shkolaw.in.ua 1

на тему:

«Розвиток атомно-молекулярного вчення»

План.
Вступ.
1.
Розвиток атомно-молекулярного вчення.
2. Зародження атомної теорії

3. Атомістичні уявлення античних філософів

4. Витоки атомно-корпускулярних уявлень

5. Створення вчення про складну будову атома


6. Сучасні уявлення про будову атома
Висновки

Література.



Вступ.
"Якби в результаті якоїсь світової катастрофи всі накопичені наукові знання були б знищені, і майбутнім поколінням живих істот перейшла б одна лише фраза, то яке б твердження, складене з найменшої кількості слів, принесло б найбільшу інформацію? Я вважаю, що це атомна гіпотеза (можна назвати її гіпотезою, а не фактом, але це нічого не змінює): всі тіла складаються з атомів – маленьких тілець, які знаходяться в безперервному русі, притягуються на невеликих відстанях, але відштовхуються, якщо одне з них щільніше притиснути до іншого. В одній цій фразі... міститься неймовірна кількість інформації про світ, варто лише прикласти до неї трохи уявлення і трохи кмітливості."
Американський фізик, лауреат

Нобелівської премії

Ричард Фейнман

1. Розвиток атомно-молекулярного вчення.
Провідною ідеєю атомно-молекулярного вчення, фундаменту сучасної фізики, хімії і природознавства, є ідея дискретності (перервності будови) речовини. Основні положення цього вчення можна сформулювати таким чином:

1.Всі речовини складаються з молекул. Молекула – найменша частка речовини, яка має всі хімічні властивості речовини.

2.Молекули складаються з атомів. Атом – найменша частинка елемента в хімічній сполуці. Різним елементам відповідають різні атоми.

3.Молекули і атоми знаходяться у безперервному русі.

4.При хімічних реакціях молекули одних простих речовин перетворюються в молекули інших речовин. Атоми при хімічних реакціях не змінюються.


З висоти сучасної науки основні положення атомно-молекулярної теорії здаються прописними істинами. Але давайте відхилимося від відомих наукових результатів і спробуємо, як вчені минулого, відповісти на два питання:

1.З чого складається речовина?

2.Чому речовини бувають різними і чому одні речовини можуть перетворюватися в інші?

На вирішення цих питань витрачено понад 2000 років.

Період в два тисячоліття можна розмежувати на декілька етапів:

1.Зародження атомної теорії, створення ідеї про існування атомів (вчення давніх філософів Індії та Китаю, антична філософія);

2.Витоки атомно-корпускулярних уявлень (Декарт, Гассенді, Бойль, Ньютон, Дальтон);

3.Створення і становлення атомно-молекулярного вчення (Гей-Люссак, Ампер, Дюма, Лоран, Жерар, Авогадро, Канніццаро, Берцеліус, Праут, Фарадей, Бутлеров, Менделєєв, Вант-Гофф, Ван-дер-Ваальс, Кекуле, Купер, Вільямсон, Максвелл);

4.Створення вчення про складну будову атома (Д.Томсон, Содді, Резерфорд, Мозлі, Гельмгольц, Нернст, Абегг, Штарк, Арреніус, Беккерель, подружжя Кюрі);

5.Розвиток сучасних електронних і квантово-механічних теорій.

2. Зародження атомної теорії
Перші уявлення про склад речовини з'явилися в сиву давнину в руслі загальних філософських уявлень про оточуючий світ.

Наприклад, у давній Індії серед багатьох різних філософських шкіл існували матеріалістичні напрямки. Найпоширенішим з них є матеріалістичний напрямок локаята – вчення, спрямоване на світ. Згідно локаятикам, людина складається з чотирьох матеріальних елементів – землі, води, вогню і повітря. При сполученні вони утворюють тіло, органи відчуття, і на їх основі виникає духовний початок.

У вченні Буди до чотирьох перелічених начал додається простір. Деякі філософи до п'яти елементів додавали ще й дерево та метал.

У китайській філософії вже в VIII-Vст. до н.е. мало широке поширення вчення про п'ять стихій або першоелементів (у сін) природи: вогню, води, дерева, металу і землі. Зв'язок п'яти "першооснов" створює все розмаїття явищ і речей.


Аналогічні вчення існували і в інших країнах стародавнього світу. Але найбільший вплив на розвиток вчення про склад речовини мали філософи Давньої Греції, які вперше усвідомили неподільність елементів речовини, без будь-яких інструментів і приладів окрім розумного ока і гострого розуму. Найвідоміший фізик сучасності, один з творців квантової механіки Е.Шредінгер у статті "2400 років квантовій теорії" погоджується з істориком грецької філософії Е.Гомперцом, який написав: "Сучасне атомістичне вчення – всього лише повторення теорії Левкіппа і Демокріта. Від неї воно народилося і є плоть від плоті її."

