Katibayan ng tunay na pag-iral ng mga atomo at molekula. Patunay ng pagkakaroon ng atoms Patunay ng pagkakaroon ng atoms at molecules

Mga pangunahing probisyon ng teoryang molekular-kinetic.

isa). Ang anumang substance ay may discrete (discontinuous) structure. Binubuo ito ng pinakamaliit na particle - mga molekula at atomo, na pinaghihiwalay ng mga puwang. Ang mga molekula ay ang pinakamaliit na particle na may mga kemikal na katangian ng isang partikular na sangkap. Ang mga atomo ay ang pinakamaliit na particle na may mga katangian ng mga elemento ng kemikal na bumubuo sa isang partikular na sangkap.

2). Ang mga molekula ay nasa isang estado ng tuluy-tuloy na magulong paggalaw, na tinatawag na thermal. Kapag ang isang sangkap ay pinainit, ang bilis ng thermal motion at ang kinetic energy ng mga particle nito ay tumataas, at kapag pinalamig, bumababa ang mga ito. Ang antas ng pag-init ng isang katawan ay nailalarawan sa temperatura nito, na isang sukatan ng average na kinetic energy ng translational motion ng mga molekula ng katawan na ito.

3). Sa pagitan ng mga molekula sa proseso ng kanilang pakikipag-ugnayan ay may mga puwersa ng pagkahumaling at pagtanggi.

Pang-eksperimentong pagpapatibay ng teoryang molekular-kinetic

Ang pagkakaroon ng pagkamatagusin, compressibility at solubility sa mga sangkap ay nagpapahiwatig na ang mga ito ay hindi tuloy-tuloy, ngunit binubuo ng hiwalay na mga particle na pinaghihiwalay ng mga agwat. Sa tulong ng mga modernong pamamaraan ng pananaliksik (electron at ion microscopes), posible na makakuha ng mga larawan ng pinakamalaking molekula.

Ang mga obserbasyon ng Brownian motion at particle diffusion ay nagpakita na ang mga molekula ay nasa tuluy-tuloy na paggalaw.

Ang pagkakaroon ng lakas at pagkalastiko ng mga katawan, pagkabasa, pagdikit, pag-igting sa ibabaw sa mga likido, atbp - lahat ng ito ay nagpapatunay ng pagkakaroon ng mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula.

Brownian motion.

sa pamamagitan ng pagsasabog tinatawag na kababalaghan ng kusang pagpasok sa isa't isa ng mga molekula ng mga katabing sangkap sa intermolecular gaps ng bawat isa. (Ang pagsasabog sa pamamagitan ng mga semi-permeable na partisyon ay tinatawag na osmosis.) Ang isang halimbawa ng diffusion sa mga gas ay ang pagkalat ng mga amoy. Sa mga likido, ang isang malinaw na pagpapakita ng pagsasabog ay ang paghahalo laban sa pagkilos ng gravity ng mga likido na may iba't ibang densidad (sa kasong ito, ang mga molekula ng isang mas mabibigat na likido ay tumaas, at ang mga mas magaan na likido ay bumabagsak). Ang pagsasabog ay nangyayari rin sa mga solido. Pinatunayan nito ang karanasang ito: dalawang pinakintab na flat plate na ginto at tingga, na inilagay sa ibabaw ng isa't isa, ay pinananatiling nasa temperatura ng silid sa loob ng 5 taon. Sa panahong ito, ang mga plato ay lumaki nang sama-sama, na bumubuo ng isang solong kabuuan, at ang mga molekulang ginto ay tumagos sa tingga, at ang mga molekula ng tingga ay naging ginto hanggang sa lalim na hanggang 1 cm.1 Ang rate ng pagsasabog ay nakasalalay sa estado ng pagsasama-sama ng sangkap at temperatura . Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang diffusion rate, at habang bumababa ang temperatura, bumababa ito.

Mga sukat at masa ng mga molekula

Ang laki ng isang molekula ay isang conditional value. Ito ay sinusuri tulad ng sumusunod. Sa pagitan ng mga molekula, kasama ang mga puwersa ng pagkahumaling, mayroon ding mga salungat na puwersa, kaya ang mga molekula ay maaaring lumapit sa isa't isa lamang hanggang sa isang tiyak na distansya. Ang distansya ng pinakamalapit na diskarte ng mga sentro ng dalawang molekula ay tinatawag na epektibong diameter ng molekula at tinutukoy ng o (sa kasong ito, ito ay karaniwang itinuturing na ang mga molekula ay may spherical na hugis). Maliban sa mga organikong molekula na naglalaman ng napakalaking bilang ng mga atomo, karamihan sa mga molekula, sa pagkakasunud-sunod ng magnitude, ay may diameter na 10 -10 m at isang masa na 10 -26 kg.

Kamag-anak na molekular na timbang

Dahil ang mga masa ng mga atomo at molekula ay napakaliit, hindi ganap, ngunit ang mga kamag-anak na halaga ng masa ay karaniwang ginagamit sa mga kalkulasyon, na nakuha sa pamamagitan ng paghahambing ng mga masa ng mga atomo at molekula sa isang atomic mass unit, na pinili bilang 1/12 ng masa ng isang carbon atom (ibig sabihin, gumagamit sila ng carbon atomic mass scale). Kamag-anak na molekular(o atomic) masa Ginoo(o Isang r) ang mga sangkap ay tumatawag sa isang halaga na katumbas ng ratio ng masa ng isang molekula (o atom) ng sangkap na ito sa 1/12 ng masa ng isang carbon atom na 12 C. Ang relatibong molekular (atomic) na masa ay isang dami na walang sukat . Ang relatibong atomic mass ng bawat elemento ng kemikal ay ipinahiwatig sa periodic table. Kung ang isang sangkap ay binubuo ng mga molekula na nabuo mula sa mga atomo ng iba't ibang elemento ng kemikal, ang relatibong molecular mass ng ibinigay na sangkap ay katumbas ng kabuuan ng mga relatibong atomic na masa ng mga elemento na bumubuo sa ibinigay na sangkap.

Dami ng substance

Ang dami ng bagay na nasa katawan ay tinutukoy ng bilang ng mga molekula sa katawan na iyon (o ang bilang ng mga atomo). Dahil ang bilang ng mga molekula sa mga macroscopic na katawan ay napakalaki, upang matukoy ang dami ng bagay sa isang katawan, ang bilang ng mga molekula sa katawan na ito ay inihambing sa bilang ng mga atomo sa 0.012 kg ng carbon. Sa madaling salita, ang dami ng bagay v tinatawag nila ang isang halaga na katumbas ng ratio ng bilang ng mga molekula (o mga atomo) N sa isang ibinigay na katawan sa bilang ng mga atomo N A sa 12 g ng carbon, i.e.

v = N/N A . Ang halaga ng isang sangkap ay ipinahayag sa mga moles. Ang isang nunal ay katumbas ng dami ng sangkap ng isang sistema na naglalaman ng kasing dami ng mga elemento ng istruktura (mga atomo, molekula, mga ion) gaya ng mayroong mga atomo sa carbon-12 na may mass na 0.012 kg.

