Доказательства непрерывного хаотического (теплового) движения атомов

Молекулярно-кинетическая теория вещества

В своих лекциях по физике Ричард Фейнман пишет: «Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными и к грядущим поколениям перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, состоящее из наименьшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию? Я считаю, что это – атомная гипотеза: все тела состоят из атомов – маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому. В одной этой фразе содержится невероятное количество информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения и чуть соображения».

Вопрос о том, является ли вещество сплошным (бесконечно делимым) или состоит из дискретных частиц – носителей свойств этого вещества, оставался открытым вплоть до ХХ века. Хотя уже древние греки (Демокрит) высказывали утверждения, что существуют частицы (атомы) вещества, которые нельзя разделить на меньшие части («атом» – неделимый). «Когда мы смотрим на гору песка, она кажется нам единым телом, но подойдя ближе, мы различаем отдельные песчинки». Прочность тел объяснялась зацеплением атомов друг за друга, а изменение состояния (например, сгорание дерева) – изменением атомных комбинаций. Вплоть до ХХ века, когда люди научились «видеть» атомы, доказательства их существования были лишь косвенными. Но они были настолько убедительными, что уже в XVIII-XIX веках существование атомов вызывало мало сомнений. (с энергией все было куда более запутанней).

Доказательства существования атомов:

1. Закон кратных масс. Простые вещества вступают в химические реакции в массовом соотношении как отношение небольших целых чисел. Если их брать в других массовых отношениях, то один из реагентов останется неиспользованным. С точки зрения сплошных сред вещества должны реагировать в любых массовых пропорциях.

2. Рассеяние рентгеновских лучей на кристаллах показало, что они имеют строго определенную геометрическую структуру. Причем расстояния между кристаллическими плоскостями соответствуют размерам атомов, определенных с помощью закона Авогадро.

3. Атомы можно наблюдать непосредственно с помощью атомного силового или электронного микроскопа. Размер атома примерно 10^-8 см = 1 Ǻ (1 ангстрем)

1. В механически неподвижной среде наблюдается диффузия – взаимное проникновение веществ друг в друга. При этом массовые потоки вещества отсутствуют. С повышением нагретости тел темп диффузии возрастает.

2. Броуновское движение. Малые тела (пыльца растений, капли жира в молоке), которые можно наблюдать в оптический микроскоп (размер 0.01 – 0.001 мм) испытывают необъяснимое хаотическое движение в полностью неподвижной среде. Темп этого движения возрастает с нагреванием среды. Чем меньше частица – тем интенсивнее броуновское движение.

Оба этих явления можно легко объяснить тепловым движением атомов и их взаимодействием с броуновской частицей.