Атомістична теорія не була випадковою згадкою геніальних фантазерів. Вона була результатом строго логічних і дивно послідовних міркувань. Грецьких вчених не цікавили способи одержання тих чи інших речовин і методи їх практичного використання, вони не проводили експериментів. Давньогрецьких філософів цікавила, головним чином, сутність речовин і процесів, істину вони шукали в суперечці.

Фалес з міста Мілета – родоначальник теорії античних філософів. Він вважав за першооснову воду, а повітря і землю – продуктами перетворення води.

Анаксимандр з Мілета ввів поняття першопочатку всього сущого – "архе" ("початок", "принцип") і вважав першопочатком апейрон. В апейроні виникає протилежність гарячого і холодного, їх боротьба породжує космос; гаряче проявляється як вогонь, холодне перетворюється в небо і землю.

Анаксімен (що народився в Мілеті) – вважав одним початком всіх речовин повітря. Повітря – безкінечне, вічне, рухоме. При згущенні повітря спочатку утворюються хмари, потім утворюється вода, яка при ущільненні перетворюється на землю і каміння. Розряджаючись, повітря переходить у вогонь. Тут можна помітити ідею переходу кількості в якість.

Геракліт з Ефеса першопочатком всього сущого вибрав непостійний і завжди змінний "елемент" – вогонь, який постійно змінюється сам і змінює все навколо. З вогню утворився світ в цілому, окремі речі і навіть душі.


Емпідокл з Агригенту першим пояснив різноманітність речей наявністю чотирьох "корнів": землі, води, повітря (Емпідокл називав його ефіром) і вогню. "Корні всіх речей" вічні. Вони не можуть переходити один в одного і зовсім незмінні у всіх відношеннях. Елементи змінюються в строгих кількісних відношеннях, утворюючи матеріальні тіла. Властивості речей, згідно теорії Емпідокла, складаються із властивостей елементів, які утворюють дану річ.

Платон – давньогрецький філософ-ідеаліст. За першоатоми Платон приймає не об'ємні тіла, а плоскі трикутники: прямокутний рівнобедрений і прямокутний, з катетом, що дорівнює половині гіпотенузи. Чотири рівнобедрені трикутники утворюють квадрат. З квадратів можна скласти куб, найменшу частинку першої стихії – землі. Шість інших прямокутників утворюють грань, з якої можна побудувати три правильних багатогранника, що відповідають трьом стихіям: тетраедр (4 грані) – вогонь; октаедр (8 граней) – повітря; ікосаедр (20 граней) – вода.

Арістотель з Сирії – великий філософ давнини, прихильник вчення про безперервність матерії. Він створив найбільш розвинуте вчення про елементи.

Як і Емпідокл, Арістотель вважає за першооснову чотири елементи: вогонь, повітря, воду і землю. Елементи вчений інакше називає "стойхейна" або "букви", що вказує на те, що всі речі також утворюються з чотирьох стихій, як всі слова з букв. Елементи-стихії не є матеріальними субстанціями, це носії певних властивостей – холоду, тепла, сухості і вологості.

Всі стихії можуть перетворюватися одна в іншу. Окрім перелічених властивостей, для вогню характерно підійматися, а землі – падати. Властивості небесних тіл відрізнялись від властивостей будь-якої речовини земного походження. Вони не падали і не підіймалися, а ніби-то постійно оберталися навколо Землі. Арістотель стверджував, що небеса складаються з "п'ятого елементу" – ефіру (досконалого, вічного, нетлінного, який абсолютно відрізняється від чотирьох недосконалих елементів Землі). А на небі знаходиться "двигун" всього, що діється на Землі, якого вчений ототожнював з Богом. Філософську систему Арістотеля підтримували церковники. Католична церква признала мудрість вченого "божественною". Завдяки цьому твори Арістотеля користувались незаперечним авторитетом протягом приблизно двох тисяч років.


У вченні Арістотеля вперше дано визначення елемента: "Елементом називається те основне в речовині, з чого речовина складається, до того ж (саме) воно неподільне (далі) ...". Причинами всіх речей, – писав далі Арістотель, – є визначені відмінності в атомах. А відмінностей цих три: форма, порядок і положення. "

Найвищим досягненням теорії елементів Арістотеля є вчення про сполучення речовин при їх змішуванні – міксисі.

Властивості міксиса не є механічною сумою їх компонентів, на думку Арістотеля, у міксисі з'являються нові властивості. Змішування у Арістотеля, на відміну від його попередників – це не механічний процес, а перша стадія специфічного перетворення. В цьому вченні давньогрецький філософ передбачає ідею хімічного сполучення.

Але, хоч Арістотель міркує про речовини чисті і змішані, про їх виникнення і перетворення, все ж предмет хімії, як самостійної науки, в нього не виділений з області знань про природу, яку він називав фізикою.