Avogadro pare-pareho. Molar mass

Ayon sa kahulugan ng nunal, ang 1 nunal ng anumang sangkap ay naglalaman ng parehong bilang ng mga molekula o atomo. Ang bilang na ito N A, katumbas ng bilang ng mga atom sa 0.012 kg (ibig sabihin, 1 mol) ng carbon, ay tinatawag na Avogadro constant. Ang molar mass M ng isang substance ay ang mass ng 1 mole ng substance na ito. Ang molar mass ng isang substance ay ipinahayag sa kilo bawat mole.

Ang dami ng isang substance ay makikita bilang

Ang masa ng isang molekula ay matatagpuan bilang o ibinigay na ang relatibong molecular mass ay ayon sa bilang na katumbas ng masa ng isang molekula na ipinahayag sa amu. (1 amu \u003d 1.66 × 10 -27 kg).

Ang proseso ng pag-unawa ay bubuo sa paraang ang makikinang na mga hula at mahusay na mga teorya, ang hitsura kung saan utang natin sa mga malikhaing henyo, pagkaraan ng ilang sandali ay naging halos walang kuwenta na mga katotohanan na ipinagkakaloob ng karamihan sa mga tao. Ilan sa atin ang nakapag-iisa, batay sa mga obserbasyon at pagninilay, na hulaan na ang Earth ay bilog o ang Earth ay umiikot sa Araw, at hindi ang kabaligtaran, at sa wakas, na mayroong mga atomo at molekula? Mula sa taas ng modernong agham, ang mga pangunahing probisyon ng atomic-molecular theory ay mukhang mga karaniwang katotohanan. Lumihis tayo, gayunpaman, mula sa matagal nang kilalang mga resultang pang-agham, ilagay ang ating sarili sa lugar ng mga siyentipiko ng nakaraan at subukang sagutin ang dalawang pangunahing katanungan. Una, ano ang mga sangkap na gawa sa? Pangalawa, bakit naiiba ang mga sangkap at bakit ang isang sangkap ay maaaring mabago sa isa pa? Ang agham ay gumugol na ng higit sa 2,000 taon sa paglutas ng mga kumplikadong tanong na ito. Bilang resulta, lumitaw ang isang teorya ng atomic-molecular, ang mga pangunahing probisyon kung saan maaaring mabuo bilang mga sumusunod.

1. Ang lahat ng mga sangkap ay binubuo ng mga molekula. Ang molekula ay ang pinakamaliit na particle ng isang substance na may mga katangiang kemikal nito.
2. Ang mga molekula ay binubuo ng mga atomo. Ang atom ay ang pinakamaliit na particle ng isang elemento sa mga kemikal na compound. Ang iba't ibang elemento ay tumutugma sa iba't ibang mga atomo.
3. Ang mga molekula at atomo ay patuloy na gumagalaw.
4. Sa mga reaksiyong kemikal, ang mga molekula ng ilang mga sangkap ay binago sa mga molekula ng iba pang mga sangkap. Ang mga atomo ay hindi nagbabago sa mga reaksiyong kemikal.

Paano nahulaan ng mga siyentipiko ang pagkakaroon ng mga atomo?

Naimbento ang mga atomo sa Greece noong ika-5 siglo. BC e. Ang pilosopo na si Leucippus (500-440 BC) ay nagtaka kung ang bawat particle ng bagay, gaano man kaliit, ay maaaring hatiin sa mas maliliit na particle. Naniniwala si Leucippus na bilang isang resulta ng naturang paghahati ay posible na makakuha ng tulad ng isang maliit na butil na ang karagdagang paghahati ay nagiging imposible.

Tinawag ng alagad ni Leucippus, ang pilosopo na si Democritus (460-370 BC) ang maliliit na particle na ito na "mga atomo" (atomos - hindi mahahati). Naniniwala siya na ang mga atomo ng bawat elemento ay may espesyal na sukat at hugis, at ito ay nagpapaliwanag ng mga pagkakaiba sa mga katangian ng mga sangkap. Ang mga sangkap na nakikita at nararamdaman natin ay nabuo kapag ang mga atomo ng iba't ibang elemento ay pinagsama sa isa't isa, at sa pamamagitan ng pagbabago ng likas na katangian ng koneksyon na ito, ang isang sangkap ay maaaring maging isa pa.

Nilikha ni Democritus ang atomic theory halos sa modernong anyo nito. Gayunpaman, ang teoryang ito ay bunga lamang ng mga pilosopikal na pagninilay, na hindi nauugnay sa mga natural na phenomena at proseso. Hindi pa ito napatunayan sa eksperimento dahil ang mga sinaunang Griyego ay hindi nag-eksperimento, inilalagay nila ang pag-iisip kaysa sa pagmamasid.

Ang unang eksperimento na nagpapatunay sa atomic na kalikasan ng bagay ay isinagawa lamang pagkatapos ng 2000 taon. Noong 1662, natuklasan ng Irish chemist na si Robert Boyle (1627-1691), kapag pinipiga ang hangin sa isang hugis-U na tubo sa ilalim ng presyon ng isang haligi ng mercury, natuklasan na ang dami ng hangin sa tubo ay inversely proportional sa presyon:

Kinumpirma ng French physicist na si Edm Mariotte (1620-1684) ang relasyong ito 14 na taon pagkatapos ni Boyle at napansin na nananatili lamang ito sa pare-parehong temperatura.

Ang mga resulta na nakuha nina Boyle at Mariotte ay maipaliwanag lamang kung kinikilala na ang hangin ay binubuo ng mga atomo, kung saan mayroong isang walang laman na espasyo. Ang compression ng hangin ay dahil sa convergence ng mga atomo at pagbaba sa dami ng walang laman na espasyo.

Kung ang mga gas ay gawa sa mga atomo, maaaring ipagpalagay na ang mga solido at likido ay gawa rin sa mga atomo. Halimbawa, ang tubig ay kumukulo kapag pinainit at nagiging singaw, na, tulad ng hangin, ay maaaring i-compress. Kaya ang singaw ng tubig ay binubuo ng mga atomo. Ngunit kung ang singaw ng tubig ay gawa sa mga atomo, bakit ang likidong tubig at yelo ay hindi maaaring gawin ng mga atomo? At kung totoo ito para sa tubig, maaaring totoo rin ito para sa iba pang mga sangkap.

Kaya, kinumpirma ng mga eksperimento nina Boyle at Mariotte ang pagkakaroon ng pinakamaliit na particle ng matter. Ito ay nananatiling alamin kung ano ang mga particle na ito.

