Атомы – «строительные кирпичики» вещества

О сущности природных явлений и строении веществ уже в древности задумывались мудрецы Индии, Китая и других стран Востока. На этот счет существовали две противоположные точки зрения.

Сторонники первой утверждали, что вещества имеют непрерывное строение, т. е. если измельчать какое-либо вещество, например, сахар, сколько угодно долго, оно все равно останется тем же, в данном примере – сахаром.

Сторонники второй точки зрения отрицали непрерывность строения веществ и считали, что вещества состоят из мельчайших частиц, которые не имеют вкуса, запаха и других физических свойств. Они утверждали, что из этих невидимых глазом неделимых и неистребимых мель-чайших частиц построена вся живая и неживая природа. Наиболее известным сторонником второй точки зрения был древнегреческий ученый Демокрит (V–IV в. в. до н. э). Он назвал эти частицы атомами (от греч. atomos – неделимый).

К сожалению, учение об атомах было забыто на века и возродилось только в Новое время, когда многочисленные опыты и точные измерения подтвердили, что вещества состоят из бесконечно малых частиц. Английский естествоиспытатель Джон Дальтон (1766–1844) обобщил результаты этих исследований и сделал вывод о том, что сложные вещества образуются при соединении различных атомов в определенных соотношениях, а в ходе химических реакций атомы не образуются и не уничтожаются. Его теория сыграла важную роль в развитии атомистического учения.

Об электрических зарядах и их взаимодействии было известно еще с античных времен, но в начале XX века перед учеными встали серьезные проблемы. Им необходимо было объяснить, как расположены положительные и отрицательные заряды в атоме, и обосновать устойчивость атома. Английский ученый Джозеф Джон Томпсон (1856–1940) открыл наименьшую отрицательно заряженную частицу электрон и в 1903 году предложил первую модель атома. Он представил атом как положительно заряженный шарик, электроны в котором располагаются подобно изюминкам в пудинге. Эта модель атома получила название «пудинг с изюмом» по любимому англичанами десерту. Дальнейшие исследования не подтвердили правильность этой модели.

В 1911 году другой английский ученый Эрнест Резерфорд (1871–1937) предложил новую, основанную на результатах экспериментов, модель атома. По его теории, в центре атома находится небольшое положительно заряженное ядро, вокруг которого движутся отрицательно заряженные электроны. Положительный заряд ядра равен отрицательному заряду электронов, поэтому сам атом заряда не имеет. Атомная модель Резерфорда напоминала движение планет вокруг Солнца, поэтому получила название планетарной модели атома. Представление Резерфорда о строении атома оказалось правильным.

За последние десятилетия приборы для проведения исследований настолько усовершенствовались, что позволяют увидеть изображения атомов, увеличенные в миллионы раз. Если бы мы могли мысленно представить себе частицу, в сто миллионов раз меньшую, чем частичка пыли, мы бы погрузились в мир атомов. Масса атомов находится в пределах 10^–24–10^–22 г. Диаметр атома составляет 10^–8 см, а диаметр ядра в 10 000–100 000 раз меньше (от 10^–12 до 10^–13 см). Другими словами, атом во столько раз меньше теннисного мяча, во сколько раз теннисный мяч меньше планеты Земля. Как люди отличаются друг от друга весом и ростом, так и атомы имеют различные диаметры и массы. Самый маленький и самый легкий атом – это атом водорода. Большие атомы превосходят его по диаметру в 9 раз, а по массе – в несколько сотен раз.

Из-за того, что атомы такие маленькие, физические тела состоят из гигантского их числа. Например, в железном гвозде массой 1 г находится порядка 10²² атомов. Таким количеством песчинок можно было бы покрыть весь зем-ной шар равномерным слоем толщиной в одну песчинку.