युगानुयुगे अणूसह - भाग 1

गेल्या शतकाला अनेकदा "अणूचे वय" असे संबोधले जाते. त्या फार दूरच्या वेळी, आपल्या सभोवतालचे जग बनवणाऱ्या “विटांचे” अस्तित्व शेवटी सिद्ध झाले आणि त्यांच्यातील सुप्त शक्ती मुक्त झाल्या. अणूच्याच कल्पनेला, तथापि, खूप मोठा इतिहास आहे, आणि पदार्थाच्या संरचनेच्या ज्ञानाच्या इतिहासाची कथा प्राचीन काळाचा संदर्भ असलेल्या शब्दांशिवाय सुरू केली जाऊ शकत नाही.

1. राफेलच्या फ्रेस्को "द स्कूल ऑफ अथेन्स" चा एक तुकडा, ज्यामध्ये प्लेटो (उजवीकडे, तत्वज्ञानी लिओनार्डो दा विंचीची वैशिष्ट्ये आहेत) आणि अॅरिस्टॉटलचे चित्रण करते

"आधीच जुना..."

… तत्वज्ञानी या निष्कर्षापर्यंत पोहोचले की सर्व निसर्गात अभेद्यपणे लहान कण असतात. अर्थात, त्यावेळी (आणि त्यानंतर बराच काळ) शास्त्रज्ञांना त्यांच्या गृहितकांची चाचणी घेण्याची संधी मिळाली नाही. ते केवळ निसर्गाचे निरीक्षण स्पष्ट करण्याचा आणि प्रश्नाचे उत्तर देण्याचा प्रयत्न होता: "पदार्थ अनिश्चित काळासाठी क्षय होऊ शकतो, किंवा विखंडन समाप्त आहे?«

विविध सांस्कृतिक मंडळांमध्ये (प्रामुख्याने प्राचीन भारतात) उत्तरे दिली गेली, परंतु विज्ञानाच्या विकासावर ग्रीक तत्त्वज्ञांच्या अभ्यासाचा प्रभाव पडला. "यंग टेक्निशियन" च्या गेल्या वर्षीच्या सुट्टीच्या अंकांमध्ये, वाचकांनी प्राचीन ग्रीसमध्ये सुरू झालेल्या घटकांच्या ("डेंजर्स विथ द एलिमेंट्स", MT 7-9/2014) च्या शोधाच्या शतकानुशतके जुन्या इतिहासाबद्दल जाणून घेतले. पूर्व XNUMX व्या शतकात, मुख्य घटक ज्यापासून पदार्थ (घटक, घटक) तयार केले जातात ते विविध पदार्थांमध्ये शोधले गेले: पाणी (थेल्स), हवा (अ‍ॅनॅक्सिमेन्स), अग्नि (हेराक्लिटस) किंवा पृथ्वी (झेनोफेन्स).

एम्पेडोकल्सने त्या सर्वांचा समेट केला आणि घोषित केले की पदार्थ एक नसून चार घटकांचा आहे. अॅरिस्टॉटल (इ.स.पू. 1ले शतक) ने आणखी एक आदर्श पदार्थ जोडला - इथर, जो संपूर्ण विश्व भरतो आणि घटकांच्या परिवर्तनाची शक्यता घोषित केली. दुसरीकडे, विश्वाच्या केंद्रस्थानी असलेल्या पृथ्वीचे निरीक्षण आकाशाने केले, जे नेहमी अपरिवर्तित होते. ऍरिस्टॉटलच्या अधिकाराबद्दल धन्यवाद, पदार्थाच्या संरचनेचा हा सिद्धांत आणि संपूर्ण दोन हजार वर्षांहून अधिक काळ योग्य मानला गेला. इतर गोष्टींबरोबरच, रसायनशास्त्राच्या विकासाचा आधार बनला आणि म्हणूनच रसायनशास्त्राचा (XNUMX).

