Cù un atomu à traversu l'età - parte 1

L'ultimu seculu hè spessu chjamatu "l'età di l'atomu". À quellu tempu micca troppu distante, l'esistenza di i "mattoni" chì custituiscenu u mondu intornu à noi hè stata finalmente pruvata, è e forze dorme in elli sò state liberate. L'idea di l'atomu stessu, però, hà una storia assai longa, è a storia di a storia di a cunniscenza di a struttura di a materia ùn pò esse principiata altru chè cù e parolle chì riferenu à l'antichità.

1. Frammentu di l'affresca di Raphaël "A Scola d'Atene", raffigurante Platone (à a diritta, u filòsufu hà e caratteristiche di Leonardo da Vinci) è Aristòtili

"Già vechju..."

... i filòsufi sò ghjunti à a cunclusione chì tutta a natura hè custituita da particelle imperceptibilmente chjuche. Di sicuru, à quellu tempu (è per un bellu pezzu dopu) i scientisti ùn anu micca l'uppurtunità di pruvà e so supposizioni. Eranu solu un tentativu di spiegà l'osservazioni di a natura è risponde à a quistione: "Pò a materia decadiscia indefinitu, o ci hè a fine di a fissione ?«

I risposti sò stati dati in parechji circuli culturali (principalmente in l'India antica), ma u sviluppu di a scienza hè influinzatu da i studii di i filòsufi grechi. In i numeri di vacanze di l'annu passatu di "Young Technician", i lettori anu amparatu nantu à a storia di seculi di a scuperta di l'elementi ("Periculi cù l'elementi", MT 7-9/2014), chì principia ancu in l'Antica Grecia. Torna in u VII seculu aC, u cumpunente principalu da quale a materia (elementu, elementu) hè custruita hè stata cercata in diverse sustanzi: acqua (Thales), aria (Anaximenes), focu (Eraclitus) o terra (Xenophanes).

Empedocle hà cunciliatu tutti, dichjarà chì a materia ùn hè micca di unu, ma di quattru elementi. Aristòtili (1u seculu aC) aghjunghjia una altra sustanza ideale - etere, chì riempia l'universu sanu, è hà dichjaratu a pussibilità di a trasfurmazioni di l'elementi. Per d 'altra banda, a Terra, situata à u centru di l'universu, hè stata osservata da u celu, chì era sempre senza cambià. Grazie à l'auturità di Aristòtili, sta tiuria di a struttura di a materia è l'inseme hè stata cunsiderata curretta per più di dui mila anni. Diventatu, frà altre cose, a basa per u sviluppu di l'alchimia, è dunque di a chimica stessa (XNUMX).

2. Bustu di Democritu di Abdera (460-370 aC)

Tuttavia, una altra ipotesi hè ancu sviluppata in parallelu. Leucippu (XNUMXth seculu aC) hà cridutu chì a materia hè cumpostu di particeddi assai chjuchi movendu in un vacuum. I punti di vista di u filòsufu sò stati sviluppati da u so studiente - Democritu di Abdera (c. 460-370 aC) (2). Chjamò i "blocchi" chì custituiscenu l'atomi di a materia (atomi grecu = indivisible). Hà sustinutu chì sò indivisibili è immubiliate, è chì u so numeru in l'universu hè custanti. L'atomi si movenu in u vacuum.

Quandu atomi sò cunnessi (per un sistema di ganci è ochji) - ogni tipu di corpi sò furmati, è quandu sò siparati l'una di l'altru - i corpi sò distrutti. Democritu hà cridutu chì ci sò infinitu tipi di atomi, diffirenti in forma è grandezza. E caratteristiche di l'atomi determinanu e pruprietà di una sustanza, per esempiu, u meli dolce hè custituitu di atomi lisci, è l'acitu agria hè cumpostu di angulari; i corpi bianchi formanu atomi lisci, è i corpi neri formanu atomi cù una superficia rugosa.

A manera chì u materiale hè unitu affetta ancu e proprietà di a materia: in solidi, l'atomi sò strettamente adiacenti à l'altri, è in i corpi rossi sò situati in modu strettu. A quintessenza di i punti di vista di Democritu hè a dichjarazione: "In fattu, ci hè solu vacuità è atomi, tuttu u restu hè una illusione".