3. Атомістичні уявлення античних філософів
Одним із питань, яке вирішували грецькі філософи, було питання про неподільність матерії. Якщо поділ можна продовжувати як завгодно довго, значить матерія безперервна. Якщо ж поділ не можна продовжувати безкінечно, рано чи пізно ми дістанемося найдрібніших часточок, які являють собою межу подільності матерії.

Левкіпп і Демокріт – творці атомістики. Найдрібніші частинки (межа подільності матерії) отримали назву атомів з грецької "атомос" – неподільний. Світ, що нас оточує, складається з атомів, а між ними – порожнеча. Левкіпп і Демокріт вважали, що атоми незмінні, вічні, відрізняються один від іншого формою і величиною. Форма атома значною мірою визначає властивості речовин, що утворюються. Атоми знаходяться в безперервному русі. При зіткненні атомів вони сполучаються і утворюють "всі ... складні (тіла) і наші тіла, і їх стан, і відчуття ".

Це атомістичне вчення визнання не отримало. Навпаки, воно зустріло жорстокий опір з боку інших філософів, особливо Арістотеля. Він показав, що поняття "порожнечі" несе в собі логічне протиріччя: адже порожнеча – ніщо, а як може існувати те, чого немає. Отже, порожнеча в світі відсутня, це абстракція, позбавлена змісту. "Natura abhorret vacuum" – "(лат.) природа не витримує порожнечі". Через значний вплив Арістотеля атомістика була непопулярна майже двісті років. Атомістична гіпотеза в хімії стверджувалась повільно і з великими зусиллями.


Майже через сто років після Арістотеля атомістика відродилася в працях давньогрецького філософа Епікура, який вніс у вчення Левкіппа-Демокріта свої зміни. На відміну від своїх попередників Епікур не сприймав, що атоми рухаються в порожнечі. На його думку можливі три види руху: вбік або вверх (від зіткнень); вниз (під дією власної ваги); самочинного відхилення від лінійного руху вниз. Окрім форми і розміру, Епікур встановлює ще одну характеристику атома – вагу і робить припущення, що атоми мають малі розміри, оскільки їх не можна побачити неозброєним оком.

Праці Левкіппа, Демокріта і Епікура практично не дійшли до наших днів. Але поема учня Епікура давньогрецького поета і філософа Тита Лукреція Кара "Про природу речей" збереглася повністю. У цій роботі в простій і красивій формі висловлено вчення античних атомістів.

Вчення Арістотеля про чотири початки – стихії, про можливості взаємоперетворення речовин, використовували алхіміки. До основних елементів Арістотеля вони додали ще три: сірку (горючість), ртуть (металічність, текучість, леткість) і сіль (розчинність, твердість, нелеткість і незмінність при дії вогню). Пізніше ці нові "елементи" стали відігравати важливу роль, вже не доповнюючи, а заміняючи собою першопочаткові чотири. В давній хімії і алхімії зовнішній вигляд металу був визначальною якістю: кожен жовтий метал вважався золотом, а білий блискучий – сріблом. Тому ідея штучного одержання металів отримала "перевірку дослідом" протягом майже 2000 років (починаючи з 300р. до н.е. і до 1600р.). Період алхімії збагатив практичну хімію відомостями про метали, солі. Були описані способи одержання сульфатної, нітратної і хлоридної кислот, приготування "царської горілки". Алхімічні захоплення були притаманні і деяким природознавцям, наприклад, Ісааку Ньютону, Роберту Бойлю.

Батьківщина алхімії – Давній Єгипет. Тут хімія була під суворим державним контролем і входила в "священне таємне мистецтво" жерців.

Книга Болоса Демокрітоса (близько 200р. до н.е.) "Фізика" – найдавніший твір з хімії Олександрійського періоду. Вона складається з чотирьох частин, присвячених золоту, сріблу, дорогоцінному камінню і пурпуру. Основна задача, яку намагався розв'язати Болос – перетворення (трансмутація) металів, а саме добування золота із свинцю і заліза.

Наступний хімічний твір Олександрійського періоду, що зберігся до наших часів, енциклопедія єгиптянина Зосимоса (близько 300р. н.е.), яка складається з 28 глав, що являють собою химерну суміш виробничої рецептури і містики.

У VIIст. Єгипет було захоплено арабами. Як і древні властителі, арабські халіфи сприяли розвитку наук, і в VII-ІХст. з'являються перші арабські хіміки. Араби перетворили слово Khemeia в al-kimiya. Ці слова позичили європейці. Так в європейських мовах з'явились слова "алхімія" і "алхімік".