2. डेमोक्रिटस ऑफ अब्देरा (460-370 ईसापूर्व)

तथापि, समांतर आणखी एक गृहीतक देखील विकसित केले गेले. ल्युसिपस (इ.पू. XNUMXवे शतक) यांचा असा विश्वास होता की पदार्थ बनलेले आहेत खूप लहान कण व्हॅक्यूममध्ये फिरत आहे. तत्त्ववेत्ताचे विचार त्याच्या विद्यार्थ्याने विकसित केले होते - डेमोक्रिटस ऑफ अब्देरा (सी. 460-370 ईसापूर्व) (2). त्याने पदार्थाचे अणू बनवणारे “ब्लॉक्स” म्हटले (ग्रीक अणू = अविभाज्य). त्यांनी असा युक्तिवाद केला की ते अविभाज्य आणि अपरिवर्तित आहेत आणि विश्वातील त्यांची संख्या स्थिर आहे. अणू व्हॅक्यूममध्ये फिरतात.

जेव्हा अणू ते जोडलेले आहेत (हुक आणि डोळ्यांच्या प्रणालीद्वारे) - सर्व प्रकारची शरीरे तयार होतात आणि जेव्हा ते एकमेकांपासून वेगळे होतात - शरीरे नष्ट होतात. डेमोक्रिटसचा असा विश्वास होता की असंख्य प्रकारचे अणू आहेत, आकार आणि आकारात भिन्न आहेत. अणूंची वैशिष्ट्ये पदार्थाचे गुणधर्म ठरवतात, उदाहरणार्थ, गोड मध गुळगुळीत अणूंनी बनलेला असतो आणि आंबट व्हिनेगर कोनीय अणूंनी बनलेला असतो; पांढरे शरीर गुळगुळीत अणू बनवतात आणि काळ्या शरीरात खडबडीत पृष्ठभाग असलेले अणू बनतात.

सामग्री ज्या प्रकारे जोडली जाते त्याचा देखील पदार्थाच्या गुणधर्मांवर परिणाम होतो: घन पदार्थांमध्ये, अणू एकमेकांना घट्ट चिकटलेले असतात आणि मऊ शरीरात ते सैलपणे स्थित असतात. डेमोक्रिटसच्या मतांचे सार हे विधान आहे: "खरं तर, फक्त शून्यता आणि अणू आहेत, बाकी सर्व काही एक भ्रम आहे."

नंतरच्या शतकांमध्ये, डेमोक्रिटसचे विचार एकामागोमाग दार्शनिकांनी विकसित केले होते, प्लेटोच्या लेखनात काही संदर्भ देखील आढळतात. एपिक्युरस - उत्तराधिकारींपैकी एक - अगदी त्यावर विश्वास ठेवला अणू त्यामध्ये आणखी लहान घटक ("प्राथमिक कण") असतात. तथापि, पदार्थाच्या संरचनेचा अणुवादी सिद्धांत ऍरिस्टॉटलच्या घटकांपुढे गमावला. किल्ली - तेव्हाही - अनुभवात सापडली. जोपर्यंत अणूंच्या अस्तित्वाची पुष्टी करणारी साधने नव्हती, तोपर्यंत घटकांचे परिवर्तन सहज लक्षात येत होते.

उदाहरणार्थ: जेव्हा पाणी गरम होते (थंड आणि ओले घटक), हवा प्राप्त होते (गरम आणि ओले वाफ), आणि माती पात्राच्या तळाशी राहते (पाण्यात विरघळलेल्या पदार्थांचे थंड आणि कोरडे पर्जन्य). गहाळ गुणधर्म - उबदारपणा आणि कोरडेपणा - आग द्वारे प्रदान केले गेले होते, ज्यामुळे जहाज गरम होते.