Sa susunod na 150 taon, ang mga pagsisikap ng mga chemist ay pangunahing nakatuon sa pagtatatag ng komposisyon ng iba't ibang mga sangkap. Ang mga sangkap na nabulok sa hindi gaanong kumplikadong mga sangkap ay tinatawag na mga compound (komplikadong sangkap), halimbawa, tubig, carbon dioxide, iron oxide. Ang mga sangkap na hindi maaaring mabulok ay tinatawag na mga elemento (simpleng sangkap), tulad ng hydrogen, oxygen, tanso, ginto.

Noong 1789, inilathala ng mahusay na Pranses na chemist na si Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) ang sikat na aklat na Traite elementaire de chimie, na nag-systematize ng kaalamang naipon noong panahong iyon sa kimika. Sa partikular, nagbigay siya ng isang listahan ng lahat ng kilalang elemento, na naglalaman ng 33 sangkap. Dalawang pangalan sa listahang ito ay sa panimula ay mali (light at caloric), at walo sa kalaunan ay naging kumplikadong mga sangkap (dayap, silica, at iba pa).

Ang pagbuo ng mga pamamaraan ng pagsukat ng dami at mga pamamaraan ng pagsusuri ng kemikal ay naging posible upang matukoy ang ratio ng mga elemento sa mga compound ng kemikal. Ang Pranses na chemist na si Joseph Louis Proust (1754-1826), pagkatapos ng maingat na mga eksperimento sa isang bilang ng mga sangkap, itinatag batas ng pananatili ng komposisyon.

I Ang lahat ng mga compound, anuman ang paraan ng paghahanda, ay naglalaman ng elemento. mga pulis sa mahigpit na tinukoy na mga sukat ng timbang.

Kaya, halimbawa, ang sulfur dioxide, na nakuha sa pamamagitan ng pagsunog ng asupre, sa pamamagitan ng pagkilos ng mga acid sa sulfites, o sa anumang iba pang paraan, ay palaging naglalaman ng 1 bahagi ng timbang (mass fraction) ng asupre at 1 timbang na bahagi ng oxygen.

Ang kalaban ni Proust, ang French chemist na si Claude Louis Berthollet (1748-1822), sa kabaligtaran, ay nagtalo na ang komposisyon ng mga compound ay nakasalalay sa paraan ng kanilang paghahanda. Naniniwala siya na kung sa reaksyon ng dalawang elemento ang isa sa mga ito ay kinuha nang labis, kung gayon sa resultang tambalan ang bahagi ng timbang ng elementong ito ay magiging mas malaki din. Gayunpaman, pinatunayan ni Proust na nakakuha si Berthollet ng mga maling resulta dahil sa hindi tumpak na pagsusuri at paggamit ng hindi sapat na dalisay na mga sangkap.

Nakakagulat, ang ideya ni Berthollet, na mali sa panahon nito, ay kasalukuyang batayan ng isang malaking direksyong pang-agham sa kimika - agham ng kemikal na materyales. Ang pangunahing gawain ng mga materyal na siyentipiko ay upang makakuha ng mga materyales na may ninanais na mga katangian, at ang pangunahing pamamaraan ay ang paggamit ng pagtitiwala sa komposisyon, istraktura at mga katangian ng materyal sa paraan ng paghahanda.

Ang batas ng katatagan ng komposisyon, na natuklasan ni Proust, ay napakahalaga. Pinangunahan niya ang ideya ng pagkakaroon ng mga molekula at kinumpirma ang hindi pagkakaisa ng mga atomo. Sa katunayan, bakit sa sulfur dioxide gas S0 2 weight (mass) ratio ng sulfur at oxygen ay palaging 1:1, at hindi 1.1:0.9 o 0.95:1.05? Maaaring ipagpalagay na kapag ang isang butil ng sulfur dioxide ay nabuo (kalaunan ang particle na ito ay tinawag na molekula), ang isang sulfur atom ay pinagsama sa isang tiyak na bilang ng mga atomo ng oxygen, at ang masa ng mga atomo ng asupre ay katumbas ng masa ng mga atomo ng oxygen.

Ngunit ano ang mangyayari kung ang dalawang elemento ay maaaring bumuo ng ilang mga kemikal na compound sa isa't isa? Ang tanong na ito ay sinagot ng mahusay na English chemist na si John Dalton (1766-1844), na mula sa eksperimento ay nagbalangkas batas ng maramihang mga ratios (Batas ni Dalton).

I Kung ang dalawang elemento ay bumubuo ng ilang mga compound sa isa't isa, kung gayon. sa mga compound na ito, ang mga masa ng isang elemento sa bawat yunit ng masa ng isa pang elemento ay itinuturing bilang maliliit na integer.

Kaya, sa tatlong iron oxides bawat yunit ng timbang (mass) ng oxygen, mayroong 3.5, 2.625 at 2.333 na bahagi ng timbang (mass fractions) ng bakal, ayon sa pagkakabanggit. Ang mga ratios ng mga numerong ito ay ang mga sumusunod: 3.5: 2.625 = = 4:3; 3.5:2.333 = 3:2.

Mula sa batas ng maramihang mga ratio ay sumusunod na ang mga atomo ng mga elemento ay pinagsama sa mga molekula, at ang mga molekula ay naglalaman ng isang maliit na bilang ng mga atomo. Ang pagsukat sa mass content ng mga elemento ay nagbibigay-daan, sa isang banda, upang matukoy ang mga molekular na formula ng mga compound, at sa kabilang banda, upang mahanap ang mga kamag-anak na masa ng mga atomo.

Halimbawa, sa pagbuo ng tubig, ang isang bigat na bahagi ng hydrogen ay pinagsama sa 8 bigat na bahagi ng oxygen. Kung ipagpalagay natin na ang molekula ng tubig ay binubuo ng isang hydrogen atom at isang oxygen atom, lumalabas na ang oxygen atom ay 8 beses na mas mabigat kaysa sa hydrogen atom.

Isaalang-alang natin ang kabaligtaran na problema. Alam natin na ang isang iron atom ay 3.5 beses na mas mabigat kaysa sa isang oxygen atom. Mula sa relasyon

sumusunod na sa tambalang ito ay mayroong tatlong atomo ng oxygen sa bawat dalawang atom na bakal, ibig sabihin, ang formula ng tambalan ay Fe 2 0 3.

Nangangatuwiran sa ganitong paraan, pinagsama-sama ni Dalton ang kauna-unahang talahanayan ng mga timbang ng atom ng mga elemento. Sa kasamaang palad, ito ay naging hindi tama sa maraming aspeto, dahil sa pagtukoy ng mga atomic na timbang ay madalas na nagpapatuloy si Dalton mula sa hindi tamang mga pormula ng molekula. Naniniwala siya na ang mga atomo ng mga elemento ay halos palaging (na may mga bihirang eksepsiyon) ay konektado sa mga pares. Ang formula ni Dalton para sa tubig ay HINDI. Bilang karagdagan, sigurado siya na ang mga molekula ng lahat ng mga simpleng sangkap ay naglalaman ng isang atom bawat isa.