Джабір ібн Хайян (721-815рр), відомий в Європі як Гебер – найпрославленіший арабський алхімік, вивчав можливість трансмутації металів; ввів два "елементи": сірку і ртуть, з яких утворюється решта металів. Найважче одержати золото. Щоб його отримати необхідна речовина, яку греки називали xerion (сухий). Араби змінили його на al-iksir, так з'явилося слово еліксир. А в Європі ця дивна речовина була названа філософським каменем.

Ар-Разі (865-925р.р.), відомий в Європі під іменем Разес, займався алхімією і медициною. До елементів Джабіра : сірки та ртуті додав третій елемент – сіль; в книзі "Таємниця таємниць" підрозділив речовини на мінеральні, рослинні, тваринні і похідні. Мінеральні, в свою чергу, підрозділяють на такі класи: леткі, метали, каміння, купороси, подібні бурі, солі.

Ібн-Сина (980-1037р.р.), відомий в Європі під іменем Авіцена – видатний таджицький вчений, алхімік, відомий лікар. Йому належить розвиток алхімічного вчення про природу металів. Авіцена – єдиний з алхіміків не вірив у можливість одержання золота з інших металів.

У ХІІ столітті відкриваються перші європейські університети (Болонья – 1158р., Оксфорд – 1167р.), починають перекладатися латинською твори арабських і грецьких вчених, разом з ними і твори алхіміків. З того часу починається новий період алхімії – європейський.

Найвідомішим з ранніх європейських алхіміків були Альберт Больштедський (близько 1193-1280рр.), більш відомий як Альберт Магнус (Альберт Великий) і Роджер Бекон (1214-1294рр.). Перший різко критикував алхімію арабів і старанно вивчав роботи Арістотеля. В 1250р. філософія Арістотеля була введена в курс викладання в Паризькому університеті. Альберт Великий склав перелік правил для алхіміків.


Роджер Бекон – один із найвидатніших мислителів свого часу за основу, головним чином, брав роботи Авіцени та інших арабських алхіміків. Бекон своєю ерудицією буквально пригнічував колег. Заздрісники, щоб помститися йому, звинуватили Бекона у чаклунстві і заховали його в тюрму. Книга Бекона "Дзеркало алхімії" стала практичним порадником для наступних алхіміків.

Ім'я найвидатнішого із середньовіччя алхіміка, який першим описав сульфатну кислоту та її одержання з мінералів, залишилося невідомим, він підписував свої праці іменем арабського алхіміка Джабіра.

Реформу алхімії розпочав Парацельс, який працював над виготовленням та дослідженням ліків (ятрохімія). В той же час розвивалися такі практичні напрями хімії, як переробка руд (Агрікола), виробництво скла, кислот і солей (Глаубер), вивчення хімічних властивостей газів – пневмохімія (Гельмонт).

Період ятрохімії – це перехідний період в історії хімії. Хіміки-практики (металурги, склодуви, фарбувальники і т.п.), ятрохіміки відкрили шлях для удосконалення теорії. Завдяки їм в хімію вперше прийшов хімічний експеримент (Ван Гельмонт, Френсіс Бекон), який став початком хімічного аналізу та вивчення будови речовини, створення перших загальних теорій хімічних процесів.


4. Витоки атомно-корпускулярних уявлень
В XVI – середині XVIІст. серед європейських вчених зростає інтерес до античного атомізму.

Англійський вчений Френсіс Бекон (1561-1626рр.) в 1623р. прийшов до висновку, що склад і властивості речовин варто розглядати на основі атомістичних уявлень, а не стихій – начал Арістотеля.

У 1637р. Рене Декарт, один з авторів корпускулярної теорії, в праці "Міркування про метод" писав, що всі тіла складаються з чисельних дрібних частинок різної форми і розмірів, які не настільки притискуються одна до одної, щоб між ними не було вільного місця. Проміжки між частиками не порожні, а наповнені розрідженою матерією. Декарт був прихильником безперервності матерії. Він заперечував існування порожнечі. "Маленькі частинки" Декарт не вважав атомами.


Заслуга у відродженні античної атомістики і її подальший розвиток належить, перш за все, П'єру Гассенді. Він фактично переказав атомістику Епікура і доповнив її, ввівши поняття "молекула".

На думку Гассенді, атоми мають вагу і, як результат цього, прагнуть до саморуху і до агрегації. В результаті спочатку утворюються маленькі зрощення або молекули (molekulae – зменшення від moles – маленька маса), а потім молекули укрупнюються і стають доступними для спостереження. На відміну від Епікура, причиною появи атомів Гассенді вважав Бога. Гассенді, як і його попередники – атомісти, по суті нічого не говорили про елементи, як про складові частини речовин. У поняття "атоми" і "елементи" з найдавніших часів і до 60-х років XVII століття вкладався різний зміст.

Перша спроба пояснити поняття "елемент" належить ірландському вченому Роберту Бойлю. В 1661р. у книзі "Хімік - скептик" він сформулював п'ять основних проблем хімії свого часу:

1.Чи є вогонь "універсальним аналізатором" всіх тіл?