अचलता आणि स्थिर अणूंची संख्या त्यांनी निरीक्षणांचाही विरोध केला, कारण १९व्या शतकापर्यंत सूक्ष्मजीव "शक्याबाहेर" बाहेर पडतात असे मानले जात होते. डेमोक्रिटसच्या मतांनी धातूंच्या परिवर्तनाशी संबंधित अल्केमिकल प्रयोगांना कोणताही आधार दिला नाही. अनंत प्रकारच्या अणूंची कल्पना करणे आणि त्यांचा अभ्यास करणे देखील अवघड होते. प्राथमिक सिद्धांत खूपच सोपा वाटला आणि आजूबाजूच्या जगाचे अधिक खात्रीपूर्वक स्पष्टीकरण दिले.

3. रॉबर्ट बॉयल (1627-1691) यांचे जे. केर्सबूम यांचे पोर्ट्रेट.

पडणे आणि पुनर्जन्म

शतकानुशतके, अणु सिद्धांत मुख्य प्रवाहातील विज्ञानापासून वेगळे आहे. तथापि, ती शेवटी मरण पावली नाही, तिच्या कल्पना टिकून राहिल्या, प्राचीन लेखनाच्या अरबी तत्त्वज्ञानाच्या अनुवादाच्या रूपात युरोपियन शास्त्रज्ञांपर्यंत पोहोचल्या. मानवी ज्ञानाच्या विकासाबरोबर अॅरिस्टॉटलच्या सिद्धांताचा पायाच ढासळू लागला. निकोलस कोपर्निकसची सूर्यकेंद्री प्रणाली, कोठूनही उद्भवलेली सुपरनोव्हाची पहिली निरीक्षणे (टायको डी ब्रॅचे), ग्रहांच्या गतीच्या नियमांचा शोध (जोहान्स केप्लर) आणि गुरूचे चंद्र (गॅलिलिओ) याचा अर्थ सोळाव्या आणि सतराव्या वर्षी झाला. शतकानुशतके, जगाच्या सुरुवातीपासून लोकांनी आकाशाखाली राहणे बंद केले. पृथ्वीवर देखील, अॅरिस्टॉटलच्या विचारांचा शेवट होता.

रसायनशास्त्रज्ञांच्या शतकानुशतके प्रयत्नांनी अपेक्षित परिणाम आणले नाहीत - ते सामान्य धातूंचे सोन्यामध्ये रूपांतर करण्यात अयशस्वी झाले. अधिकाधिक शास्त्रज्ञांनी स्वतःच घटकांच्या अस्तित्वावर प्रश्नचिन्ह उभे केले आणि डेमोक्रिटसचा सिद्धांत लक्षात ठेवला.

4. मॅग्डेबर्ग गोलार्धांसह 1654 च्या प्रयोगाने व्हॅक्यूम आणि वायुमंडलीय दाबाचे अस्तित्व सिद्ध केले (16 घोडे शेजारच्या गोलार्धांना तोडू शकत नाहीत ज्यामधून हवा बाहेर काढली गेली!)

रॉबर्ट बॉयल यांनी 1661 मध्ये रासायनिक घटकाची व्यावहारिक व्याख्या एक पदार्थ म्हणून दिली जी रासायनिक विश्लेषणाद्वारे त्याच्या घटकांमध्ये विभागली जाऊ शकत नाही (3). त्यांचा असा विश्वास होता की पदार्थात लहान, घन आणि अविभाज्य कण असतात जे आकार आणि आकारात भिन्न असतात. एकत्रित केल्याने ते रासायनिक संयुगेचे रेणू तयार करतात जे पदार्थ बनवतात.

बॉयलने या लहान कणांना कॉर्पसल्स किंवा "कॉर्पसल्स" (लॅटिन शब्द कॉर्पस = बॉडीचा एक छोटासा शब्द) म्हटले. व्हॅक्यूम पंप (ओट्टो वॉन गुएरिक, 1650) आणि हवा दाबण्यासाठी पिस्टन पंपांच्या सुधारणांमुळे बॉयलच्या विचारांवर निःसंशयपणे प्रभाव पडला. व्हॅक्यूमचे अस्तित्व आणि हवेच्या कणांमधील अंतर (संक्षेपणाच्या परिणामी) बदलण्याची शक्यता डेमोक्रिटस (4) च्या सिद्धांताच्या बाजूने साक्ष दिली.

