Артыкул пра атамную тэорыю і кінетычную тэорыю
Атамная тэорыя
На працягу тысячагоддзяў старажытныя грэкі верылі, што кожнае чыстае рэчыва (напрыклад, золата, жалеза і г.д.) складаецца з атамаў. Паводле іх меркавання, калі чыстае рэчыва разрэзаць на дробныя кавалачкі, то гэтыя дробныя кавалачкі разрэзаць зноў, потым зноў разрэзаць... і гэтак далей, пакуль не застануцца найменшыя кавалачкі, якія нельга разрэзаць зноў. Найменшыя кавалачкі, якія нельга разрэзаць зноў, называюцца атамамі. Атам азначае «нельга падзяліць» (з грэчаскай мовы).
У той час атам лічыўся непадзеленым. Але пазней некаторыя навукоўцы адкрылі электроны і атамныя ядры (пратоны і нейтроны), таму меркаванне пра немагчымасць падзелу атамаў было памылковым. Такім чынам, атамы складаюцца з электронаў (адмоўна зараджаных) і атамных ядраў. Электроны круцяцца вакол ядра. Унутры ядра ёсць пратоны (станоўча зараджаныя) і нейтроны (нейтральныя або незараджаныя).
Існуе яшчэ адна тэорыя; яна называецца тэорыяй бесперапыннасці. Гэтая тэорыя сцвярджае, што чыстыя рэчывы можна дзяліць да бясконцасці. Згодна з гэтай тэорыяй, не існуе такога паняцця, як найменшы кавалачак. Найменшыя кавалкі ўсё яшчэ можна разрэзаць на меншыя кавалкі. Такім чынам, атрымліваецца бясконцасць. Якая з гэтых дзвюх тэорый правільная? Атамная тэорыя ці бесперапынная тэорыя?
У фізіцы кожная тэорыя будзе прызнана навукова, калі яе можна будзе даказаць эксперыментальна. У 18, 19 і 20 стагоддзях атамная тэорыя была праўдзівай дзякуючы эксперыментам, праведзеным навукоўцамі.
Спачатку разбярыцеся з наступнымі аглядамі. Элементы — гэта чыстыя рэчывы, якія нельга хімічна падзяліць на іншыя рэчывы, напрыклад, золата (Au), жалеза (Fe), медзь (Cu), цынк (Zn), натрый (Na), кальцый (Ca), хлор (Cl), азот (N), кісларод (O), вадарод (H) і г.д. Акрамя элементаў, існуюць таксама злучэнні. Злучэнні складаюцца з элементаў. Паколькі яно складаецца з элементаў, злучэнне ўсё яшчэ можна падзяліць на элементы. Прыкладамі злучэнняў з'яўляецца вада.
Найменшая частка элемента — гэта атам, а найменшая частка злучэння — малекула. Малекулы складаюцца з атамаў, якія зліпаюцца разам. Чыстае золата — прыклад элемента. Чыстае золата складаецца з атамаў золата (Au). Кавалкі жалеза таксама з'яўляюцца прыкладам элементаў. Жалеза складаецца з атамаў жалеза (Fe). Такім чынам, элемент — гэта чыстае рэчыва, якое складаецца з падобных атамаў.
Вада, якую вы часта бачыце, трымаеце ў руках і п'яце, складаецца з малекул вады (хімічная формула — H₂O ) . Малекулы вады складаюцца з двух атамаў вадароду (H) і аднаго атама кіслароду (O).
Вось некалькі доказаў атамнай тэорыі:
Па-першае, закон пастаяннага параўнання.
Закон параўнання сцвярджае, што калі элементы злучаюцца і ўтвараюць злучэнні, то ўтвораныя злучэнні маюць аднолькавую масу. Напрыклад, соль. Соль, якую мы бачым, — гэта злучэнне, якое складаецца з малекул солі (NaCl). Натуральна, малекулы солі заўсёды ўтвараюцца з 23 частак натрыю (Na) і 35 частак хлору (Cl).
Тэорыя бесперапыннасці не можа гэтага растлумачыць, але атамная тэорыя можа. Згодна з атамнай тэорыяй, атамы — гэта найменшыя часткі элемента, таму атамы маюць масу. Суадносіны мас элементаў злучэння павінна быць звязана з адноснай масай атамаў, якія ўтвараюць элемент. На падставе колькасці кожнага элемента, які ўтварае злучэнні, навукоўцы вызначаюць адносную масу атамаў. Яна называецца адноснай, таму што адносная маса элемента параўноўваецца з адноснай масай іншых атамаў элемента.
Вадарод — самы лёгкі атам, таму ён выкарыстоўваецца ў якасці эталона. Адносная маса атама вадароду (H) мае значэнне 1. Калі выкарыстоўваць адносную масу атама вадароду ў якасці эталона, адносная маса атама вугляроду (C) мае значэнне 12.
адноснай масе атама кіслароду (O) прысвойваецца значэнне 16 і гэтак далей (гл. перыядычную табліцу элементаў). Адносная маса атама вугляроду = 12 азначае, што маса аднаго атама вугляроду ў 12 разоў большая за масу аднаго атама вадароду (H). Адносная маса атама кіслароду = 16 азначае, што маса атама кіслароду ў 16 разоў большая за масу аднаго атама вадароду (H).