2.Чи є продукти прожарювання дійсно елементами чи началами?

3.Чи може число речовин, які беруться як елементи, бути обмежено трьома, чотирма чи п'ятьма?

4.Чи дійсно існують елементи "сіль", "сірка", "ртуть"?

5.Чи взагалі існують реальні елементи або начала?

Цим питанням Бойль присвятив 5 глав своєї книги, а в шостій дав визначення поняття "елемент" – це "первісні та прості, цілком не змішані тіла, що не складаються один з одного, але являють собою ті складові частки, з яких складені змішані тіла, і на які останні можуть бути, в решті решт, розкладені ".

В той же час, Бойль називає елементами молекули простих речовин ("корпускули першого роду" чи "первинні корпускули"), які складаються з менших частинок (атомів в сучасному розумінні, але Бойль ніяк їх не називає). Одне від одного їх відрізняють форма, величина і рух. При об'єднанні "елементів" ("первинних корпускул") утворюються хімічні сполуки. Таким чином, теорія Бойля містить в собі основи атомно-молекулярних уявлень. Але англійський вчений не міг науково з'ясувати причину сполучення елементів (корпускул) між собою, бо він не враховував дуже важливу їх характеристику – масу.


Це зробив англійський фізик Ісаак Ньютон. Наприкінці XVII – початку XVIII століття він пояснив причину сполучення елементів в речовині наявністю сил тяжіння між частинками. Уявлення Ньютона стали кроком вперед на шляху розвитку вчення про склад речовини.

У 1662р. Бойль провів перший експеримент, що підтверджував атомну природу речовини. Він стискував повітря в U-подібній трубці під дією стовпчика ртуті і виявив, що об'єм повітря зворотно пропорційний тиску.

Через 14 років французький вчений Едм Маріотт прийшов до такого ж висновку незалежно від ірландського вченого. Маріотт ввів доповнення: залежність справедливу при сталій температурі:

pV = const
У результаті було сформульовано загальний закон Бойля-Маріотта, що ліг в основу фізичної хімії. Пояснити результати вчених можна, маючи на увазі, що повітря складається з атомів, які розділені порожнім простором.

Першим висловив думку про те, що тіла складаються з "корпускул" (частинок), а "корпускули", в свою чергу, складаються з "елементів" М.В.Ломоносов. Це відповідає сучасним уявленням про молекули і атоми. Фактично, російський вчений перетворює корпускулярну теорію в атомно-корпускулярну.

Величезне значення для розвитку атомно-молекулярної теорії має закон збереження маси, сформульований у вигляді філософської концепції, а в 1748р. експериментально підтверджений М.В.Ломоносовим. Згідно закону атоми неподільні і незмінні під час хімічних реакцій. Молекули в реакціях обмінюються атомами, але загальне число атомів кожного виду не змінюється, і тому загальна маса речовин в процесі реакції зберігається.

Французький хімік А.Лавуаз'є в 1756р. підтвердив закон збереження маси речовини незалежно від М.В.Ломоносова. В своїх роботах Лавуаз'є довів склад атмосферного повітря, що містить кисень і "задушливе повітря" (азот). Тим самим розвінчав теорію "флогістону" Г.Е.Шталя, яка панувала багато років. Разом із співвітчизниками Лавуаз'є розробив принципи нової номенклатури хімічних сполук. Він наводить список з 33 речовин, розподілених на чотири групи. Дві з цих речовин – теплотвір і світло – були принципово не правильними, а вісім – виявилися складними речовинами. А.Лавуаз'є ввів в хімію суворі кількісні методи дослідження, заклав основи аналізу органічних сполук.


Розвиток техніки кількісних вимірів і методів хімічного аналізу дозволив французькому хіміку Ж.Л.Прусту встановити закон сталості складу речовини. Цей закон став емпіричною (на основі досвіду) базою класичного атомно-молекулярного вчення, підвів до думки про існування молекул і підтвердив неподільність атомів.

Наступний крок у розвитку атомно-молекулярного вчення зробив англійський фізик і хімік Джон Дальтон. Він уперше зробив атомістику основою хімічних знань (хімічна атомістика); вбачав в атомі найдрібнішу частинку хімічного елемента, що відрізняється від атомів інших елементів, перш за все, масою; ввів поняття "атомна вага"; чітко розмежував поняття "атом" і "молекула". В 1803р. Дальтон склав першу таблицю відносних атомних і молекулярних мас. За одиницю вимірювання він запропонував атомну масу водню. Але помилкове визначення складу сполук (формула води за Дальтоном – НО) приводило вченого до невірного визначення мас речовин, що досліджувались. Дальтон запропонував систему хімічних знаків для "простих" і "складних" атомів, виклав основні положення хімічної атомістики в книзі "Нова система хімічної філософії" (1808р.), сформулював закон кратних відношень(1803-1808р.р.). З цього закону випливає, що атоми елементів сполучаються в молекули, причому молекули містять невелику кількість атомів. Вимірювання вагового вмісту елементів дозволяє визначити молекулярні формули сполук, знайти відносні маси атомів.