त्या काळातील महान शास्त्रज्ञ सर आयझॅक न्यूटन हे देखील अणुशास्त्रज्ञ होते. (5). बॉयलच्या विचारांच्या आधारे, त्याने शरीराच्या संमिश्रण मोठ्या आकारात बनविण्याविषयी एक गृहितक मांडले. आयलेट्स आणि हुकच्या प्राचीन प्रणालीऐवजी, त्यांचे बांधणे - इतर कसे - गुरुत्वाकर्षणाने होते.

५. सर आयझॅक न्यूटन (१६४२-१७२७), जी. केनेलर यांचे पोर्ट्रेट.

अशा प्रकारे, न्यूटनने संपूर्ण विश्वातील परस्परसंवाद एकत्र केले - एका शक्तीने ग्रहांची हालचाल आणि पदार्थाच्या सर्वात लहान घटकांची रचना दोन्ही नियंत्रित केली. शास्त्रज्ञाचा असा विश्वास होता की प्रकाशात देखील कॉर्पसल्स असतात.

आज आपल्याला माहित आहे की तो "अर्धा बरोबर" होता - रेडिएशन आणि पदार्थ यांच्यातील असंख्य परस्परसंवाद फोटॉनच्या प्रवाहाद्वारे स्पष्ट केले जातात.

रसायनशास्त्र खेळात येते

जवळजवळ XNUMX व्या शतकाच्या अखेरीपर्यंत, अणू हे भौतिकशास्त्रज्ञांचे विशेषाधिकार होते. तथापि, एंटोइन लॅव्हॉइसियरने सुरू केलेली ही रासायनिक क्रांती होती ज्यामुळे पदार्थाच्या दाणेदार संरचनेची कल्पना सामान्यतः स्वीकारली गेली.

प्राचीन घटकांच्या जटिल संरचनेचा शोध - पाणी आणि हवा - शेवटी अॅरिस्टॉटलच्या सिद्धांताचे खंडन केले. XNUMX व्या शतकाच्या शेवटी, वस्तुमानाच्या संवर्धनाच्या कायद्याने आणि घटकांच्या परिवर्तनाच्या अशक्यतेवरील विश्वासाने देखील आक्षेप घेतला नाही. रासायनिक प्रयोगशाळेत स्केल मानक उपकरणे बनली आहेत.

६. जॉन डाल्टन (१७६६-१८४४)

त्याच्या वापराबद्दल धन्यवाद, हे लक्षात आले की घटक एकमेकांशी एकत्रित होतात, स्थिर वस्तुमान प्रमाणात विशिष्ट रासायनिक संयुगे तयार करतात (त्यांचे मूळ - नैसर्गिक किंवा कृत्रिमरित्या प्राप्त केलेले - आणि संश्लेषणाची पद्धत).

जर आपण असे गृहीत धरले की पदार्थात अविभाज्य भाग असतात जे एक संपूर्ण बनवतात तर हे निरीक्षण सहज स्पष्टीकरणीय बनले आहे. अणू. अणूच्या आधुनिक सिद्धांताचा निर्माता, जॉन डाल्टन (1766-1844) (6), याने या मार्गाचा अवलंब केला. 1808 मध्ये एका शास्त्रज्ञाने असे म्हटले आहे की:

1. अणू अविनाशी आणि अपरिवर्तनीय आहेत (यामुळे, अर्थातच, रसायनिक परिवर्तनाची शक्यता नाकारली जाते).
2. सर्व पदार्थ अविभाज्य अणूंनी बनलेले आहेत.
3. दिलेल्या घटकाचे सर्व अणू सारखेच असतात, म्हणजेच त्यांचा आकार, वस्तुमान आणि गुणधर्म समान असतात. तथापि, भिन्न घटक वेगवेगळ्या अणूंनी बनलेले असतात.
4. रासायनिक अभिक्रियांमध्ये, केवळ अणूंना जोडण्याचा मार्ग बदलतो, ज्यामधून रासायनिक संयुगेचे रेणू तयार केले जातात - विशिष्ट प्रमाणात (7).