Ang mga tamang formula para sa tubig at maraming iba pang mga sangkap ay natukoy sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga reaksiyong kemikal sa bahagi ng gas. Natuklasan ng French chemist na si Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) na ang isang volume ng hydrogen ay tumutugon sa isang volume ng chlorine upang makabuo ng dalawang volume ng hydrogen chloride; sa panahon ng electrolytic decomposition ng tubig, isang volume ng oxygen at dalawang volume ng hydrogen ang nabuo, atbp. Ang panuntunang ito ng thumb ay nai-publish noong 1808 at tinawag ang batas ng volumetric na relasyon.

I Ang mga volume ng reacting gases ay tumutukoy sa isa't isa at sa mga volume ng gas. makasagisag na mga produkto ng reaksyon bilang maliliit na integer.

Ang kahulugan ng batas ng volumetric ratios ay naging malinaw pagkatapos ng mahusay na pagtuklas ng Italian chemist na si Amedeo Avogadro (1776-1856), na bumuo ng hypothesis (assumption), na kalaunan ay tinawag na Batas ni Avogadro.

| Sa pantay na dami ng anumang mga gas sa pare-pareho ang temperatura at presyon? Ang ion ay naglalaman ng parehong bilang ng mga molekula.

Nangangahulugan ito na ang lahat ng mga gas ay kumikilos sa isang tiyak na kahulugan sa parehong paraan at ang dami ng isang gas sa ilalim ng mga partikular na kondisyon ay hindi nakasalalay sa kalikasan (komposisyon) ng gas, ngunit natutukoy lamang sa pamamagitan ng bilang ng mga particle sa isang ibinigay na dami . Sa pamamagitan ng pagsukat ng volume, matutukoy natin ang bilang ng mga particle (mga atom at molekula) sa bahagi ng gas. Ang mahusay na merito ni Avogadro ay nakasalalay sa katotohanan na nagawa niyang magtatag ng isang simpleng ugnayan sa pagitan ng naobserbahang macroscopic na dami (volume) at ng mga microscopic na katangian ng mga gaseous substance (bilang ng mga particle).

Pagsusuri sa mga ratio ng volume na natagpuan ni Gay-Lussac at gamit ang kanyang hypothesis (na tinawag na sa kalaunan batas ni Avogadro) natuklasan ng siyentipiko na ang mga molekula ng mga gas na simpleng sangkap (oxygen, nitrogen, hydrogen, chlorine) ay diatomic. Sa katunayan, sa panahon ng reaksyon ng hydrogen na may murang luntian, ang dami ay hindi nagbabago, samakatuwid, ang bilang ng mga particle ay hindi rin nagbabago. Kung ipagpalagay natin na ang hydrogen at chlorine ay monatomic, bilang resulta ng reaksyon ng karagdagan, ang paunang dami ay dapat bumaba ng kalahati. Ngunit pagkatapos ng reaksyon, ang dami ay hindi nagbabago, na nangangahulugan na ang mga molekula ng hydrogen at klorin ay naglalaman ng dalawang atomo bawat isa at ang reaksyon ay nagpapatuloy ayon sa equation.

Katulad nito, ang isa ay maaaring magtatag ng mga molecular formula ng mga kumplikadong sangkap - tubig, ammonia, carbon dioxide at iba pang mga sangkap.

Kakatwa, ngunit hindi pinahahalagahan at hindi nakilala ng mga kontemporaryo ang mga konklusyon na ginawa ni Avogadro. Ang mga nangungunang chemist noong panahong iyon na sina J. Dalton at Jens Jakob Berzelius (1779-1848) ay tumutol sa palagay na ang mga molekula ng mga simpleng sangkap ay maaaring diatomic, dahil naniniwala sila na ang mga molekula ay nabuo lamang mula sa iba't ibang mga atomo (positibo at negatibong sisingilin). Sa ilalim ng presyon mula sa naturang mga awtoridad, ang hypothesis ni Avogadro ay tinanggihan at unti-unting nakalimutan.

Pagkalipas lamang ng halos 50 taon, noong 1858, aksidenteng natuklasan ng Italian chemist na si Stanislao Cannizzaro (1826-1910) ang gawa ni Avogadro at napagtanto na naging posible na malinaw na makilala ang mga konsepto ng "atom" at "molekula" para sa mga gas na sangkap. Si Cannizzaro ang nagmungkahi ng mga kahulugan ng atom at molekula, na ibinigay sa simula ng talatang ito, at nagdala ng kumpletong kalinawan sa mga konsepto ng "timbang ng atom" at "timbang ng molekular". Noong 1860, ang First International Chemical Congress ay ginanap sa Karlsruhe (Germany), kung saan, pagkatapos ng mahabang talakayan, ang mga pangunahing probisyon ng atomic-molecular theory ay kinikilala sa pangkalahatan.

I-summarize natin. Mayroong tatlong pangunahing yugto sa pagbuo ng atomic at molekular na agham.

1. Ang pagsilang ng atomic doctrine, ang paglitaw ng ideya (hypothesis) ng pagkakaroon ng atoms (Leucippus at Democritus).
2. Ang unang pang-eksperimentong kumpirmasyon ng atomic theory sa mga eksperimento na may compressed air (Boyle-Mariotte law).
3. Ang pagtuklas ng isang mahalagang regularidad na ang mga atomo ng iba't ibang elemento ay naroroon sa isang molekula sa ilang partikular na mga ratio ng timbang (Dalton's law of multiple ratios), at ang pagtatatag ng mga formula para sa mga gaseous na simpleng substance (Avogadro's hypothesis).

Ito ay kagiliw-giliw na kapag ang pagkakaroon ng mga atom ay iminungkahi, ang teorya ay nauna sa eksperimento (sa unang mga atom ay naimbento, at pagkatapos ng 2000 taon ito ay napatunayan). Sa kaso ng mga molekula, ang eksperimento ay nauna sa teorya: ang ideya ng pagkakaroon ng mga molekula ay iniharap upang ipaliwanag ang eksperimentong batas ng maraming ratios. Sa ganitong diwa, ang kasaysayan ng atomic-molecular theory ay isang tipikal na halimbawa na sumasalamin sa iba't ibang landas ng mga pagtuklas sa siyensya.

1. Mga pangunahing probisyon ng ILC. Patunay ng pagkakaroon ng mga molekula. Mga sukat at masa ng mga molekula.

Mga pangunahing probisyon ng teoryang molekular-kinetic.

3). Sa pagitan ng mga molekula sa proseso ng kanilang pakikipag-ugnayan ay may mga puwersa ng pagkahumaling at pagtanggi.

^ Pang-eksperimentong pagpapatibay ng teoryang molekular-kinetic

Ang mga obserbasyon ng Brownian motion at particle diffusion ay nagpakita na ang mga molekula ay nasa tuluy-tuloy na paggalaw.

