სტატია ატომური თეორიისა და კინეტიკური თეორიის შესახებ
ატომური თეორია
ათასობით წლის განმავლობაში ძველი ბერძნები თვლიდნენ, რომ ყველა სუფთა ნივთიერება (მაგალითად, ოქრო, რკინა და ა.შ.) ატომებისგან შედგებოდა. მათი აზრით, თუ სუფთა ნივთიერებას პატარა ნაჭრებად დავჭრით, შემდეგ პაწაწინა ნაწილებს ისევ დავჭრით, შემდეგ ისევ დავჭრით... და ა.შ., მაშინ დარჩება ყველაზე პატარა ნაჭრები, რომელთა ხელახლა დაჭრა შეუძლებელია. ყველაზე პატარა ნაჭრებს, რომელთა ხელახლა დაჭრა შეუძლებელია, ატომები ეწოდება. ატომი ნიშნავს „არ შეიძლება დაიყოს“ (ბერძნული ენა).
იმ დროს ატომი აღარ იყოფა. თუმცა, მოგვიანებით ზოგიერთმა მეცნიერმა აღმოაჩინა ელექტრონები და ატომური ბირთვები (პროტონები და ნეიტრონები), ამიტომ ვარაუდი, რომ ატომები არ დაიყოფოდა, მცდარი იყო. ამგვარად, ატომები შედგება ელექტრონებისგან (უარყოფითად დამუხტული) და ატომური ბირთვებისგან. ელექტრონები ბირთვის გარშემო ბრუნავენ. ბირთვის შიგნით არის პროტონები (დადებითად დამუხტული) და ნეიტრონები (ნეიტრალური ან უდამუხტული).
არსებობს კიდევ ერთი თეორია; მისი სახელია უწყვეტი თეორია. ეს თეორია ამტკიცებს, რომ სუფთა ნივთიერებები შეიძლება უსასრულოდ დაიყოს. ამ თეორიის თანახმად, არ არსებობს ისეთი რამ, როგორიცაა უმცირესი ნაწილაკი. უმცირესი ნაწილაკების დაჭრა მაინც შესაძლებელია უფრო პატარა ნაჭრებად. ამგვარად, ის უსასრულო ხდება. ამ ორი თეორიიდან რომელია სწორი? სწორი ატომური თეორია თუ უწყვეტი თეორია?
ფიზიკაში ყველა თეორია მეცნიერულად აღიარებული იქნება, თუ მისი ექსპერიმენტებით დამტკიცება შესაძლებელი იქნება. მე-18, მე-19 და მე-20 საუკუნეებში, მეცნიერების მიერ ჩატარებული ექსპერიმენტების შედეგად, ატომური თეორია ჭეშმარიტი აღმოჩნდა.
პირველ რიგში, გაიგეთ შემდეგი მიმოხილვები. ელემენტები არის სუფთა ნივთიერებები, რომლებიც ქიმიურად სხვა ნივთიერებებად არ შეიძლება დაიყოს, მაგალითად, ოქრო (Au), რკინა (Fe), სპილენძი (Cu), თუთია (Zn), ნატრიუმი (Na), კალციუმი (Ca), ქლორი (Cl), აზოტი (N), ჟანგბადი (O), წყალბადი (H) და ა.შ. ელემენტების გარდა, არსებობს ნაერთებიც. ნაერთები შედგება ელემენტებისგან. რადგან ის ელემენტებისგან შედგება, ნაერთი მაინც შეიძლება დაიყოს ელემენტებად. ნაერთების მაგალითებია წყალი.
ელემენტის ყველაზე პატარა ნაწილი ატომია, ხოლო ნაერთის ყველაზე პატარა ნაწილი მოლეკულა. მოლეკულები შედგება ერთმანეთთან შეწებებული ატომებისგან. სუფთა ოქრო ელემენტის მაგალითია. სუფთა ოქრო შედგება ოქროს (Au) ატომებისგან. რკინის ნაჭრები ასევე ელემენტების მაგალითია. რკინა შედგება რკინის (Fe) ატომებისგან. ამრიგად, ელემენტი არის სუფთა ნივთიერება, რომელიც შედგება მსგავსი ატომებისგან.
წყალი, რომელსაც ხშირად ხედავთ, იჭერთ და სვამთ, წყლის მოლეკულებისგან შედგება (ქიმიური ფორმულაა H2O ) . წყლის მოლეკულები შედგება ორი წყალბადის ატომისგან (H) და ერთი ჟანგბადის ატომისგან (O).
