युगों से एक परमाणु के साथ - भाग 1

पिछली शताब्दी को अक्सर "परमाणु का युग" कहा जाता है। उस समय बहुत दूर नहीं था, हमारे चारों ओर की दुनिया को बनाने वाली "ईंटों" का अस्तित्व आखिरकार साबित हो गया, और उनमें निष्क्रिय ताकतें मुक्त हो गईं। हालाँकि, परमाणु के विचार का इतिहास बहुत लंबा है, और पदार्थ की संरचना के ज्ञान के इतिहास की कहानी प्राचीनता को संदर्भित करने वाले शब्दों के अलावा अन्यथा शुरू नहीं की जा सकती है।

1. राफेल के भित्तिचित्र "द स्कूल ऑफ एथेंस" का एक टुकड़ा, जिसमें प्लेटो (दाहिनी ओर, दार्शनिक में लियोनार्डो दा विंची की विशेषताएं हैं) और अरस्तू को दर्शाया गया है।

"पहले से ही बूढ़ा..."

...दार्शनिक इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि सारी प्रकृति अगोचर रूप से छोटे-छोटे कणों से बनी है। बेशक, उस समय (और उसके बाद लंबे समय तक) वैज्ञानिकों के पास अपनी धारणाओं का परीक्षण करने का अवसर नहीं था। वे केवल प्रकृति के अवलोकनों को समझाने और प्रश्न का उत्तर देने का एक प्रयास थे: "क्या पदार्थ अनिश्चित काल तक क्षय हो सकता है, या क्या विखंडन का कोई अंत है?«

उत्तर विभिन्न सांस्कृतिक हलकों (मुख्य रूप से प्राचीन भारत में) में दिए गए थे, लेकिन विज्ञान का विकास यूनानी दार्शनिकों के अध्ययन से प्रभावित था। "यंग टेक्नीशियन" के पिछले साल के अवकाश अंक में, पाठकों ने तत्वों की खोज के सदियों पुराने इतिहास ("तत्वों के साथ खतरे", एमटी 7-9/2014) के बारे में सीखा, जो प्राचीन ग्रीस में भी शुरू हुआ था। XNUMXवीं शताब्दी ईसा पूर्व में, जिस मुख्य घटक से पदार्थ (तत्व, तत्त्व) का निर्माण हुआ है, उसकी खोज विभिन्न पदार्थों में की गई थी: जल (थेल्स), वायु (एनाक्सिमनीज़), अग्नि (हेराक्लिटस) या पृथ्वी (ज़ेनोफेनेस)।

एम्पेडोकल्स ने उन सभी को समेटते हुए घोषणा की कि पदार्थ एक नहीं, बल्कि चार तत्वों से बना है। अरस्तू (पहली शताब्दी ईसा पूर्व) ने एक और आदर्श पदार्थ जोड़ा - ईथर, जो पूरे ब्रह्मांड को भरता है, और तत्वों के परिवर्तन की संभावना की घोषणा की। दूसरी ओर, ब्रह्मांड के केंद्र में स्थित पृथ्वी को आकाश द्वारा देखा गया, जो हमेशा अपरिवर्तित था। अरस्तू के अधिकार के लिए धन्यवाद, पदार्थ और संपूर्ण की संरचना के इस सिद्धांत को दो हजार से अधिक वर्षों तक सही माना गया। अन्य बातों के अलावा, कीमिया के विकास का आधार बन गया, और इसलिए स्वयं रसायन विज्ञान (1) का।

2. अब्देरा के डेमोक्रिटस की प्रतिमा (460-370 ईसा पूर्व)

हालाँकि, समानांतर में एक और परिकल्पना भी विकसित की गई थी। ल्यूसिपस (XNUMXवीं शताब्दी ईसा पूर्व) का मानना ​​था कि पदार्थ का निर्माण होता है बहुत छोटे कण निर्वात में चल रहा है। दार्शनिक के विचार उनके छात्र - एबडेरा के डेमोक्रिटस (सी। 460-370 ईसा पूर्व) (2) द्वारा विकसित किए गए थे। उन्होंने "ब्लॉक" कहा जो पदार्थ को परमाणु बनाते हैं (ग्रीक परमाणु = अविभाज्य)। उन्होंने तर्क दिया कि वे अविभाज्य और अपरिवर्तनीय हैं, और ब्रह्मांड में उनकी संख्या स्थिर है। परमाणु निर्वात में चलते हैं।

