История возникновения атомистики
В учении Эмпедокла (490-430 гг. до
н.э.) были обобщены взгляды
предшественников и утверждалось, что
за первичные начала всех вещей
необходимо принять огонь, воздух,
воду и землю.
Одновременно с Эмпедоклом возникло
и другое учение - древнегреческая
атомистика. Основоположниками этого
учения считаются древнегреческий
философ Левкипп (500-440 гг. до н.э.)
и его ученик и друг Демокрит (470-360
гг. до н.э.). По их мнению, все вещи
состоят из мельчайших частиц, далее
уже неделимых - атомов [от греческого
атомос (atomos) "нерассекаемый",
"неделимый"]. Сочинения Левкиппа и
Демокрита до нас не дошли, но
согласно пересказу их работ в трудах
других древнегреческих философов,
Демокрит так высказывался об атомном
строении тел: "Начала вселенной -
атомы и пустота. Все же остальное
существует лишь во мнении... Атомы не
поддаются никакому воздействию,
которое бы изменило их, и они
неизменяемы вследствие твердости...,
деление материи останавливается на
атомах [далее неделимых] и не идет в
бесконечность. Атомы суть
всевозможные маленькие тела, пустота
же некоторое место, в котором все эти
тела в течение всей вечности, носясь
вверх и вниз, или сплетаются
каким-нибудь образом между собой, или
наталкиваются друг на друга и
отскакивают, расходятся и сходятся
снова между собой в такие соединения,
и таким образом они производят и все
прочие сложные и наши тела, и их
состояния и ощущения".
Учение Левкиппа и Демокрита развил
Эпикур (341-271 гг. до н.э.). Труды
Эпикура дошли до нас в поэтическом
изложении в виде поэмы Тита Лукреция
(99-55 гг. до н.э.) "О природе вещей".
Сначала мы приведем некоторые мысли
автора в вольном изложении, а чуть
ниже - достаточно большую цитату:
"Вселенная вечна, так как атомы, из
которых состоят все тела мира, вечны и
неистребимы, поэтому из ничего не
может возникнуть мир даже по Божьей
воле. Атомы различных веществ
различаются по форме, этим
объясняется разнообразие в свойствах
тел. Так, горькие на вкус вещества
состоят из атомов, обладающих
острыми и колючими углами. Тела
состоят либо из одинаковых частиц
(атомов), либо из различных первичных
частиц, которые не в состоянии
разрушить никакая сила". Иногда
утверждают, что древнегреческая
натурфилософия была плодом
философских рассуждений, не
связанных с окружающими явлениями.
Древнегреческие философы
действительно не ставили прямых
экспериментов, но они были
внимательными наблюдателями
явлений в окружающем их мире.
Теперь посмотрим, как выглядит
фрагмент из книги "О природе вещей":
Всякий раз, когда солнечный свет
проникает
В наши жилища и мрак прорезает
своими лучами,
Множество маленьких тел в пустоте
ты увидишь, мелькая,
Мечутся взад и вперед в лучистом
сиянии света;
Будто бы в вечной борьбе они бьются
в сраженьях и битвах,
В схватки бросаются вдруг по
отрядам, не зная покоя,
Или сходясь, или врозь беспрерывно
опять разлетаясь.
Можешь из этого ты уяснить себе,
как неустанно
Первоначала вещей в пустоте
необъятной мечутся.
Так о великих вещах помогают
составить понятье
Малые вещи, пути намечая для их
постиженья...
Поэма Лукреция оказала большое
влияние на последующее развитие
материалистических учений в
естествознании и философии.
Древнегреческая атомистика легла в
основу естественно-научного
материализма. В IV веке один из
виднейших идиологов христианства
блаженный Августин объявил учение
Левкиппа и Демокрита языческим и
несовместимым с догматами
христианства. С утверждением
господства в Европе
римско-католической церкви
преследования атомистов сделались
особенно жестокими. Так,
философ-материалист Джордано Бруно
(1548-1600), развивавший учение об
атомах (минимальных) как субстанции
всех вещей, 17 февраля 1600 г.