აქ მოცემულია ატომური თეორიის რამდენიმე მტკიცებულება:
პირველი, მუდმივი შედარების კანონი.
შედარების კანონის თანახმად, თუ ელემენტები ერთიანდებიან ნაერთებად, წარმოქმნილ ნაერთებს იგივე მასური თანაფარდობა აქვთ. მაგალითად, მარილი. ჩვენს მიერ ნანახი მარილი არის ნაერთი, რომელიც შედგება მარილის მოლეკულებისგან (NaCl). ბუნებრივია, მარილის მოლეკულები ყოველთვის წარმოიქმნება ნატრიუმის (Na) 23 ნაწილისა და ქლორის (Cl) 35 ნაწილისგან.
უწყვეტი თეორია ვერ ხსნის მას, მაგრამ ატომურ თეორიას შეუძლია ახსნას. ატომური თეორიის თანახმად, ატომები ელემენტის უმცირესი ნაწილებია, ამიტომ ატომებს აქვთ მასა. ნაერთის ელემენტების მასის თანაფარდობა უნდა იყოს დაკავშირებული ელემენტის შემქმნელი ატომების ფარდობით მასასთან. ნაერთების შემქმნელი თითოეული ელემენტის რაოდენობის მიხედვით, მეცნიერები ადგენენ ატომების ფარდობით მასას. მას ფარდობითს უწოდებენ, რადგან ელემენტის ფარდობითი მასა შედარებულია სხვა ელემენტარული ატომების ფარდობით მასასთან.
წყალბადი ყველაზე მსუბუქი ატომია, ამიტომ ის გამოიყენება როგორც საორიენტაციო მაჩვენებელი. წყალბადის ატომის (H) ფარდობით მასას ენიჭება 1 მნიშვნელობა. წყალბადის ატომის ფარდობითი მასის საორიენტაციო მაჩვენებლად გამოყენებით, ნახშირბადის ატომის (C) ფარდობით მასას ენიჭება 12 მნიშვნელობა.
ჟანგბადის ატომის (O) ფარდობით მასას ენიჭება 16 და ა.შ. (იხილეთ ელემენტების პერიოდული ცხრილი). ნახშირბადის ატომის ფარდობითი მასა = 12 ნიშნავს, რომ ერთი ნახშირბადის ატომის მასა 12-ჯერ მეტია ერთი წყალბადის ატომის (H) მასაზე. ჟანგბადის ატომის ფარდობითი მასა = 16 ნიშნავს, რომ ჟანგბადის ატომის მასა 16-ჯერ მეტია ერთი წყალბადის ატომის (H) მასაზე.
საერთაშორისო სისტემაში (SI) ჩვენ გვაქვს მასის სტანდარტი, კერძოდ, ირიდიუმის პლატინა, რომელიც ინახება საფრანგეთში საერთაშორისო წონისა და ზომის დაწესებულებებში. საერთაშორისო შეთანხმების თანახმად, ირიდიუმის პლატინის მასა არის 1 კგ, რაც სტანდარტული კილოგრამია. ატომურ შკალაზე ასევე გვაქვს მეორე მასის სტანდარტი, რომელიც არის 12 C ნახშირბადის ატომები. საერთაშორისო შეთანხმებების საფუძველზე, 1 ნახშირბადის ატომის 12 C მასა არის 12,0000 გაერთიანებული ატომური მასის ერთეული (შემოკლებით u).
1 u = 1.66 x 10 -27 კგ.
1 ნახშირბადის ატომის მასა (C) = 12.0000 ერთეული, 1 წყალბადის ატომის მასა (H) = 1,0078 ერთეული, 1 ჟანგბადის ატომის მასა (O) = 15.9994 ერთეული, 1 ნატრიუმის ატომის მასა = 22.9897 ერთეული და ა.შ. რაც შეეხება ატომურ მასას, მისი სრული ნახვა ელემენტების პერიოდულ ცხრილშია შესაძლებელი.
ატომური მასის გარდა, არსებობს მოლეკულური მასაც. მოლეკულური მასა არის მოლეკულის ატომების საერთო მასა. მაგალითად, მარილის მოლეკულის მასა (NaCl) = ნატრიუმის ერთი ატომის მასა (Na) + ქლორის ერთი ატომის მასა (Cl). წყლის მოლეკულების მასა (H2O ) = წყალბადის 2 ატომის მასა (H) + ჟანგბადის ერთი ატომის მასა (O).