^ Brownian motion.

Noong 1827, ang Ingles na botanista na si Brown, na nagmamasid sa isang suspensyon ng pollen ng bulaklak sa tubig sa pamamagitan ng isang mikroskopyo, ay natuklasan na ang mga butil ng pollen ay patuloy na gumagalaw nang random. Ang random na paggalaw ng napakaliit na solidong particle na nasuspinde sa isang likido ay tinatawag na Brownian motion. Napag-alaman na ang Brownian motion ay nangyayari nang walang katiyakan. Ang intensity ng paggalaw ng mga particle na nasuspinde sa isang likido ay hindi nakasalalay sa sangkap ng mga particle na ito, ngunit depende sa kanilang laki. Ang malalaking particle ay nananatiling hindi gumagalaw. Ang intensity ng Brownian motion ay tumataas habang ang temperatura ng likido ay tumataas at bumababa habang ito ay bumababa. Ang mga particle na nasuspinde sa isang likido ay gumagalaw sa ilalim ng impluwensya ng mga likidong molekula na bumabangga sa kanila. Ang mga molekula ay random na gumagalaw, kaya ang mga puwersa kung saan sila kumikilos sa mga nasuspinde na mga particle ay patuloy na nagbabago sa magnitude at direksyon. Ito ay humahantong sa random na paggalaw ng mga nasuspinde na mga particle. Kaya, malinaw na kinukumpirma ng Brownian motion ang pagkakaroon ng mga molekula at ang magulong kalikasan ng kanilang thermal motion. (Ang quantitative theory ng Brownian motion ay binuo noong 1905 ni Einstein.)
sa pamamagitan ng pagsasabog tinatawag na kababalaghan ng kusang pagpasok sa isa't isa ng mga molekula ng mga katabing sangkap sa intermolecular gaps ng bawat isa. (Ang pagsasabog sa pamamagitan ng mga semi-permeable na partisyon ay tinatawag na osmosis.) Ang isang halimbawa ng diffusion sa mga gas ay ang pagkalat ng mga amoy. Sa mga likido, ang isang malinaw na pagpapakita ng pagsasabog ay ang paghahalo laban sa pagkilos ng gravity ng mga likido na may iba't ibang densidad (sa kasong ito, ang mga molekula ng isang mas mabibigat na likido ay tumaas, at ang mga mas magaan na likido ay bumabagsak). Ang pagsasabog ay nangyayari rin sa mga solido. Pinatunayan nito ang karanasang ito: dalawang pinakintab na flat plate na ginto at tingga, na inilagay sa ibabaw ng isa't isa, ay pinananatiling nasa temperatura ng silid sa loob ng 5 taon. Sa panahong ito, ang mga plato ay lumaki nang sama-sama, na bumubuo ng isang solong kabuuan, at ang mga molekulang ginto ay tumagos sa tingga, at ang mga molekula ng tingga ay naging ginto hanggang sa lalim na hanggang 1 cm.1 Ang rate ng pagsasabog ay nakasalalay sa estado ng pagsasama-sama ng sangkap at temperatura . Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang diffusion rate, at habang bumababa ang temperatura, bumababa ito.

^ Mga sukat at masa ng mga molekula

^ Kamag-anak na molekular na timbang

Dahil ang mga masa ng mga atomo at molekula ay napakaliit, hindi ganap, ngunit ang mga kamag-anak na halaga ng masa ay karaniwang ginagamit sa mga kalkulasyon, na nakuha sa pamamagitan ng paghahambing ng mga masa ng mga atomo at molekula sa isang atomic mass unit, na pinili bilang 1/12 ng masa ng isang carbon atom (ibig sabihin, gumagamit sila ng carbon atomic mass scale). Kamag-anak na molekular(o atomic) masa M r(o PERO r) ang mga sangkap ay tumatawag sa isang halaga na katumbas ng ratio ng masa ng isang molekula (o atom) ng sangkap na ito sa 1/12 ng masa ng isang carbon atom na 12 C. Ang relatibong molekular (atomic) na masa ay isang dami na walang sukat . Ang relatibong atomic mass ng bawat elemento ng kemikal ay ipinahiwatig sa periodic table. Kung ang isang sangkap ay binubuo ng mga molekula na nabuo mula sa mga atomo ng iba't ibang elemento ng kemikal, ang relatibong molecular mass ng ibinigay na sangkap ay katumbas ng kabuuan ng mga relatibong atomic na masa ng mga elemento na bumubuo sa ibinigay na sangkap.

^ Dami ng substance

v = N/N A . Ang halaga ng isang sangkap ay ipinahayag sa mga moles. Ang isang nunal ay katumbas ng dami ng sangkap ng isang sistema na naglalaman ng kasing dami ng mga elemento ng istruktura (mga atomo, molekula, mga ion) gaya ng mayroong mga atomo sa carbon-12 na may mass na 0.012 kg.

^ Avogadro pare-pareho. Molar mass

Ang dami ng isang substance ay makikita bilang

Ang masa ng isang molekula ay matatagpuan bilang
o ibinigay na ang relatibong molecular mass ay numerong katumbas ng masa ng isang molekula na ipinahayag sa a.m.u. (1 amu = 1.6610 -27 kg).

^ 2. Ang istraktura ng mga gas, likido at solid na katawan

Mayroong apat na pinagsama-samang estado ng bagay - solid, likido, gas at plasma.

Kung ang pinakamababang potensyal na enerhiya W П ng mga molecule ng isang substance ay mas mababa kaysa sa average na kinetic energy ng kanilang thermal motion W K (i.e. W П > W K , kung gayon ang substance ay nasa solid state.

Sa mga gas sa hindi mataas na presyon at hindi mababang temperatura, ang mga molekula ay matatagpuan sa mga distansya mula sa bawat isa nang maraming beses sa kanilang laki. Sa ilalim ng gayong mga kondisyon, ang mga molekula ng gas ay hindi nakagapos ng mga intermolecular na puwersa ng pagkahumaling. Magulo silang gumagalaw nang progresibo sa buong volume na inookupahan ng gas. Ang pakikipag-ugnayan ng mga molekula ng gas ay nangyayari lamang kapag nagbanggaan sila sa isa't isa at sa mga dingding ng sisidlan kung saan matatagpuan ang gas. Tinutukoy ng paglipat ng momentum sa mga banggaang ito ang presyur na ginawa ng gas. Ang distansya na tinatahak ng isang molekula sa pagitan ng dalawang magkasunod na banggaan ay tinatawag na mean free path ng mga molekula. Kung ang mga molekula ng gas ay binubuo ng dalawa o higit pang mga atomo, pagkatapos ay sa pagbangga ay nakakakuha sila ng rotational motion. Kaya, sa mga gas, ang mga molekula ay gumaganap ng nakararami sa pagsasalin at pag-ikot ng paggalaw.