रासायनिक बदलांचे निरीक्षण करण्यावर आधारित आणखी एक शोध, इटालियन भौतिकशास्त्रज्ञ अमादेओ एवोगॅड्रो यांची गृहीतक होती. शास्त्रज्ञ या निष्कर्षापर्यंत पोहोचले की समान परिस्थितीत (दबाव आणि तापमान) समान प्रमाणात वायूंचे रेणू असतात. या शोधामुळे अनेक रासायनिक संयुगांची सूत्रे स्थापित करणे आणि वस्तुमान निश्चित करणे शक्य झाले अणू.

7. डाल्टन (रासायनिक तत्वज्ञानाची नवीन प्रणाली, 1808) द्वारे वापरलेली अणु चिन्हे

8. प्लॅटोनिक घन - प्राचीन "मूल घटक" च्या अणूंचे प्रतीक (विकिपीडिया, लेखक: मॅक्सिम पे)

किती वेळा कापायचे?

अणूच्या कल्पनेचा उदय या प्रश्नाशी संबंधित होता: "पदार्थाच्या विभाजनाचा अंत आहे का?". उदाहरणार्थ, 10 सेमी व्यासाचे एक सफरचंद आणि चाकू घेऊ आणि फळाचे तुकडे करू. प्रथम, अर्धा, नंतर अर्धा सफरचंद आणखी दोन भागांमध्ये (मागील कट समांतर), इत्यादी. काही वेळानंतर, अर्थातच, आपण पूर्ण करू, परंतु एका अणूच्या कल्पनेत प्रयोग सुरू ठेवण्यापासून काहीही प्रतिबंधित करत नाही? एक हजार, एक दशलक्ष, कदाचित अधिक?

कापलेले सफरचंद खाल्ल्यानंतर (स्वादिष्ट!), चला गणना सुरू करूया (ज्यांना भौमितिक प्रगतीची संकल्पना माहित आहे त्यांना कमी त्रास होईल). पहिली विभागणी आम्हाला 5 सेमी जाडीची अर्धी फळे देईल, पुढील कट आम्हाला 2,5 सेमी जाडीचा तुकडा देईल, इत्यादी ... 10 मारलेले! म्हणून, अणूंच्या जगाचा "मार्ग" लांब नाही.

*) अनंत पातळ ब्लेडसह चाकू वापरा. खरं तर, अशी वस्तू अस्तित्वात नाही, परंतु अल्बर्ट आइनस्टाइनने त्यांच्या संशोधनात प्रकाशाच्या वेगाने चालणाऱ्या ट्रेन्सचा विचार केला असल्याने, आम्हाला वरील गृहीतक करण्यासाठी - विचार प्रयोगाच्या हेतूने - परवानगी आहे.

प्लेटोनिक अणू

पुरातन काळातील महान विचारांपैकी एक असलेल्या प्लेटोने टिमाकोस संवादात ज्या अणूंचे घटक बनवले जातील त्यांचे वर्णन केले. या फॉर्मेशन्समध्ये नियमित पॉलिहेड्रा (प्लेटोनिक सॉलिड्स) चे स्वरूप होते. तर, टेट्राहेड्रॉन हा अग्नीचा अणू होता (सर्वात लहान आणि सर्वात अस्थिर म्हणून), अष्टाहेड्रॉन हा हवेचा अणू होता आणि आयकोसेड्रॉन हा पाण्याचा अणू होता (सर्व घन पदार्थांना समभुज त्रिकोणाच्या भिंती असतात). चौरसांचा घन हा पृथ्वीचा एक अणू आहे आणि पंचकोनचा डोडेकाहेड्रॉन हा एका आदर्श घटकाचा अणू आहे - आकाशीय इथर (8).