მეორე, ყავისფერი მოძრაობა
უძველეს დროში ცხოვრობდა ინგლისელი ბიოლოგი, სახელად რობერტ ბრაუნი. ის იკვლევდა წყალში ჩადებული მტვრის ნაწილაკებს (1827). წყალი და მტვერი მიკროსკოპითაც ჩანს. რობერტ ბრაუნმა ეს უცნაურად მიიჩნია მას შემდეგ, რაც დაინახა, რომ მტვერი დამოუკიდებლად მოძრაობდა. ეს უცნაურია, რადგან მტვერი მოძრაობს. მტვრის მოძრაობის მიმართულება თვითნებურია, მაგრამ უწყვეტი. ის ვარაუდობს, რომ მოძრაობა სიცოცხლეა, სადაც მტვერი ცხოვრობს, რათა შეძლოს მოძრაობა. თუმცა, მისი ვარაუდი მცდარია, რადგან წყალში ჩადებული მცირე ორგანული ნაწილაკებიც, როგორიცაა მტვერი, მოძრაობენ. ამ მოძრაობას ბრაუნის მოძრაობა ეწოდება.
ამ აღმოჩენის ახსნა კინეტიკური თეორიის შემუშავებამდე შეუძლებელია.
კინეტიკური თეორია
კინეტიკური ნიშნავს მოძრაობას (ბერძნული). კინეტიკური თეორია აცხადებს, რომ ყველა ნივთიერება შედგება ატომებისგან ან მოლეკულებისგან და რომ ატომები ან მოლეკულები განუწყვეტლივ, შემთხვევით მოძრაობენ.
მოძრაობისას ატომებს ან მოლეკულებს სიჩქარე უწევთ. ატომებს ან მოლეკულებსაც აქვთ მასა. რადგან მასა (m) და სიჩქარე (v) აქვთ, მაშინ ატომს ან მოლეკულას აქვს კინეტიკური ენერგია (EK) და იმპულსი (p). კინეტიკური ენერგია: EK = 1/2 mv 2. ხოლო იმპულსი: p = mv. იმპულსის გარდა, არსებობს ძალები. მოძრაობისას, შეჯახების შესაძლებლობა არსებობს. ამრიგად, ძალები წარმოიქმნება იმპულსის ცვლილებების გამო შეჯახების დროს.
შეგვიძლია ვთქვათ, რომ კინეტიკური თეორია კინეტიკურ ენერგიას, იმპულსსა და ძალას ეფუძნება. ეს სამი რამ შესწავლილია მოძრაობის დინამიკის საგანში (ნიუტონის კანონები, იმპულსი და იმპულსი). განსხვავება ისაა, რომ კინეტიკურ თეორიაში დინამიკას ატომების ან მოლეკულების დონეზე ვიყენებთ. კინეტიკური თეორია შეიმუშავეს ბოილმა (1627-1691), დანიელ ბერნულიმ (1700-1782), ჯოულმა (1818-1889), კრონიგმა (1822-1879), რუდოლფ კლაუზიუსმა (1822-1888) და კლერკ მაქსველმა (1831-1879).
ამ კინეტიკური თეორიის არსებობამ შესაძლოა ახსნას ბრაუნის აღმოჩენა. კინეტიკური თეორიის თანახმად, მტვერი მოძრაობს, რადგან მას სწრაფად მოძრავი წყლის მოლეკულები ამოძრავებენ. წყლის მოლეკულების რაოდენობა უზარმაზარია, ამიტომ მტვერი სხვადასხვა მიმართულებით მიედინება.
მუდმივი შედარების კანონსა და ყავისფერი მოძრაობის აღმოჩენაზე დაყრდნობით, მეცნიერები სულ უფრო მეტად იზიარებენ ატომურ თეორიას. ატომები ნებისმიერი ნივთიერების უმცირესი ნაწილაკებია. ამრიგად, ატომს აქვს ზომა. რა არის ატომის ზომა?
1905 წელს აინშტაინმა თეორიულად გამოიკვლია ატომების ზომა. ატომურ თეორიაზე, კინეტიკურ თეორიასა და ექსპერიმენტებით მიღებულ მონაცემებზე დაყრდნობით, მან დაადგინა, რომ ატომის დიამეტრი დაახლოებით 10-10 მ იყო . ამრიგად, ატომის დიამეტრი გამოთვლებით მიიღება. ატომების ზომა აღმოჩენილია, ამიტომ ატომური თეორია, ისევე როგორც კინეტიკური თეორია, აღიარებულია.