Sa mga likido, ang distansya sa pagitan ng mga molekula ay maihahambing sa kanilang epektibong diameter. Ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga molekula sa bawat isa ay medyo malaki. Ang mga molekula ng likido ay umiikot sa paligid ng mga pansamantalang posisyon ng ekwilibriyo. Gayunpaman, sa mga likido W П ~ W K , samakatuwid, na nakatanggap ng labis na kinetic energy bilang isang resulta ng magulong banggaan, ang mga indibidwal na molekula ay nagtagumpay sa pagkahumaling ng mga kalapit na molekula at lumipat sa mga bagong posisyon ng balanse, sa paligid kung saan muli silang nag-oscillate. Ang oras ng panginginig ng boses ng mga likidong molekula malapit sa mga posisyon ng balanse ay napakaikli (sa pagkakasunud-sunod ng 10 -10 - 10 -12 s), pagkatapos kung saan ang mga molekula ay gumawa ng paglipat sa mga bagong posisyon. Dahil dito, ang mga likidong molekula ay umiikot sa paligid ng mga pansamantalang sentro ng ekwilibriyo at biglang gumagalaw mula sa isang posisyon ng balanse patungo sa isa pa (dahil sa gayong mga paggalaw, ang likido ay may pagkalikido at nagkakaroon ng anyo ng sisidlan kung saan ito matatagpuan). Ang likido ay binubuo ng maraming mga mikroskopikong rehiyon kung saan mayroong isang tiyak na pagkakasunud-sunod sa pag-aayos ng mga kalapit na molekula, na hindi nauulit sa buong dami ng likido at nagbabago sa paglipas ng panahon. Ang ganitong uri ng pag-order ng butil ay tinatawag na short-range order.

Sa mga solido, ang distansya sa pagitan ng mga molekula ay mas maliit kaysa sa mga likido. Ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga molekula ng mga solido sa isa't isa ay napakahusay na ang mga molekula ay hawak na may kaugnayan sa isa't isa sa ilang mga posisyon at umiikot sa paligid ng patuloy na mga sentro ng ekwilibriyo. Ang mga solid ay nahahati sa mala-kristal at walang hugis. Ang mga mala-kristal na katawan ay nailalarawan sa pamamagitan ng tinatawag na mga kristal na sala-sala - isang ayos at pana-panahong paulit-ulit na pag-aayos ng mga molekula, atomo o ion sa kalawakan. Kung ang isang tuwid na linya ay iguguhit sa pamamagitan ng isang di-makatwirang node ng kristal na sala-sala sa anumang direksyon, kung gayon ang iba pang mga node ng sala-sala na ito ay magtatagpo sa isang pantay na distansya kasama ang tuwid na linya na ito, ibig sabihin, ang istraktura na ito ay paulit-ulit sa buong dami ng mala-kristal na katawan. Ang ganitong uri ng pag-order ng particle ay tinatawag na long-range order. Sa mga amorphous na katawan (salamin, dagta at isang bilang ng iba pang mga sangkap) walang mahabang hanay na pagkakasunud-sunod at isang kristal na sala-sala, na gumagawa ng mga amorphous na katawan na katulad ng mga katangian sa mga likido. Gayunpaman, sa mga amorphous na katawan, ang mga molekula ay umiikot sa paligid ng mga pansamantalang posisyon ng balanse nang mas mahaba kaysa sa mga likido. Sa mga solido, ang mga molekula ay nagsasagawa ng nakararami na oscillatory motion (bagaman mayroon ding mga indibidwal na molekula na sumusulong, bilang ebidensya ng hindi pangkaraniwang bagay ng pagsasabog).

^ 3. Eksperimento ni Stern. Bilis ng pamamahagi ng mga molekula

Ang mga molekula ng gas ay gumagalaw sa mataas na bilis sa isang tuwid na linya hanggang sa magbanggaan sila. Sa temperatura ng silid, ang bilis ng mga molekula ng hangin ay umaabot ng ilang daang metro bawat segundo. Ang average na distansya na naglalakbay ang mga molekula mula sa isang banggaan hanggang sa susunod ay tinatawag na mean free path ng mga molekula. Sa temperatura ng silid, ang mga molekula ng hangin ay may average na libreng landas na humigit-kumulang 10 -7 m. Dahil sa randomness ng paggalaw, ang mga molekula ay may malawak na pagkakaiba-iba ng mga bilis. Ngunit sa isang naibigay na temperatura, posible na matukoy ang bilis na malapit sa kung saan mayroon ang pinakamalaking bilang ng mga molekula.

Ang bilis na  in, malapit sa kung saan mayroon ang pinakamalaking bilang ng mga molekula, ay tinatawag na pinaka-malamang na bilis.

Isang napakaliit na bilang lamang ng mga molekula ang may bilis na malapit sa zero, o malapit sa isang walang katapusang malaking halaga, na maraming beses na mas malaki kaysa sa pinaka-malamang na bilis. At, siyempre, walang mga molekula na ang bilis ay zero o walang katapusang mahusay. Ngunit karamihan sa mga molekula ay may bilis na malapit sa pinaka-malamang.

Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang bilis ng mga molekula. Ngunit ang bilang ng mga molekula na may bilis na malapit sa pinaka-malamang ay bumababa, habang ang pagkalat sa mga bilis ay tumataas, ang bilang ng mga molekula ay tumataas, ang mga bilis ng kung saan ay naiiba nang malaki mula sa pinaka-malamang. Ang bilang ng mga molecule na gumagalaw sa mataas na bilis ay tumataas, at sa mas mababang bilis, ito ay bumababa. At Dahil sa malaking bilang ng mga molekula sa anumang dami ng gas, ang kanilang mga direksyon ng paggalaw kasama ang anumang coordinate axis ay pantay na malamang kung ang gas ay nasa equilibrium, ibig sabihin, walang mga daloy sa loob nito. Nangangahulugan ito na ang anumang nakadirekta na paggalaw ng isang molekula ay tumutugma sa isang anti-directional na paggalaw ng isa pang molekula na may parehong bilis, ibig sabihin, kung ang isang molekula ay gumagalaw, halimbawa, pasulong, pagkatapos ay tiyak na magkakaroon ng isa pang molekula na gumagalaw pabalik na may parehong bilis. Samakatuwid, ang bilis ng paggalaw ng mga molekula, na isinasaalang-alang ang kanilang direksyon, ay hindi maaaring makilala ng average na bilis ng lahat ng mga molekula, ito ay palaging magiging katumbas ng zero, dahil ang isang positibong bilis na nakadirekta sa isa sa mga coordinate axes ay magdadagdag. na may negatibong bilis na hindi nakadirekta sa axis na ito. Kung ang mga halaga ng mga bilis ng lahat ng mga molekula ay parisukat, kung gayon ang lahat ng mga minus ay mawawala. Kung, kung gayon, idagdag namin ang mga parisukat ng mga tulin ng lahat ng mga molekula, at pagkatapos ay hatiin sa bilang ng mga molekula N, ibig sabihin, matukoy ang average na halaga ng mga parisukat ng mga bilis ng lahat ng mga molekula, at pagkatapos ay kunin ang square root ng halagang ito. , pagkatapos ay hindi na ito magiging katumbas ng zero at posibleng ilarawan ang bilis ng mga molekula. Ang parisukat na ugat ng average ng mga parisukat ng mga bilis ng lahat ng mga molekula ay tinatawag na kanilang mean square speed
. Mula sa mga equation ng molecular physics ito ay sumusunod na
.