In i seculi dopu, i punti di vista di Democritu sò stati sviluppati da i filòsufi successivi, certi riferimenti si trovanu ancu in i scritti di Platone. Epicuru - unu di i successori - hà ancu cridutu chì atomi sò custituiti da cumpunenti ancu più chjuchi ("particelle elementari"). In ogni casu, a teoria atomistica di a struttura di a materia persa à l'elementi di Aristòtili. A chjave - digià allora - hè stata truvata in l'esperienza. Finu à chì ci sò arnesi per cunfirmà l'esistenza di l'atomi, i trasfurmazioni di l'elementi sò stati facilmente osservati.

Per esempiu: quandu l'acqua hè stata riscaldata (elementu friddu è umitu), l'aria hè stata ottenuta (vapore caldu è umitu), è a terra ferma in u fondu di u vasu (precipitazione fridda è secca di sustanzi dissoluti in l'acqua). I pruprietà mancanti - u calore è a siccità - sò stati furniti da u focu, chì calienta u vasu.

Invarianza è custante numeru di atomi anu ancu cuntraditu l'osservazioni, postu chì i microbi si pensanu chì emergenu "da nunda" finu à u XIX seculu. I punti di vista di Democritu ùn hà micca furnitu nisuna basa per esperimenti alchimichi ligati à a trasfurmazioni di metalli. Era ancu difficiule di imaginà è studià a varietà infinita di tipi di atomi. A teoria elementaria paria assai più simplice è più cunvincente spiegà u mondu circundante.

3. Ritrattu di Robert Boyle (1627–1691) di J. Kerseboom.

Fallu è rinascita

Per seculi, a teoria atomica hè stata fora di a scienza mainstream. In ogni casu, ùn hà micca mortu infine, e so idee sopravvivevanu, ghjunghjenu à i scientisti europei in a forma di traduzzioni filusufichi arabi di scritti antichi. Cù u sviluppu di a cunniscenza umana, i fundamenti di a tiurìa di Aristotele cuminciaru à sfracicà. U sistema heliocentric di Nicolaus Copernicus, e prime osservazioni di supernovae (Tycho de Brache) chì nascenu da nulla, a scuperta di e lege di u muvimentu di i pianeti (Johannes Kepler) è e lune di Jupiter (Galileo) significavanu chì in u XVI è XVII. seculi, a ghjente hà cessatu di campà sottu à u celu senza cambià da u principiu di u mondu. In terra, ancu, era a fine di i punti di vista di Aristòtili.

I tentativi di seculi di l'alchimisti ùn anu micca purtatu i risultati previsti - ùn anu fallutu per trasfurmà i metalli ordinali in oru. Sempre più scentifichi interrugati l'esistenza di l'elementi stessi, è ricurdati di a teoria di Democritu.

4. L'esperimentu di u 1654 cù l'emisferii di Magdeburgu pruvò l'esistenza di u vacuum è a pressione atmosferica (16 cavalli ùn ponu micca rompe l'emisferi vicini da quale l'aria hè stata pompata!)

Robert Boyle in u 1661 hà datu una definizione pratica di un elementu chimicu cum'è una sustanza chì ùn pò micca esse divisa in i so cumpunenti per l'analisi chimica (3). Cridia chì a materia hè custituita da particeddi chjuchi, solidi è indivisibili chì sò diffirenti in forma è grandezza. Cumminendu, formanu molécule di composti chimichi chì custituiscenu a materia.

Boyle chjamava sti particelle minuscule corpuscles, o "corpuscles" (un diminutivu di a parola latina corpus = corpu). I punti di vista di Boyle sò senza dubbitu influinzati da l'invenzione di a pompa di vacuum (Otto von Guericke, 1650) è da a migliione di e pompe à pistoni per a compressione di l'aria. L'esistenza di un vacuum è a pussibilità di cambià a distanza (per via di a cumpressione) trà e particelle di l'aria tistimuniavanu in favore di a tiuria di Democritu (4).

U più grande scientist di u tempu, Sir Isaac Newton, era ancu un scientist atomicu. (5). Basatu nantu à l'opinioni di Boyle, hà presentatu una ipotesi nantu à a fusione di u corpu in formazioni più grande. Invece di l'anticu sistema di ochji è ganci, u so ligame era - cumu altru - da gravità.

5. Ritrattu di Sir Isaac Newton (1642-1727), di G. Kneller.

Cusì, Newton hà unitu l'interazzione in tuttu l'Universu - una forza cuntrullava u muvimentu di i pianeti è a struttura di i più chjuchi cumpunenti di a materia. U scientist hà cridutu chì a luce hè ancu custituita da corpusculi.

Oghje sapemu chì era "a mità di dirittu" - numerosi interazzione trà a radiazione è a materia sò spiegati da u flussu di fotoni.