जब परमाणुओं वे जुड़े हुए हैं (हुक और आंखों की एक प्रणाली द्वारा) - सभी प्रकार के शरीर बनते हैं, और जब वे एक दूसरे से अलग हो जाते हैं - शरीर नष्ट हो जाते हैं। डेमोक्रिटस का मानना ​​था कि असीम रूप से कई प्रकार के परमाणु होते हैं, जो आकार और आकार में भिन्न होते हैं। परमाणुओं के गुण किसी पदार्थ के गुणों को निर्धारित करते हैं, उदाहरण के लिए, मीठा शहद चिकने परमाणुओं से बना होता है, और खट्टा सिरका कोणीय परमाणुओं से बना होता है; श्वेत पिंड चिकने परमाणु बनाते हैं, और श्याम पिंड खुरदरी सतह वाले परमाणु बनाते हैं।

जिस तरह से सामग्री जुड़ती है वह पदार्थ के गुणों को भी प्रभावित करती है: ठोस पदार्थों में, परमाणु एक-दूसरे से कसकर सटे होते हैं, और नरम निकायों में वे शिथिल रूप से स्थित होते हैं। डेमोक्रिटस के विचारों की सर्वोत्कृष्टता यह कथन है: "वास्तव में, केवल शून्यता और परमाणु हैं, बाकी सब कुछ एक भ्रम है।"

बाद की शताब्दियों में डेमोक्रिटस के विचारों को क्रमिक दार्शनिकों द्वारा विकसित किया गया, कुछ संदर्भ प्लेटो के लेखन में भी पाए जाते हैं। एपिकुरस - उत्तराधिकारियों में से एक - ने भी ऐसा माना परमाणुओं इनमें और भी छोटे घटक ("प्राथमिक कण") शामिल हैं। हालाँकि, पदार्थ की संरचना का परमाणु सिद्धांत अरस्तू के तत्वों से हार गया। कुंजी - पहले से ही - अनुभव में पाई गई थी। जब तक परमाणुओं के अस्तित्व की पुष्टि करने वाले उपकरण नहीं थे, तब तक तत्वों के परिवर्तनों को आसानी से देखा जा सकता था।

उदाहरण के लिए: जब पानी को गर्म किया गया (ठंडा और गीला तत्व), तो हवा प्राप्त हुई (गर्म और गीली भाप), और मिट्टी बर्तन के तल पर बनी रही (पानी में घुले पदार्थों का ठंडा और सूखा अवक्षेपण)। लुप्त गुण - गर्मी और सूखापन - आग द्वारा प्रदान किए गए, जिसने बर्तन को गर्म किया।

अपरिवर्तनीय और स्थिर परमाणुओं की संख्या उन्होंने टिप्पणियों का भी खंडन किया, क्योंकि XNUMXवीं सदी तक ऐसा माना जाता था कि रोगाणु "शून्य से" उभरते हैं। डेमोक्रिटस के विचारों ने धातुओं के परिवर्तन से संबंधित रसायन रसायन प्रयोगों के लिए कोई आधार प्रदान नहीं किया। अनंत प्रकार के परमाणुओं की कल्पना करना और उनका अध्ययन करना भी कठिन था। प्राथमिक सिद्धांत बहुत सरल लग रहा था और आसपास की दुनिया को अधिक स्पष्ट रूप से समझा रहा था।

3. जे. केर्सबूम द्वारा रॉबर्ट बॉयल (1627-1691) का चित्रण।

पतन और पुनर्जन्म

सदियों से, परमाणु सिद्धांत मुख्यधारा के विज्ञान से अलग रहा है। हालाँकि, वह अंततः मरी नहीं, उनके विचार जीवित रहे और प्राचीन लेखों के अरबी दार्शनिक अनुवादों के रूप में यूरोपीय वैज्ञानिकों तक पहुँचे। मानव ज्ञान के विकास के साथ अरस्तू के सिद्धांत की नींव ढहने लगी। निकोलस कोपरनिकस की हेलियोसेंट्रिक प्रणाली, कहीं से भी उत्पन्न होने वाले सुपरनोवा (टाइको डी ब्रैच) का पहला अवलोकन, ग्रहों (जोहान्स केपलर) और बृहस्पति के चंद्रमाओं (गैलीलियो) की गति के नियमों की खोज का मतलब था कि सोलहवीं और सत्रहवीं शताब्दी में, लोगों ने दुनिया की शुरुआत से अपरिवर्तित आकाश के नीचे रहना बंद कर दिया। पृथ्वी पर भी अरस्तू के विचारों का अंत हो गया।

कीमियागरों के सदियों पुराने प्रयास अपेक्षित परिणाम नहीं लाए - वे साधारण धातुओं को सोने में बदलने में विफल रहे। अधिक से अधिक वैज्ञानिकों ने स्वयं तत्वों के अस्तित्व पर सवाल उठाया और डेमोक्रिटस के सिद्धांत को याद किया।

4. मैगडेबर्ग गोलार्धों के साथ 1654 के प्रयोग ने निर्वात और वायुमंडलीय दबाव के अस्तित्व को साबित कर दिया (16 घोड़े पड़ोसी गोलार्धों को नहीं तोड़ सकते जहां से हवा बाहर पंप की गई थी!)