^ Mabagsik na karanasan.

Ang unang pang-eksperimentong pagpapasiya ng bilis ng mga molekula ay ginawa noong 1920 ng German physicist na si O. Stern. Tinukoy nito ang average na bilis ng paggalaw ng mga atomo. Ang scheme ng eksperimento ay ipinapakita sa fig.

Dalawang coaxial cylindrical na ibabaw 1 at 2 ay naayos sa isang patag na pahalang na base, na, kasama ang base, ay maaaring paikutin sa paligid ng vertical axis OO 1 . Ang ibabaw 1 ay solid, at p
ang surface 2 ay may makitid na slot 4 parallel sa axis OO 1 . Ang axis na ito ay isang platinum silver-plated wire 3, kung saan dumaraan ang isang electric current. Ang buong sistema ay nasa isang evacuated chamber (i.e. sa isang vacuum). Ang wire ay pinainit sa isang mataas na temperatura. Ang mga atomo ng pilak, na sumingaw mula sa ibabaw nito, ay pinupuno ang panloob na silindro 2. Ang isang makitid na sinag ng mga atomo na ito, na dumadaan sa puwang 4 sa dingding ng silindro 2, ay umabot sa panloob na ibabaw ng silindro 1. Kung ang mga silindro ay nakatigil, ang mga atomo ng pilak ay idineposito sa ibabaw na ito sa anyo ng isang makitid na strip na kahanay sa mga puwang (point B), (seksyon ng mga cylinder sa pamamagitan ng isang pahalang na eroplano).

Kapag ang mga cylinder ay dinadala sa pag-ikot na may pare-pareho ang angular velocity  sa paligid ng axis OO 1 sa panahon ng t, kung saan ang mga atomo ay lumilipad mula sa slot hanggang sa ibabaw ng panlabas na silindro (ibig sabihin, pumasa sila sa distansya AB na katumbas ng pagkakaiba
radii ng mga cylinder na ito), lumiliko ang mga cylinder sa isang anggulo , at ang mga atom ay idineposito sa anyo ng isang strip sa ibang lugar (point C, Fig. b). Ang distansya sa pagitan ng mga lugar ng pagtitiwalag ng mga atomo sa una at pangalawang kaso ay katumbas ng s.

Magpakilala ang average na bilis ng paggalaw ng mga atomo, at v = R - ang linear na bilis ng panlabas na silindro. Pagkatapos
. Ang pag-alam sa mga parameter ng pag-setup at pagsukat ng mga eksperimento, posibleng matukoy ang average na bilis ng mga atomo. Sa eksperimento ni Stern, natagpuan na ang average na bilis ng mga atomo ng pilak ay 650 m/s.

FEDERAL AGENCY PARA SA EDUKASYON

PEDERASYON NG RUSSIA

VORONEZH STATE UNIVERSITY

DEPARTMENT OF ONTOLOGY AND THEORY OF KNOWLEDGE

Teorya ng Brownian motion at pang-eksperimentong patunay ng tunay na pag-iral ng mga atomo at molekula

Nakumpleto ni: PhD student

Faculty ng Physics

Krisilov A.V.

Voronezh 2010

Atomic na istraktura ng bagay

Pagtuklas kay Robert Brown

Brownian motion theory

1Albert Einschnein - ang unang teorya ng Brownian motion

2Marianne Smoluchowski - ang pinagmulan ng mga batas ng probabilidad sa pisika

Katibayan para sa Tunay na Pag-iral ng mga Atom at Molecule

1Jean Baptiste Perrin - mapagpasyang mga eksperimento

2Theodor Svedberg - pagtukoy ng laki ng isang molekula ng protina

Modernong agham at Brownian motion

Panitikan

1.Atomic na istraktura ng bagay

bagay na brownian molecule atom

Ang mahalagang tanda ng kung ano ang itinalaga natin sa pang-araw-araw na buhay at sa agham bilang pagkakataon ay madaling tukuyin tulad ng sumusunod: maliliit na dahilan - malalaking epekto.

M. Smolukhovsky

Kilalang-kilala na ang mga sinaunang palaisip ay paulit-ulit na iminungkahi ang discrete nature ng matter. Dumating sila sa ito batay sa pilosopikal na ideya na imposibleng mapagtanto ang walang katapusang divisibility ng bagay, at kapag isinasaalang-alang ang mas maliit na dami, kinakailangan na huminto sa isang lugar. Para sa kanila, ang atom ay ang huling hindi mahahati na bahagi ng bagay, pagkatapos nito ay wala nang hahanapin. Ang modernong pisika ay nagpapatuloy din mula sa konsepto ng atomic na istraktura ng bagay, ngunit mula sa punto ng view nito, ang atom ay isang bagay na ganap na naiiba mula sa kung ano ang naunawaan ng mga sinaunang palaisip sa salitang ito. Ayon sa modernong mga konsepto, ang atom, bilang isang mahalagang bahagi ng bagay, ay may napakakomplikadong istraktura. Ang tunay na mga atomo sa diwa ng mga sinaunang tao ay, mula sa pananaw ng modernong pisika, mga elementarya na particle, tulad ng mga electron, na itinuturing ngayon (marahil pansamantala) bilang ang huling hindi mahahati na mga sangkap ng mga atomo at, dahil dito, ng bagay.

Ang konsepto ng atom ay ipinakilala sa modernong agham ng mga chemist. Ang pag-aaral ng mga kemikal na katangian ng iba't ibang mga katawan ay humantong sa mga chemist sa ideya na ang lahat ng mga sangkap ay nahahati sa dalawang klase: ang isa sa mga ito ay kinabibilangan ng mga kumplikado o pinagsama-samang mga sangkap na, sa pamamagitan ng naaangkop na mga operasyon, ay maaaring mabulok sa mas simpleng mga sangkap, ang isa pa - mas simpleng mga sangkap na. hindi na maaaring mabulok sa mga bahaging bahagi nito. Ang mga simpleng sangkap na ito ay madalas ding tinatawag na mga elemento. Ayon sa teoryang ito, ang agnas ng mga kumplikadong sangkap sa kanilang mga sangkap na bumubuo ay binubuo sa pagkasira ng mga bono na nagsasama-sama ng iba't ibang mga atomo sa mga molekula, at ang paghihiwalay ng mga sangkap sa kanilang mga bahaging bumubuo.