A chimica entra in ghjocu

Finu à quasi a fine di u seculu XNUMX, l'atomi eranu a prerogativa di i fisici. Tuttavia, hè stata a rivoluzione chimica iniziata da Antoine Lavoisier chì hà fattu l'idea di a struttura granulare di a materia generalmente accettata.

A scuperta di a struttura cumplessa di l'elementi antichi - acqua è aria - infine refuted a tiuria di Aristòtele. À a fine di u XNUMXu seculu, a lege di a cunsirvazione di a massa è a credenza in l'impossibilità di a trasfurmazioni di l'elementi ùn anu micca causatu obiezioni. Scale sò diventate equipaggiu standard in u laboratoriu chimicu.

6. John Dalton (1766-1844)

Grazie à u so usu, hè statu nutatu chì l'elementi si combinanu cù l'altri, furmendu certi cumposti chimichi in proporzioni di massa constante (indipendentemente da a so origine - naturali o artificiale - è u metudu di sintesi).

Questa osservazione hè diventata facilmente spiegabile si assume chì a materia hè custituita di parti indivisibili chì custituiscenu un unicu tutale. atomi. U creatore di a teoria muderna di l'atomu, John Dalton (1766-1844) (6), hà seguitu sta strada. Un scientist in u 1808 hà dichjaratu chì:

1. L'atomi sò indistruttibili è immutabili (questu, sicuru, escludeva a pussibilità di trasfurmazioni alchimichi).
2. Tutta a materia hè fatta di atomi indivisibili.
3. Tutti l'atomi di un elementu datu sò listessi, vale à dì, anu a stessa forma, massa è pruprietà. Tuttavia, diversi elementi sò custituiti da diversi atomi.
4. In riazzioni chimichi, solu a manera di unisce l'atomi cambia, da quale molécule di composti chimichi sò custruiti - in certi proporzioni (7).

Un'altra scuperta, ancu basatu annantu à l'osservazione di u cursu di i cambiamenti chimichi, era l'ipotesi di u fisicu talianu Amadeo Avogadro. U scientist ghjunse à a cunclusione chì volumi uguali di gasi in i stessi cundizioni (pressione è temperatura) cuntenenu u listessu numaru di molécule. Sta scuperta hà permessu di stabilisce e formule di parechji cumposti chimichi è determinà e masse atomi.

7. Simbuli atomichi utilizati da Dalton (New System of Chemical Philosophy, 1808)

8. Solidi platonici - simboli di atomi di "elementi" antichi (Wikipedia, autore: Maxim Pe)

Quante volte à cutà?

L'apparizione di l'idea di l'atomu era assuciata cù a quistione: "Ci hè una fine di a divisione di a materia?". Per esempiu, pigliemu una mela cù un diametru di 10 cm è un cuteddu è cuminciamu à slice u fruttu. Prima, a mità, poi a mità di una mela in duie parte più (paralleli à u tagliu precedente), etc. Dopu qualchì volta, sicuru, finiremu, ma nunda ùn impedisce di cuntinuà l'esperimentu in l'imaginazione di un atomu? Mille, un milione, forse di più ?

Dopu avè manghjatu una mela a fette (delicious!), Cuminciamu i calculi (quelli chì cunnoscenu u cuncettu di una progressione geomètrica avarà menu prublemi). A prima divisione ci darà a mità di u fruttu cù un grossu di 5 cm, u prossimu tagliu ci darà una fetta cù un grossu di 2,5 cm, etc. ... 10 battuti! Dunque, u "caminu" à u mondu di l'atomi ùn hè micca longu.

*) Aduprate un cuteddu cù una lama infinitamente fina. In fatti, un tali ogettu ùn esiste micca, ma postu chì Albert Einstein in a so ricerca hà cunsideratu treni chì si movenu à a vitezza di a luce, avemu ancu permessu - per i scopi di un esperimentu di pensamentu - per fà l'assunzione sopra.

atomi platonici

Platone, unu di i più grandi menti di l'antichità, hà descrittu l'atomi di quale l'elementi anu da esse cumposti in u dialogu Timachos. Sti furmazioni avianu a forma di poliedri rigulari (solidi platonici). Allora, u tetraedru era un atomu di focu (cum'è u più chjucu è u più volatile), l'octaedru era un atomu di l'aria, è l'icosaedru era un atomu d'acqua (tutti i solidi anu pareti di trianguli equilateri). Un cubu di quadrati hè un atomu di a terra, è un dodecaedru di pentagoni hè un atomu di un elementu ideale - l'etere celeste (8).