Атомизм эпохи научной революциии

Первым возвращением к учению о дискретности материи можно считать труды французского философа Пьера Гассенди. Он вновь утверждал, что все существующее – это к атомы и пустота, а атом есть «некое заполненное, твердое тело, которое, не имея пустот, не имеет ни одного места, в котором оно могло бы быть разрезано, надрезано или расчленено». Атомы находятся в непрерывном хаотичном движении, что делает возможным их комбинации. Гассенди впервые ввел понятие «молекула» для обозначения частицы, состоящей из нескольких атомов, (molecula уменьшительное от латинского moles – масса). Однако большинство его современников естествоиспытателей оставались сторонниками идей Аристотеля.

Английским ученым сэром Исааком Ньютоном теория атомизма в явном виде не была сформулирована. Тем не менее, исследователи наследия Ньютона сходятся в том, что его рассуждения базировались на ощущении дискретности вещества и света. Материя Ньютона это – иерархия корпускул, образованная интенсивными силами взаимного притяжения частей.

Иерархическая схема строения вещества включает мельчайшие корпускулы первой сложности, которые могут сцепляться посредством «сильнейших притяжений», образуя корпускулы второй сложности большие частицы, но более слабые и «пористые», они, в свою очередь, могут сцепляться и составлять еще большие частицы с еще более слабой силой и так далее до составления тел заметной величины. «Неразложимость корпускул», образующих элементы, Исаак Ньютон полагал следствием ограниченных возможностей экспериментальной техники.

К концу XVII века сформировалось два взгляда на природу света:

1.Волновой: свет – это колебания мирового эфира (аналогично распространению звука в воздухе).

2.Корпускулярный: свет состоит из мелких частиц, излучаемых светящимся телом. Дискретность света доказывает прямолинейность его распространения – основа геометрической оптики. Но дифракция и интерференция с этой точки зрения необъяснимы.

Основоположники волновой оптики Роберт Гука и Христиан Гюйгенс были горячими сторонниками гипотезы распространения света импульсами и волнами.

Ньютона можно считать приверженцем корпускулярной теории. В трактате «Новая теория света и цветов» он писал, что свет не может быть просто колебаниями эфира, так как тогда он мог бы распространяться по изогнутой трубе, подобно звуку. Но, с другой стороны, он охотно допускал, что свет связан с колебаниями в эфире, что проявляется, например, в явлении дифракции. В своих работах Ньютон избегал ответа на вопрос о физической сути света, надеясь, по-видимому, что он будет найден в будущем, с развитием науки и техники эксперимента.

Русский ученый М.В. Ломоносов был сторонником атомистического взгляда на природу материи. Он полагал атомы, как шарообразные, не ощутимые физически частицы совершающие непрерывное внутреннее «коловратное» движение. Согласно Ломоносову «элемент (атом) есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших и отличающихся от него тел». «Корпускула (молекула) есть собрание элементов, образующее одну малую массу». «Однородные» корпускулы состоят из «одинакового числа одних и тех же элементов, соединённых одинаковым образом», и «разнородные» из разных. Идеи Михаила Васильевича предвосхитили молекулярно-кинетическую теорию. Он предположил существование абсолютного нуля, температуры, при которой прекращается всякое вращение атомов.

В начале XIX века английский химик Джон Дальтон нашёл экспериментальное подтверждение дискретности материи. Его перу принадлежат: закон парциальных давлений (закон Дальтона), закон растворимости газов в жидкостях (закон Генри-Дальтона) и закон кратных отношений.

Закон кратных отношений гласил: если два химических элемента образуют друг с другом более одного соединения, то массы одного элемента, приходящиеся на одну и ту же массу другого, относятся как целые числа, обычно небольшие. Основываясь на этом законе и законе постоянства состава, Дальтон разработал свою атомно-молекулярную теорию. Основные идеи Дальтона состоят в следующем:

- Все вещества состоят из большого числа атомов (простых или сложных).

- Атомы одного вещества полностью тождественны. Простые атомы абсолютно неизменны и неделимы.

- Атомы различных элементов способны соединяться между собой в определённых соотношениях.

- Важнейшим свойством атомов является атомный вес.

Считается, что именно перу Джона Дальтона принадлежит первая таблица относительных атомных весов (рис.3).

Рисунок 3.Таблица атомных весов элементов Дж. Дальтона (1808г.)

К середине XIX века споры о структуре материи в научных кругах не утихали. Английский физик Уильям Томсон (впоследствии лорд Кельвин), предпринял попытку отойти об преставления атомов, как мельчайших твердых корпускул, придав им некую волновую составляющую. Его атомы являли собой мельчайшие вихри, узлы. Атом рассматривался, как выхваченная из эфира волна, свернутая в узкий луч, закрученный и возвращающийся к своему началу, подобно змее, кусающей себя за хвост. Этот луч мог многократно перекручиваться, образуя тем самым узел. Тип этого узла и предопределял физико-химические свойства атома. Несколько сплетенных между собой атомов-вихрей соединялись в молекулы (рис.4)

Рисунок 4. а) Узлы, которые могли являться моделями атомов водорода, кислорода и углерода.

б) Рисунок У. Томсона, иллюстрирующий переплетение трех вихрей эфира.

Физик Джеймс Кларк Максвелл поддержал эту идею, посчитав, что она согласуется с опытом лучше, чем любая другая. Для дальнейшего развития теории было необходимо классифицировать узлы и отождествить каждый тип узла с атомом какого-либо элемента. Например, тривиальный узел, трилистник и восьмерка могли стать моделями атомов кислорода, углерода и водорода. Таблица форм всевозможных узлов явилась бы таблицей всех материальных элементов.

В начале ХХ века, когда физика шагнула далеко вперед, лорд Кельвин выдвинул новое предположение, что атом представляет собой равномерное сферическое распределение «положительного электричества»и определенное число электронов, нейтрализующих положительный заряд. Электроны внутри атома располагаются на круговых орбитах, концентричных границе атома и вращаются вокруг центра. На базе этой гипотезы была построена «пудинговая» модель атома Дж.Дж. Томсона.

Во второй четверти XIX века химическое научное сообщество ищет зависимость химических свойств элементов от атомного веса. В 1869 году Дмитрий Иванович Менделеев сформулировал периодический закон и составил на его основе систему элементов. На основании гипотезы о том, атомный вес предопределяет химические свойства элемента, Менделеев скорректировал атомные веса некоторых элементов, мог описать свойства неоткрытых ещё элементов, например, экабора (скандия), экаалюминия (галлия) и экасилиция (германия).