У Міжнароднай сістэме адзінак мер (СІ) існуе эталон масы — ірыдый-плаціна, які захоўваецца ў міжнародных установах па вагах і памерах у Францыі. Згодна з міжнародным пагадненнем, маса ірыдый-плаціны складае 1 кг, гэта стандартны кілаграм. У атамным маштабе існуе таксама другі эталон масы — атамы вугляроду 12C. Згодна з міжнароднымі пагадненнямі, маса 1 атама вугляроду 12C складае 12 0000 уніфікаваных атамных адзінак масы (скарочана u).
1 адзінка масы = 1.66 х 10⁻²⁻² кг.
Маса 1 атама вугляроду (C) = 12,0000 адз. адзінак, маса 1 атама вадароду (H) = 1,0078 адз. адзінак, маса 1 атама кіслароду (O) = 15,9994 адз. адзінак, маса 1 атама натрыю = 22,9897 адз. адзінак і гэтак далей. Што тычыцца атамнай масы, яе можна цалкам убачыць у перыядычнай табліцы элементаў.
Акрамя атамнай масы, існуе таксама малекулярная маса. Малекулярная маса — гэта агульная маса атамаў малекулы. Напрыклад, маса малекулы солі (NaCl) = маса аднаго атама натрыю (Na) + маса аднаго атама хлору (Cl). Маса малекул вады (H2O) = маса 2 атамаў вадароду (H) + маса аднаго атама кіслароду (O).
Па-другое, карычневы рух
У старажытныя часы жыў англійскі біёлаг па імені Роберт Браўн. Ён даследаваў пылок, які змяшчаюць у ваду (1827 г.). Вада і пылок бачныя пад мікраскопам. Роберт Браўн палічыў гэта дзіўным, убачыўшы, як пылок рухаецца сам па сабе. Гэта дзіўна, таму што пылок рухаецца. Кірунак руху пылка адвольны, але бесперапынны. Ён падазраваў, што рух — гэта жыццё, дзе пылок жыве, каб ён мог рухацца. Але яго здагадка памылковая, таму што дробныя арганічныя часціцы, такія як пылок, таксама рухаюцца, калі іх змяшчаюць у ваду. Гэты рух называецца броўнаўскім рухам.
Гэта адкрыццё нельга растлумачыць да распрацоўкі кінетычнай тэорыі.
Кінетычная тэорыя
Кінетычны азначае рух (грэчаскае). Кінетычная тэорыя сцвярджае, што кожнае рэчыва складаецца з атамаў або малекул, і што атамы або малекулы рухаюцца бесперапынна і хаатычна.
Пры руху атамы або малекулы павінны рухацца са хуткасцю. Атамы або малекулы таксама маюць масу. Паколькі атам або малекула маюць масу (m) і хуткасць (v), то яны маюць кінетычную энергію (EK) і імпульс (p). Кінетычная энергія: EK = 1/2 mv² . А імпульс: p = mv. Акрамя імпульсу, існуюць сілы. Пры руху існуе верагоднасць сутыкненняў. Такім чынам, сілы ўзнікаюць з-за змены імпульсу пры сутыкненні.
Можна сказаць, што кінетычная тэорыя заснавана на кінетычнай энергіі, імпульсе і сіле. Гэтыя тры рэчы вывучаюцца ў дынаміцы руху (законы Ньютана, імпульс і імпульс). Розніца заключаецца ў тым, што ў кінетычнай тэорыі мы ўжываем дынаміку на ўзроўні атамаў або малекул. Кінетычная тэорыя была распрацавана Бойлем (1627-1691), Даніэлем Бернулі (1700-1782), Джоўлем (1818-1889), Кронігам (1822-1879), Рудольфам Клаўзіусам (1822-1888) і Клеркам Максвелам (1831-1879).
Існаванне гэтай кінетычнай тэорыі магло б растлумачыць адкрыццё Браўна. Згодна з кінетычнай тэорыяй, пылок рухаецца таму, што яго рухаюць хутка рухаючыяся малекулы вады. Колькасць малекул вады велізарная, таму пылок штурхаецца з розных напрамкаў.
Зыходзячы з закона пастаяннага параўнання і адкрыцця руху Браўна, навукоўцы ўсё часцей вераць у атамную тэорыю. Атамы — гэта найменшыя часцінкі любога рэчыва. Такім чынам, атам мае памер. Які памер атама?
У 1905 годзе Эйнштэйн тэарэтычна даследаваў памеры атамаў. Абапіраючыся на атамную тэорыю, кінетычную тэорыю і дадзеныя, атрыманыя ў выніку эксперыментаў, ён выявіў, што дыяметр атама складае каля 10⁻⁶ м . Такім чынам, дыяметр атама быў атрыманы шляхам разлікаў. Памер атамаў быў адкрыты, таму атамная тэорыя, а таксама кінетычная тэорыя, атрымала прызнанне.
