Рассказ о строении вещества - Мезенцев Владимир Андреевич (читать хорошую книгу .TXT) 📗
Такие расчёты показали, что диаметр молекулы масла лежит в пределах между десятимиллионной и двадцатимиллионной долями сантиметра.
Рассчитанные другими способами еще в прошлом веке размеры атомов и молекул различных веществ оказались примерно того же порядка — в пределах между одной десятимиллионной и одной стомиллионной долями сантиметра.
В настоящее время размеры многих атомов и молекул определены очень точно. Так, например, диаметр молекулы водорода равен 2,4 стомиллионной доли сантиметра; диаметр атома серебра составляет 2,9 стомиллионной доли сантиметра и т. д.
Надо заметить, что способы, при помощи которых учёные так изумительно точно определяют размеры невидимых «кирпичиков» мира, подчас бывают исключительно остроумны.
Учёные установили, что атомы различных химических элементов по величине не отличаются особенно сильно один от другого.
Иное дело молекулы. Между этими частичками существуют и очень «большие», например молекулы белков, и совсем «небольшие», близкие к размерам отдельных атомов, скажем, молекулы воды. Это вполне объяснимо. Ведь молекулы представляют собой группы атомов, причём в каждой такой группе может быть как два-три атома, так и десятки и даже сотни и тысячи атомов. К последним относятся молекулы многих сложных веществ органического происхождения — нередко они состоят из многих сотен и тысяч атомов. Неудивительно, что эти молекулы по своим размерам во много раз больше своих собратьев. Однако диаметры и таких молекул — порядка миллионных долей сантиметра.
Именно такие молекулы и увидели учёные в электронный микроскоп.
Таковы размеры молекул, определённые учёными. Но этого для них было мало. Они постарались также взвесить невидимые частички. И взвесить опять-таки совершенно точно, словно атомы и молекулы были обычным товаром в магазине. Правда, для этого, конечно, не потребовалось класть на весы каждый отдельный атом или отдельную молекулу.
Можно поступить иначе. Вот, скажем, вы хотите узнать вес одной горошины, но у вас под рукой имеются только грубые десятичные весы, на которых взвешивают товар лишь в десятки килограммов весом. Вес одной горошины такие весы и не почувствуют. Как быть в этом случае? Очень просто. Надо взять не одну горошину, а, скажем, тысячу, или десять тысяч таких горошин и взвесить все вместе. А зная общий вес тысячи горошин, совсем нетрудно высчитать и вес каждой отдельной горошины. Точно таким же путём можно определить и веса некоторых отдельных атомов и молекул, если знать, какое число их содержится в каком-либо определённом объёме.
Нашли учёные и другие способы определения веса невидимых частичек. Мы не будем здесь рассказывать обо всех этих способах. Приведём лишь в качестве примера веса отдельных атомов и молекул. Вот сколько весит один атом водорода:
1,66/1 000 000 000 000 000 000 000 000 грамма.
Это самый лёгкий атом в мире.
Атомы всех других элементов весят несколько больше. При этом атомы различных химических элементов имеют свой собственный, отличный от других вес!
Были взвешены и различные молекулы. Они имели самые различные веса. Крупные из них, например молекулы белка крови, весят примерно в 8 тысяч раз больше, чем молекула водорода.
Существуют и ещё более тяжёлые молекулы: это молекулы пластических масс, молекулы-гиганты. Некоторые из них в сотни тысяч раз тяжелее атома водорода.
Надо сказать, что атомные веса всех известных элементов определялись химиками уже очень давно — с самого начала прошлого столетия. Дело в том, что для каждого химика в его повседневной работе важно знать вес атомов элементов. Ведь, зная «сорт» и вес атомов в молекуле какого-то сложного вещества, можно вычислить состав этого вещества, то-есть узнать, что это за вещество, разработать способы его получения и использования и т. д.