रॉबर्ट बॉयल ने 1661 में रासायनिक तत्व की एक व्यावहारिक परिभाषा दी थी, एक ऐसा पदार्थ जिसे रासायनिक विश्लेषण (3) द्वारा उसके घटकों में नहीं तोड़ा जा सकता है। उनका मानना ​​था कि पदार्थ में छोटे, ठोस और अविभाज्य कण होते हैं जो आकार और आकार में भिन्न होते हैं। मिलकर, वे रासायनिक यौगिकों के अणु बनाते हैं जो पदार्थ बनाते हैं।

बॉयल ने इन छोटे कणों को कणिकाएँ, या "कालिकाएँ" (लैटिन शब्द कॉर्पस = शरीर का छोटा रूप) कहा है। बॉयल के विचार निस्संदेह वैक्यूम पंप (ओटो वॉन गुएरिके, 1650) के आविष्कार और हवा को संपीड़ित करने के लिए पिस्टन पंप के सुधार से प्रभावित थे। निर्वात के अस्तित्व और वायु कणों के बीच की दूरी (संपीड़न के परिणामस्वरूप) को बदलने की संभावना ने डेमोक्रिटस (4) के सिद्धांत के पक्ष में गवाही दी।

उस समय के महानतम वैज्ञानिक सर आइजैक न्यूटन एक परमाणु वैज्ञानिक भी थे। (5)। बॉयल के विचारों के आधार पर, उन्होंने शरीर के बड़े संरचनाओं में विलय के बारे में एक परिकल्पना सामने रखी। सुराखों और कांटों की प्राचीन प्रणाली के बजाय, उनका बांधना था - और कैसे - गुरुत्वाकर्षण द्वारा।

5. जी. नेलर द्वारा सर आइजैक न्यूटन (1642-1727) का चित्रण।

इस प्रकार, न्यूटन ने पूरे ब्रह्मांड में परस्पर क्रिया को एकजुट किया - एक बल ने ग्रहों की गति और पदार्थ के सबसे छोटे घटकों की संरचना दोनों को नियंत्रित किया। वैज्ञानिक का मानना ​​था कि प्रकाश में भी कणिकाएँ होती हैं।

आज हम जानते हैं कि वह "आधे सही" थे - विकिरण और पदार्थ के बीच कई अंतःक्रियाओं को फोटॉन के प्रवाह द्वारा समझाया गया है।

रसायन शास्त्र काम में आता है

लगभग XNUMXवीं सदी के अंत तक, परमाणु भौतिकविदों का विशेषाधिकार थे। हालाँकि, यह एंटोनी लावोइसियर द्वारा शुरू की गई रासायनिक क्रांति थी जिसने पदार्थ की दानेदार संरचना के विचार को आम तौर पर स्वीकार कर लिया।

प्राचीन तत्वों - जल और वायु - की जटिल संरचना की खोज ने अंततः अरस्तू के सिद्धांत का खंडन किया। XNUMXवीं शताब्दी के अंत में, द्रव्यमान के संरक्षण के नियम और तत्वों के परिवर्तन की असंभवता में विश्वास पर भी आपत्ति नहीं हुई। रासायनिक प्रयोगशाला में तराजू मानक उपकरण बन गए हैं।

6. जॉन डाल्टन (1766-1844)

इसके उपयोग के लिए धन्यवाद, यह देखा गया कि तत्व एक दूसरे के साथ मिलकर निरंतर द्रव्यमान अनुपात में कुछ रासायनिक यौगिकों का निर्माण करते हैं (भले ही उनकी उत्पत्ति - प्राकृतिक या कृत्रिम रूप से - और संश्लेषण की विधि)।

यह अवलोकन आसानी से व्याख्या योग्य हो गया है यदि हम मान लें कि पदार्थ में अविभाज्य भाग होते हैं जो एक संपूर्ण बनाते हैं। परमाणुओं. परमाणु के आधुनिक सिद्धांत के निर्माता जॉन डाल्टन (1766-1844) (6) ने इसी मार्ग का अनुसरण किया। 1808 में एक वैज्ञानिक ने कहा कि:

