Aine ehitus

Ajaloost. Juba väga ammusest ajast on inimesed otsinud maailma algaineid. Kunagi arvati, et kõik maailmas on tekkinud veest ja muutub jälle veeks, aga arvati ka, et maailma algaineteks on neli elementi: maa, vesi, tuli ja õhk.

Ligikaudu 2500 aastat tagasi tekkis Vana-Kreekas õpetlaste koolkond, kes arvas, et maailm koosneb arvutust hulgast nähtamatutest, jagamatutest ja üliväikestest osakestest. Nad nimetasid neid osakesi „aatomiteks”, mis kreeka keeles tähendab jagamatut. Selle järgi sai oma nimetuse ka see teadlaste koolkond – atomistid.

Tol kaugel ajal polnud võimalik neid ideid mitte mingil moel kontrollida. Alles 19. sajandi algul jõudsid keemikud arusaamisele, et keemilised elemendid koosnevad väiksematest osakestest – aatomitest, mida ei saa jagada ega hävitada. Keemilistes ühendites kombineeruvad nad täisarvulistes suhetes, keemilistes reaktsioonides aga kombineeruvad, eralduvad või muudavad asukohti. Füüsikas olid samal ajal probleemiks soojusega seotud küsimused, leiutati soojusmasinad, paljud arvasid isegi, et inimesed saavad ehitada igavese jõumasina – igiliikuri –, mis teeks lõputult kasulikku tööd, seejuures lisaenergiat kulutamata. Selgus, et sellist igavest jõumasinat ehitada ei saa, sest see ei ole kooskõlas meie loodusseadustega, samuti selgus, et mitte üheski soojusmasinas ei saa kunagi kogu soojust muuta kasulikuks tööks, osa soojusest läheb paratamatult kaotsi. Osutus, et kõik need probleemid said lahenduse, kui soojusõpetust käsitleda molekulaarliikumise kaudu. Siin olid alustrajavateks kolme füüsiku tööd. Nendeks olid Austria füüsik Ludwig Eduard Boltzmann (1844–1906), Šoti füüsik James Clerk Maxwell (1831–1879) ja Ameerika füüsik Josiah Willard Gibbs (1839–1903). Need tööd panid aluse kogu soojusfüüsikale. Osutus, et soojusprotsesside põhialused on suhteliselt lihtsalt põhjendatavad molekulide soojusliikumisega, mida me ka järgnevas vaatleme.