5. Створення атомно-молекулярного вчення
Погляди Д.Дальтона та його визначення атомних і молекулярних мас підштовхнули вчених до вивчення складу речовин. Атомістична теорія зазнала перевірки новими фактами.

В результаті досліджень хімічних реакцій були встановлені правильні формули води та інших сполук в газоподібному стані. В 1808р. французьких вчений Ж.Л.Гей-Люссак сформулював закон об`ємних відношень, згідно з яким об'єми реагуючих газів відносяться один до одного як невеликі цілі числа. Цей закон ставив під сумнів основне положення Дальтона про неоднаковість розмірів частинок газів, яке стримувало атомно-молекулярне вчення в хімії.


Узгодив уявлення Д.Дальтона і Ж.Гей-Люссака італійський вчений Амадео Авогадро. Він доповнив атомно-молекулярне вчення двома гіпотезами, які пізніше повністю підтвердилися:

1. У рівних об'ємах різних газів при однакових температурі і тиску знаходиться однакове число частинок, тобто молекул;

2. Молекули простих речовин містять парне число атомів, що, як правило, дорівнює двом.

Перша з гіпотез сьогодні відома як закон Авогадро – один із фундаментальних законів хімії. Відкриття Авогадро давало в руки хіміків простий і правильний метод визначення атомних і молекулярних мас, а також дозволяло визначити склад багатьох сполук, сприяло розвитку атомно-молекулярного вчення. Але, на жаль, гіпотеза Авогадро не була сприйнята вченими. Під тиском провідних хіміків (Д.Дальтона, Я.Берцеліуса) вона була визнана і практично забута протягом майже 50 років.

Значним кроком вперед в історії хімічної атомістики стали роботи шведського хіміка Ієнса Якоба Берцеліуса. Провівши не одну сотню аналізів, він надав стільки доказів, що підтверджували закон сталості складу речовини, що хіміки були змушені визнати атомістичну теорію.

Використовуючи закони Дюлонга, Пті, Мітчерліха і Гей-Люсака (але не застосовуючи гіпотезу Авогадро), Берцеліус визначив об'ємні маси 45 елементів; удосконалив хімічний аналіз, визначив більш точно (а часто і вперше) склад близько 2000 сполук. У 1826р. Берцеліус опублікував першу таблицю атомних мас. За стандарт для визначення атомних мас було прийнято атомну масу кисню, що дорівнює 16; атомна маса водню при цьому виявилась рівною 1,008. Багато значень атомних мас, наведених в таблиці Берцеліуса, дійшли до нас незмінними. Берцеліус ввів хімічні символи елементів і перші формули хімічних сполук. Наприкінці 1820х – початку 1830х рр. символи хімічних елементів і їх сполук були застосовані для відображення хімічних реакцій.

Все ж, в першій половині XIX століття багато хіміків не вірили в можливість визначення істинних атомних мас і надавали перевагу еквівалентам, які можна було визначити експериментально. Це призводило до помилкового визначення атомних і молекулярних мас; до того ж одній і тій же сполуці приписувались різні форми. Навіть формулу води можливо було зустріти в чотирьох варіантах.


Реформі атомно-молекулярного вчення передували роботи французького фізика Андре Марі Ампера, французьких хіміків Жана Батиста Дюма, Марка Антуана Годена, в яких використовувались ідеї Авогадро. А першими почали реформу теоретичної хімії, французькі вчені Ш.Жерар і О.Лоран.

У 1842р. виходить ряд статей Ш.Жерара, в яких автор вперше після А.Авогадро запропонував спосіб визначення молекулярних мас газоподібних речовин за густиною їх пари чи газу. Але неточність уявлень Ш.Жерара про склад молекул різних речовин, особливо оксидів металів, не дозволила йому завершити реформу атомно-молекулярного вчення.

З цією задачею блискуче справився італійський хімік С.Канніццаро. В 1856р. російський вчений Д.І. Менделєєв, а потім незалежно від нього С.Канніццаро запропонували метод визначення молекулярної маси за подвійною густиною їх пари відносно водню. В основу визначення молекулярних мас С.Канніццаро поклав метод свого співвітчизника А.Авогадро. При визначенні атомних мас металів, на думку вченого, варто дотримуватись закону атомних теплоємкостей і враховувати дані, які хіміки набули до цього часу про перетворення хімічних сполук одна в одну. Завдяки працям Лорана і Канніццаро хіміки усвідомили відмінність між тією формою, в якій елемент існує і вступає в реакцію (наприклад, для водню – Н2), і тією формою, в якій він присутній в сполуках (наприклад, Н2О).