1. परमाणु अविनाशी और अपरिवर्तनीय हैं (निस्संदेह, इसने रसायन रासायनिक परिवर्तनों की संभावना को खारिज कर दिया)।
2. सभी पदार्थ अविभाज्य परमाणुओं से बने हैं।
3. किसी दिए गए तत्व के सभी परमाणु समान होते हैं, अर्थात उनका आकार, द्रव्यमान और गुण समान होते हैं। हालाँकि, अलग-अलग तत्व अलग-अलग परमाणुओं से बने होते हैं।
4. रासायनिक अभिक्रियाओं में केवल परमाणुओं के जुड़ने के तरीके में परिवर्तन होता है, जिससे रासायनिक यौगिकों के अणु निर्मित होते हैं - निश्चित अनुपात में (7)।

एक अन्य खोज, जो रासायनिक परिवर्तनों के क्रम के अवलोकन पर आधारित थी, इतालवी भौतिक विज्ञानी अमादेओ अवोगाद्रो की परिकल्पना थी। वैज्ञानिक इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि समान परिस्थितियों (दबाव और तापमान) के तहत समान मात्रा में गैसों में अणुओं की संख्या समान होती है। इस खोज से कई रासायनिक यौगिकों के सूत्र स्थापित करना और द्रव्यमान निर्धारित करना संभव हो गया परमाणुओं.

7. डाल्टन द्वारा प्रयुक्त परमाणु प्रतीक (रासायनिक दर्शन की नई प्रणाली, 1808)

8. प्लेटोनिक ठोस - प्राचीन "तत्वों" के परमाणुओं के प्रतीक (विकिपीडिया, लेखक: मैक्सिम पे)

कितनी बार काटना है?

परमाणु के विचार का उद्भव इस प्रश्न से जुड़ा था: "क्या पदार्थ के विभाजन का कोई अंत है?" उदाहरण के लिए, आइए 10 सेमी व्यास वाला एक सेब और एक चाकू लें और फल को काटना शुरू करें। पहले, आधे में, फिर आधे सेब को दो और भागों में (पिछले कट के समानांतर), आदि। कुछ समय के बाद, निश्चित रूप से, हम समाप्त कर देंगे, लेकिन कुछ भी हमें एक परमाणु की कल्पना में प्रयोग जारी रखने से नहीं रोकता है? एक हजार, दस लाख, शायद अधिक?

एक कटा हुआ सेब (स्वादिष्ट!) खाने के बाद, आइए गणना शुरू करें (जो लोग ज्यामितीय प्रगति की अवधारणा को जानते हैं उन्हें कम परेशानी होगी)। पहला विभाजन हमें 5 सेमी की मोटाई के साथ फल का आधा हिस्सा देगा, अगला टुकड़ा हमें 2,5 सेमी की मोटाई के साथ एक टुकड़ा देगा, आदि ... 10 पीटा हुआ! इसलिए, परमाणुओं की दुनिया का "रास्ता" लंबा नहीं है।

*) बेहद पतले ब्लेड वाले चाकू का उपयोग करें। वास्तव में, ऐसी कोई वस्तु मौजूद नहीं है, लेकिन चूंकि अल्बर्ट आइंस्टीन ने अपने अध्ययन में ट्रेनों को प्रकाश की गति से चलने वाला माना है, इसलिए हमें - एक विचार प्रयोग के प्रयोजनों के लिए - उपरोक्त धारणा बनाने की भी अनुमति है।

प्लेटोनिक परमाणु

पुरातन काल के सबसे महान दिमागों में से एक, प्लेटो ने टिमाचोस संवाद में उन परमाणुओं का वर्णन किया जिनसे तत्वों का निर्माण हुआ था। ये संरचनाएँ नियमित पॉलीहेड्रा (प्लेटोनिक ठोस) के रूप में थीं। तो, टेट्राहेड्रोन आग का एक परमाणु था (सबसे छोटा और सबसे अस्थिर), ऑक्टाहेड्रोन हवा का एक परमाणु था, और इकोसाहेड्रोन पानी का एक परमाणु था (सभी ठोस पदार्थों में समबाहु त्रिकोण की दीवारें होती हैं)। वर्गों का एक घन पृथ्वी का एक परमाणु है, और पंचकोणों का एक डोडेकाहेड्रोन एक आदर्श तत्व का एक परमाणु है - आकाशीय ईथर (8)।