римско-католической инквизицией был
сожжен на костре в Риме. Церковь
разрешала следовать только взглядам
Аристотеля. Но даже и те ученые, кто
боялся порвать с религией, иногда
обращались к древнегреческой
атомистике. Так, Пьер Гассенди (1592 -
1655) - французский философ и физик -
в своих трудах критиковал учение
Аристотеля и по-своему пересказывал
учение атомистов, говоря, что Бог
сотворил определенное число
неделимых и непроницаемых атомов, из
которых составлены все тела мира,
атомы различаются по размеру и весу,
возникновение и уничтожение тел
объясняется лишь соединением атомов
и распадом этих тел на исходные
атомы, атомы непрерывно движутся в
пространстве и сталкиваются друг с
другом, тела состоят не из первичных
атомов, а из соединений, которые он
назвал "молекулами" (от слова moles
масса). По мнению Гассенди,
"невесомые флюиды" - теплота и свет -
также состоят из атомов.
Выдающийся вклад в "корпускулярную"
теорию внес Михаил Васильевич
Ломоносов (1711-1765). Вместо слова
"молекула" в XVIII веке говорили
"корпускула", а вместо слова "атом"
чаще говорили "элемент", считали, что
атомы и молекулы настолько малы, что
человек с помощью органов чувств
непосредственно ощутить их не может,
но тем не менее, все вещества состоят
из корпускул (молекул),
представляющих собой собрание
элементов (атомов), а также что
простые вещества состоят из
"однородных" корпускул, которые
содержат одинаковое число одних и
тех же элементов, а сложные вещества
состоят из "разнородных" корпускул.
Ломоносов использовал корпускулярную
теорию для объяснения на ее основе
ряда физических и химических явлений.
Ломоносов отрицал, что теплота
состоит из "невесомых флюидов",
разработал молекулярно-
кинетическую теорию теплоты:
"Теплота состоит во внутреннем
движении материи", поэтому он
пришел к выводу о существовании
абсолютного нуля температур, о
самопроизвольном переходе тепла от
нагретого тела к холодному (основная
идея второго начала термодинамики) и
определил причины испарения
жидкостей и растворения в них
твердых тел. Все это позволило
Ломоносову сформулировать
следующий Закон: "Все перемены, в
натуре случающиеся, такого суть
состояния, что сколько чего у одного
тела отнимется, столько присовокупится
к другому, так ежели где убудет
материи, то умножится в другом месте...
Сей всеобщий естественный закон
простирается и в самые правила
движения, ибо тело, движущее своею
силою другое, столько же оные у себя
теряет, сколько сообщает другому,
которое от него движение получает". В
1756 г. М.В.Ломоносов
экспериментально доказал
справедливость этого закона.
Независимо от него в 1789 г. на основе
проделанных опытов А.Лавуазье
подтвердил справедливость Закона
сохранения массы веществ при
протекании химических реакций.
Сейчас этот Закон формулируют так:
"Масса всех веществ, вступивших в
химическую реакцию, равна массе
всех веществ, образовавшихся в
результате реакции".
Химическая атомистика
Конец XVIII века ознаменовался
активным использованием в химии
количественных методов исследования
веществ при их анализе и при изучении
их превращений. Так, изучая
взаимодействие кислот и оснований с
образованием солей, немецкий ученый
И.Рихтер (1762-1807) составил ряды
относительных весовых количеств
кислот, которые необходимы для
нейтрализации определенного
количества какой-либо щелочи и,
наоборот, щелочей, необходимых для
нейтрализации какой-либо кислоты.
Так было введено в химию понятие
"стехиометрия" (от "стихия" и "мера").
Основной труд И.Рихтера назывался "О
применении математики в химии".
Однако И.Рихтер ошибочно полагал,
что при расположении чисел в рядах
нейтрализации в порядке их
возрастания, они должны
увеличиваться в порядке
арифметической или геометрической
прогрессии.