На початку вересня 1860р. С.Канніццаро виступив на 1-му Міжнародному конгресі хіміків у Карлсрує, який був скликаний за ініціативою німецького хіміка Августа Кекуле. У своєму виступі італійський хімік переконливо довів правильність ідей Авогадро, Жерара і Лорана, необхідність їх прийняття для правильного визначення атомних і молекулярних мас та складу хімічних сполук. На конгресі були прийняті такі визначення атома і молекули:

Молекула – "кількість тіла, що вступає в реакцію і визначає хімічні властивості";

Атом – "найменша кількість елемента, яка входить до складу частинок (молекул) сполук".


Було затверджено також пропозицію вважати поняття про "еквівалент" емпіричним (заснованим на дослідах), і таким, що неспівпадає з поняттям "атом" і "молекула".

Таким чином, на початок 1860-х років атомно-молекулярне вчення сформулювалось у вигляді таких положень:
1. Речовини складаються з молекул. Молекулою називають частинку речовини, яка зберігає її хімічні властивості. Більшість фізичних властивостей зумовлена поведінкою великого числа молекул і дією міжмолекулярних сил.

2. Молекули складаються з атомів, які сполучаються один з одним у визначених співвідношеннях.

3. Атоми і молекули знаходяться в постійному самочинному (спонтанному) русі.

4. Молекули простих речовин складаються з однакових атомів, молекули складних речовин – з різних атомів.

5. Під час хімічних реакцій відбуваються зміни складу молекул і перегрупування атомів, в результаті чого утворюються молекули нових хімічних сполук.

6. Властивості молекул залежать не лише від їх складу, але й від способу, яким атоми взаємозв'язані один з одним.

Конгрес в Карлсрує став тріумфом атомно-молекулярної теорії. Вона була сприйнята більшістю хіміків і лягла в основу фундаментальних законів сучасної хімії – періодичного закону Д.І. Менделєєва і теорії хімічної будови О.М.Бутлерова.

Утвердженню атомно-молекулярної теорії сприяли роботи таких вчених, як Праут, Фарадей, Вант-Гофф, Ван-дер-Ваальс, Кекуле, Купер, Вільямсон, Максвел. Але ще довго, до відкриття електрону, серед хіміків були сумніви в атомістичній теорії, тому що прямим шляхом довести існування атомів неможливо.

6. Створення вчення про складну будову атома

Атом вважали найменшою частинкою речовини, неподільною і незмінною до кінця ХIХ століття. Це знаходило підтвердження у хімічних реакціях, в яких речовини реагують у певних співвідношеннях. Після завершення побудови атомістики на основі неподільності атома виникла проблема його внутрішньої структури.


1819р. – Павлов вперше висловив думку, що атом є складною системою. Він вважав, що речовина пов'язана своєю будовою з електричним зарядом і складається з різнойменно заряджених полюсів.

1833-1834 рр. – Майкл Фарадей сформулював закони електролізу, які підтвердили, що атоми несуть позитивний та негативний заряди.

Із корпускулярності речовини випливала й дискретність (переривчастість) електричного заряду.

1874-1891 рр. – Стоні теоретично обґрунтував і обчислив значення елементарного електричного заряду, для якого згодом запропонував назву – електрон.

1897р. – Дж.Томсон і Віхтер остаточно довели існування електронів. У результаті кількісного дослідження катодних променів, вони визначили відношення заряду електрона до його маси:



1909р. – Міллікен експериментально визначив заряд електрона 1,602 . 10Кл

Знаючи відношення e/m і заряд, легко обчислити масу електрона:

mе = 9, 109 . 10г (що в 1836 разів менше маси протону)

1895р. – Рентген виявив новий вид проміння, яке назвав Х-проміння. Проте описати природу та механізм виникнення цього проміння він не зміг. Пізніше було встановлено, що Х-промені це не пучок електронів, а своєрідні електромагнітні хвилі (довжиною 10-10), які виникають внаслідок заторможування електронів.

Рентгенівське проміння не відхиляється в електричному та магнітному полях і є короткохвильовим випромінюванням. Рентгенівський спектр, що характеризує енергетичні переходи внутрішніх електронів атома, є лінійчастим. Серії його ліній позначають літерами K, L, M, N, O, P, Q – відповідно до електронних шарів, а лінії окремих серій за порядком зниження їх інтенсивності – a, b, g.

Прямим доказом складності будови атома є відкриття та вивчення явища природної радіоактивності:

1896 р. – Беккерель вперше виявив радіоактивність у сполуках Урану.


1897р. – М.Складовська-Кюрі виявила це ж явище у сполуках Торію.

1898р. – Марія і П'єр Кюрі відкрили в уранових рудах два нових радіоактивних елементи – Полоній і Радій, що мали значно більшу радіоактивність, ніж Уран і Торій.

