы полностью может быть определен размером электронного облака, которое окружает ядро.

Само ядро, в свою очередь, тоже состоит из более мелких частиц – протонов и нейтронов. Протоны являются положительно заряженными. Нейтроны не несут в себе никакого заряда. Однако протоны вместе с нейтронами объединяются в одну категорию и носят название нуклонов. Если необходимы основные сведения о строении атома кратко, то эта информация может быть ограничена перечисленными данными.

Первые сведения об атоме

О том же, что материя может состоять из мелких частиц, подозревали еще древние греки. Они полагали, что все существующее и состоит из атомов. Однако такое воззрение носило чисто философский характер и не может быть трактовано научно.

Первым основные сведения о строении атома получил английский ученый Джон Дальтон. Именно этот исследователь сумел обнаружить, что два химических элемента могут вступать в различные соотношения, и при этом каждая такая комбинация будет представлять собой новое вещество. Например, восемь частей элемента кислорода порождают собой углекислый газ. Четыре части кислорода – угарный газ.

В 1803 году Дальтон открыл так называемый закон кратных отношений в химии. При помощи косвенных измерений (так как ни один атом тогда не мог быть рассмотрен под тогдашними микроскопами) Дальтон сделал вывод об относительном весе атомов.

Исследования Резерфорда

Почти столетие спустя основные сведения о строении атомов были подтверждены еще одним английским химиком — Эрнестом Резерфордом. Ученый предложил модель электронной оболочки мельчайших частиц.

На тот момент названная Резерфордом «Планетарная модель атома» была одним из важнейших шагов, которые могла сделать химия. Основные сведения о строении атома свидетельствовали о том, что он похож на Солнечную систему: вокруг ядра по строго определенным орбитам вращаются частицы-электроны, подобно тому, как это делают планеты.

Электронная оболочка каждого из атомов содержит ровно столько электронов, сколько находится в его ядре протонов. Именно поэтому атом является нейтральным.

Бор доработал теорию Резерфорда, внес стройность в ее факты.

Уже тогда были составлены формулы некоторых химических веществ. Например, схематически строение атома азота обозначается как 1s22s22p3, строение атома натрия выражается формулой 1s22s22p63s1. Через эти формулы можно увидеть, какое количество электронов движется по каждой из орбиталей того или иного химического вещества.

Модель Шредингера

Однако затем и эта атомная модель устарела. Основные сведения о строении атома, известные науке сегодня, во многом стали доступны благодаря исследованиям австрийского физика Э. Шредингера.

Он предложил новую модель его строения – волновую. К этому времени ученые уже доказали, что электрон наделен не только природой частицы, но обладает свойствами волны.

Однако у модели Шредингера и Резерфорда имеются и общие положения. Их теории сходны в том, что электроны существуют на определенных уровнях.

Такие уровни также называются электронными слоями. При помощи номера уровня может быть охарактеризована энергия электрона. Чем выше слой, тем большей энергией он обладает.

Все уровни считаются снизу вверх, таким образом, номер уровня соответствует его энергии. Каждый из слоев в электронной оболочке атома имеет свои подуровни.

При этом у первого уровня может быть один подуровень, у второго – два, у третьего – три и так далее (см. приведенные выше электронные формулы азота и натрия).

Еще более мелкие частицы

На данный момент, конечно, открыты еще более мелкие частицы, нежели электрон, протон и нейтрон. Известно, что протон состоит из кварков. Существуют и еще более мелкие частицы мироздания – например, нейтрино, который по своим размерам в сто раз меньше кварка и в миллиард раз меньше протона.

Нейтрино – это настолько мелкая частица, что она в 10 септиллионов раз меньше, чем, к примеру, тираннозавр. Сам тираннозавр во столько же раз меньших размеров, чем вся обозримая Вселенная.

Основные сведения о строении атома: радиоактивность

Всегда было известно, что ни одна химическая реакция не может превратить один элемент в другой. Но в процессе радиоактивного излучения это происходит самопроизвольно.

Радиоактивностью называют способность ядер атомов превращаться в другие ядра – более устойчивые. Когда люди получили основные сведения о строении атомов, изотопы в определенной мере могли служить воплощением мечтаний средневековых алхимиков.

В процессе распада изотопов испускается радиоактивное излучение. Впервые такое явление было обнаружено Беккерелем. Главный вид радиоактивного излучения – это альфа-распад. При нем происходит выброс альфа-частицы. Также существует бета-распад, при котором из ядра атома выбрасывается, соответственно, бета-частица.

Природные и искусственные изотопы

В настоящее время известно порядка 40 природных изотопов. Их большая часть расположена в трех категориях: урана-радия, тория и актиния.

Все эти изотопы можно встретить в природе – в горных породах, почве, воздухе. Но помимо них, известно также порядка тысячи искусственно выведенных изотопов, которые получают в ядерных реакторах.

Многие их таких изотопов используются в медицине, особенно в диагностике.

Пропорции внутри атома

Если представить себе атом, размеры которого будут сопоставимы с размерами международного спортивного стадиона, тогда можно визуально получить следующие пропорции.

Электроны атома на таком «стадионе» будут располагаться на самом верху трибун. Каждый из них будет иметь размеры меньше, чем булавочная головка.

Тогда ядро будет расположено в центре этого поля, а его размер будет не больше, чем размер горошины.

Атомы обладают очень малыми размерами. Но насколько малы в действительности эти размеры? Факт состоит в том, что самая маленькая, едва различимая человеческим глазом крупица соли содержит в себе порядка одного квинтиллиона атомов.

Если же представить себе атом такого размера, который мог бы уместиться в человеческую руку, то тогда рядом с ним находились бы вирусы 300-метровой длины. Бактерии имели бы длину 3 км, а толщина человеческого волоса стала бы равна 150 км.

В лежачем положении он смог бы выходить за границы земной атмосферы. А если бы такие пропорции были действительны, то человеческий волос в длину смог бы достигать Луны.

Вот такой он непростой и интересный атом, изучением которого ученые продолжают заниматься и по сей день.