Французский ученый Ж.Пруст
(1754-1826), работая в прекрасно
оборудованной лаборатории в
Мадридском университете, исследовал
количественный состав солей олова,
меди, железа, никеля, сурьмы,
кобольта, серебра и золота
(1799-1806) и пришел к выводу:
"Соединение есть привилегированный
продукт, которому природа дала
постоянный состав. Природа, даже через
посредство людей, не производит
соединения иначе, как с весами в руках,
- по мере и весу. От одного полюса
Земли к другому соединения имеют
тождественный состав. Никакой
разницы мы не видим между окисью
железа южного полушария и северного;
японская киноварь имеет тот же состав,
как испанская киноварь; хлористое
серебро совершенно тождественно,
происходит ли оно из Перу или из
Сибири; во всем мире имеется только
один хлористый натрий, одна селитра,
одна сернокальциевая соль, одна
сернобариевая соль. Анализ
подтверждает эти факты на каждом
шагу". Сейчас Закон постоянства
состава формулируется так:
"Каждое индивидуальное
химическое вещество имеет
постоянный качественный и
количественный состав и
определенное химическое строение
независимо от способа его
получения".
Этот Закон утверждался Ж.Прустом в
жесткой борьбе с соотечественником,
признанным авторитетом того времени
в химии - К.Бертолле (1748-1822).
Научная дискуссия помогла химикам
четко осознать различие между
понятиями "соединение" и "смесь".
Смеси веществ действительно могут
иметь переменный состав.
Изучая соотношения между азотом и
кислородом в различных окислах азота,
английский ученый (физик и химик)
Джон Дальтон (1766-1844) пришел к
выводу, который и составил основное
содержание Закона кратных
отношений:
"Если два химических элемента
дают несколько соединений, то
весовые доли одного и того же
элемента в этих соединениях,
приходящиеся на одну и ту же
весовую долю второго элемента,
относятся между собой как
небольшие целые числа".
Пусть у нас имеются данные о
процентном содержании азота и
кислорода в трех оксидах: N2O, NO и
NO2. Рассчитаем, сколько весовых
частей кислорода приходится на одну
весовую часть азота в этих
соединениях: в N2O это 16/28, в NO -
16/14 или 32/28 и в NO2 - 32/14 или
64/28. Между собой эти величины
относятся как 1:2:4. Можно было бы
таким же образом рассчитать весовые
части азота, приходящиеся на одну
весовую часть кислорода в этих
окислах. Взяв их отношения, мы
получим 4:2:1. Используя данные о
процентном содержании углерода и
кислорода в окислах CO и CO2, легко
получить, что отношения весовых
частей кислорода, приходящиеся на
одну весовую часть углерода в этих
оксидах, равно 1:2. Самое простое и
естественное объяснение этим фактам
дала атомная теория. Так как
важнейшие исходные данные -
процентное содержание химических
элементов в рассматриваемых
соединениях - были получены на
основе химического анализа, а выводы
касались атомного строения
химических соединений, то все это
учение получило название химической
атомистики. Основные положения этой
теории Д.Дальтон сформулировал так :
1) материя состоит из мельчайших
первичных частиц или атомов;
2) атомы неделимы и не могут
создаваться или разрушаться;
3) все атомы данного элемента
одинаковы и имеют один и тот же
неизменный вес;
4) атомы разных элементов обладают
различным весом;
5) частица или соединение
сформированы из определенного числа
атомов, состоящих из них элементов;
6) вес сложной частицы представляет
собой сумму весов составляющих ее
атомов".
Д.Дальтон предложил первые
химические формулы для некоторых
простейших химических соединений.
Не имея экспериментальных данных о
числе атомов в молекуле, Д.Дальтон
был вынужден принять простейшие,
как он считал, отношения, что в
молекуле воды на один атом водорода
приходится один атом кислорода, в
аммиаке на один атом азота
приходится один атом водорода.
Д.Дальтон рассчитал относительные
атомные веса для некоторых
элементов, приняв атомный вес
водорода за единицу.
см. также