1899р. – Деб'єрн в урановій руді виявив третій радіоактивний елемент – Актиній.

1899-1903р.р. – Резерфорд і Віллар встановили неоднорідність радіоактивного випромінювання, яке під дією електричного чи магнітного поля розщеплюється на три пучки:

a – проміння відхиляється до негативного полюса й складається з ядер Гелію, які рухаються зі швидкістю порядку 1/20 швидкості світла;

b – проміння відхиляється до позитивного полюса і представляє собою потік електронів, швидкість руху яких близька до швидкості світла;

g – проміння не відхиляється в електричному та магнітному полях, має значно меншу довжину хвилі, ніж світлове та рентгенівське, характеризується великою проникною здатністю й поширюється зі швидкістю світла.

Перелічені відкриття свідчать про те, що атоми мають складну будову, а негативно заряджені електрони є їхніми складовими частинками. Оскільки атоми електронейтральні, то вони повинні містити стільки позитивних зарядів, скільки міститься в них електронів.

Висновки
1. Уподібнення атома планетній системі робилося ще на початку XX століття. Але цю модель було важко сполучити з моделями електродинаміки, і вона була залишена, уступивши місце моделі Томсона. Однак зроблені у 1900-тих роках дослідження привели до підтвердження планетарної моделі.
2. Теорія Бора зробила величезний вклад в розвиток сучасного уявлення про будову атома, підійшовши, з одного боку, до розкриття законів спектроскопії і поясненню механізму випромінювання, а з іншого боку – до з’ясування структури окремих атомів і встановленню зв’язку між ними. Однак залишалося ще багато явищ у цій області, пояснити які теорія Бора не могла.

3. У далекому минулому філософи Давньої Греції припускали, що вся матерія єдина, але здобуває ті чи інші властивості в залежності від її «сутності». Завдяки великим ученим минулого століття, ми наближаємося до істинного розуміння будови матерії, але з чого насправді вона складається повністю ще невідомо нікому.


Література
1.Азимов А. Краткая история химии. Пер. с англ. – М.: Мир, 1983.

2.Браун Т., Лемей Г.Ю. Химия – в центре наук: В 2-х частях. Пер. с англ. – М.: Мир, 1983.

3. Выдающиеся химики мира: Биографический справочник / Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецов Г.И. : Под ред. В.И.Кузнецова. – М.: Высш. шк., 1991.

4. Журналы "Химия и жизнь – ХХI век", №2, №6, №10, 2001.

5. Клаус Гофман. Можно ли сделать золото? Мошенники, обманщики и ученые в истории химических элементов. Пер. с нем. канд хим. наук Е.М. Маршак. /Под ред. докт. хим. наук Ю.Н. Кукушкина. – 2-е изд., Ленинград, "Химия", Ленинградское отд., 1987.

6. Крицман В.А. Книга для чтения по неорганической химии. Ч. I. Пособие для учащихся / Сост. В.А.Крицман. -2-е изд. перераб. – М.: Просвещение, 1983.

7. Крицман В.А. Роберт Бойль, Джон Дальтон, Амадео Авогадро. Создатели атомно-молекулярного учения в химии. Пособие для учащихся. М.: Просвещение, 1976.

8. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Начала химии. Современный курс для поступающих в вузы (в 2 т.). Т. 1. – М.: Экзамен: Издательский дом "ОНИКС 21 век", 2001.

9. Некрасов Б.В. Основы общей химии. Т. 1. изд. 3-е, испр. и доп. Изд-во "Химия", 1974.

10. Слета Л.О., Холін Ю.В. Хімія: Посібник для учнів 8 класу середніх навчальних закладів / Худож.-оформлювач В.А. Носань. – Харків: Фоліо, 1999.
11. Становление химии как науки. Всеобщая история химии. – М.: Наука, 1983.

12. Философский словарь/Под ред. И.Т. Фролова. -5-е изд. – М.: Политиздат, 1987.

13. Хрестоматія по философии: Учебное пособие для высших учебных заведений. Ростов-на-Дону: изд-во "Феникс", 1997.

14. Энциклопедический словарь юного химика /Сост. В.А.Крицман, В.В. Станцо. – 2-е изд., испр. – М.: Педагогика, 1990.

15. Энциклопедический словарь юного физика /Сост. В.А.Чуянов – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Педагогика, 1991.


16. Советский энциклопедический словарь /Гл. ред. А.М. Прохоров.- 3-е изд. – М.: Сов. Энциклопедия, 1985.

17. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия /Глав. ред. В.А.Володин.- М.: Аванта +, 2001.

18. Телегус В.С., Бодак О.І., Заречнюк О.С., Кінжибало В.В. Основи загальної хімії / за ред. В.С.Телегуса: Підручник – Львів: Світ, 1998.