Но здесь следует оговориться. Определяя веса атомов различных элементов, химики определяли не истинный вес того или иного атома, а его относительный, сравнительный вес, то-есть, другими словами, вес одного атома сравнивали с весом другого и определяли, во сколько раз один атом весит больше другого.
В этом случае учёные также прибегли к взвешиванию не отдельных атомов, а многих миллиардов их.
Уже давно наукой был установлен один замечательный факт: в одинаковых объёмах любых газов, если только эти газы имеют одно и то же давление и одинаковую температуру, содержится всегда одинаковое количество молекул.
Этим обстоятельством и воспользовались химики при определении относительных атомных весов. Вот как, например, были определены относительные атомные веса водорода и кислорода. При одинаковом давлении и температуре были взвешены две бутылки равного объёма, наполненные одна — чистым кислородом, другая — чистым водородом. При этом получилось, что все молекулы газа кислорода, заключённые в одной бутылке, весят почти в 16 раз больше, чем все молекулы водорода, содержащиеся в другой. Но ведь число молекул кислорода и водорода как в той, так и в другой бутылках одинаково. Что же означает разница в весе? Только то, что каждая молекула кислорода тяжелее молекулы водорода почти в 16 раз. А отсюда были определены и веса атомов этих газов — элементов. Было установлено, что каждая молекула кислорода состоит из двух атомов кислорода, а каждая молекула водорода в свою очередь также из двух атомов водорода. Выходит, что и каждый атом кислорода весит почти в 16 раз больше атома водорода.
Таким способом, а позднее и многими другими, были определены с большой точностью атомные веса всех известных нам элементов. При этом сначала вес атомов различных элементов сравнивали с весом самого лёгкого атома — атома водорода, вес которого был принят равным единице. Благодаря этому относительные атомные веса всех других элементов оказываются больше единицы: атомный вес углерода, например, равен 12, азота — 14, серы — 32, железа — около 56 и т. д.
Позднее веса атомов стали сравнивать с весом атома кислорода, принятым равным 16; при этом точный атомный вес водорода оказался равным 1,008.
Между прочим, во многих случаях определить атомные веса можно, пользуясь законом кратных отношений. Действительно, вспомните пример с окисью азота. В ней, как говорилось, на 46,7 весовой части азота всегда приходится 53,3 части кислорода. Выходит, каждый атом кислорода тяжелее атома азота в 1,14 раза. Но мы уже знаем, что атомный вес кислорода равняется 16. Отсюда нетрудно рассчитать, что атомный вес азота должен равняться 14.
Такова арифметика атомов.
4. Единство живой и неживой природы
Итак, атомы и молекулы это — действительность. Весь мир, всё многообразие тел природы действительно состоит из мельчайших частичек. Чрезвычайно малы эти частички, но человек, вооружённый всемогущим знанием, не только убедился в их существовании, он даёт всё более подробное их описание.
Самые разнообразные тела состоят из различных комбинаций атомов.
Таково же устройство и всех живых существ мира. Не составляет исключения и сам человек; он также состоит из разнообразных молекул.
Долгое время люди резко делили природу на две совершенно различные части — живой и неживой мир. Живой природе приписывали особую духовную «жизненную силу» и считали, что ничего общего между двумя мирами — живым и неживым — нет и не может быть.
Что может быть общего между мясом и кровью животных и, скажем, какой-нибудь горной породой или воздухом? — говорили защитники такого деления мира на две части.
Такой ненаучный, ошибочный взгляд всячески поддерживали церковники. В таинственной «жизненной силе» они видели поддержку религиозных представлений о бестелесной, нематериальной душе.
Но действительность разбила и это суеверие. Когда химики научились определять, из каких веществ состоят различные живые и неживые тела природы, то оказалось, что многие совершенно, казалось бы, несравнимые вещи состоят из одних и тех же простых веществ. Было установлено, что все живые тела содержат в себе те же самые элементы, что и неживые тела природы! В составе различных живых существ были найдены такие элементы, как углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор, железо, кальций, кремний и другие.