Ang atomic hypothesis ay naging napakabunga hindi lamang para sa pagpapaliwanag ng mga pangunahing phenomena ng kemikal, kundi pati na rin para sa pagbuo ng mga bagong pisikal na teorya. Sa katunayan, kung ang lahat ng mga sangkap ay talagang binubuo ng mga atomo, kung gayon marami sa kanilang mga pisikal na katangian ay maaaring mahulaan mula sa ideya ng kanilang atomic na istraktura. Halimbawa, ang mga kilalang katangian ng isang gas ay dapat ipaliwanag sa pamamagitan ng pagrepresenta sa gas bilang isang pinagsama-samang napakalaking bilang ng mga atomo o molekula sa isang estado ng mabilis na tuluy-tuloy na paggalaw. Ang presyon ng gas sa mga dingding ng sisidlan na naglalaman nito ay dapat na sanhi ng mga epekto ng mga atom o molekula sa mga dingding, ang temperatura nito ay dapat na nauugnay sa average na bilis ng mga particle, na tumataas sa pagtaas ng temperatura ng gas. Ang teoryang nakabatay sa gayong mga ideya, na tinatawag na kinetic theory ng mga gas, ay naging posible upang theoretically makuha ang mga pangunahing batas na sinusunod ng mga gas at nakuha na sa eksperimentong paraan. Bukod dito, kung ang palagay tungkol sa atomic na istraktura ng mga sangkap ay totoo, pagkatapos ay sumusunod na upang maipaliwanag ang mga katangian ng mga solido at likido, kinakailangang ipagpalagay na sa mga pisikal na estado na ito ang mga atomo o molekula na bumubuo sa sangkap ay dapat na sa mas maliit na distansya mula sa isa't isa. sa isa't isa at maging mas malakas na magkakaugnay kaysa sa gas na estado. Ang malaking halaga ng mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng napakalapit na pagitan ng mga atomo o molekula, na dapat pahintulutan, ay dapat ipaliwanag ang pagkalastiko, incompressibility at ilang iba pang mga katangian na nagpapakilala sa solid at likidong mga katawan. Ang mga teoryang lumitaw at nabuo sa batayan na ito ay nakatagpo ng ilang mga paghihirap sa daan (karamihan sa mga ito ay inalis sa pagdating ng quantum theory). Gayunpaman, ang mga resulta na nakuha sa teoryang ito ay sapat na kasiya-siya upang isaalang-alang na ito ay umuunlad sa tamang landas.

Sa kabila ng katotohanan na ang hypothesis ng atomic na istraktura ng bagay para sa ilang mga pisikal na teorya ay naging napakabunga, para sa pangwakas na kumpirmasyon nito ay kinakailangan na magsagawa ng higit pa o mas kaunting direktang eksperimento na nagpapatunay sa atomic na istraktura ng bagay.

Ang unang hakbang patungo sa eksperimentong ito ay ang karanasan ng botanist na si Robert Brown, na natuklasan ang random na paggalaw ng mga particle ng pollen na nasuspinde sa isang likido. Ngunit ang pagkilala sa kahalagahan ng pagtuklas na ito para sa agham ay dumating pagkaraan ng mahigit kalahating siglo.

Upang patunayan ang katotohanan ng mga molekula, kinakailangan upang matukoy ang kanilang laki o masa. Noong 1865, natanggap ni Loschmidt ang unang pagtatantya ng laki ng mga molekula ng hangin at ang bilang ng mga molekula ng gas sa 1 metro kubiko sa batayan ng gas-kinetic. cm sa ilalim ng normal na mga kondisyon, at binalangkas ang mga resulta na nakuha sa kilalang gawain na "Zur Gr ö sse der Luftmolek ü le" .

Pagkaraan ng pitong taon, noong 1872, kinakalkula ni van der Waals ang pare-parehong NA ni Avogadro (bilang ng mga molekula sa isang sample, ang bilang ng mga gramo ng isang sangkap kung saan ay katumbas ng timbang ng molekular nito). Nakita ni Van der Waals para sa numerong N ang tinatayang halaga na 6.2 1023. Ang teorya ng gas sa mataas na presyon at mga kahihinatnan nito

ang mga resulta ay malawak na hinangaan, ngunit dahil sa malaking bilang ng mga pagpapalagay na pinagbabatayan ng parehong teorya at pagkalkula ng bilang NA, ang nagresultang halaga ng numero ni Avogadro ay hindi partikular na pinagkakatiwalaan.

2.Pagtuklas kay Robert Brown

Ang Scottish botanist na si Robert Brown, sa kanyang buhay, bilang ang pinakamahusay na connoisseur ng mga halaman, ay nakatanggap ng pamagat ng "prinsipe ng mga botanist." Nakagawa siya ng maraming magagandang tuklas. Noong 1805, pagkatapos ng apat na taong ekspedisyon sa Australia, dinala niya sa England ang humigit-kumulang 4,000 species ng mga halaman sa Australia na hindi alam ng mga siyentipiko at gumugol ng maraming taon sa pag-aaral ng mga ito. Inilarawan ang mga halamang dinala mula sa Indonesia at Central Africa. Nag-aral ng pisyolohiya ng halaman, unang inilarawan nang detalyado ang nucleus ng isang selula ng halaman. Ngunit ang pangalan ng siyentipiko ay kilala ngayon hindi dahil sa mga gawaing ito.

Noong 1827, nagsagawa ng pananaliksik si Brown sa pollen ng halaman. Siya, sa partikular, ay interesado sa kung paano ang pollen ay kasangkot sa proseso ng pagpapabunga. Minsan, sa ilalim ng mikroskopyo, napagmasdan niya ang mga pinahabang butil ng cytoplasmic na nasuspinde sa tubig na nakahiwalay sa mga pollen cell ng planta ng North American na Clarkia pulchella (medyo clarkia). Biglang nakita ni Brown na ang pinakamaliit na matitigas na butil, na halos hindi makita sa isang patak ng tubig, ay patuloy na nanginginig at lumilipat sa iba't ibang lugar. Nalaman niya na ang mga paggalaw na ito, sa kanyang mga salita, "ay hindi nauugnay sa alinman sa mga daloy sa likido o sa unti-unting pagsingaw nito, ngunit likas sa mga particle mismo."

Ang obserbasyon ni Brown ay kinumpirma ng ibang mga siyentipiko. Ang pinakamaliit na mga particle ay kumikilos na parang buhay, at ang "sayaw" ng mga particle ay bumilis sa pagtaas ng temperatura at sa pagbaba ng laki ng butil at malinaw na bumagal kapag ang tubig ay pinalitan ng isang mas malapot na daluyan. Ang kamangha-manghang kababalaghan na ito ay hindi tumigil: maaari itong maobserbahan sa loob ng mahabang panahon. Sa una, inisip pa ni Brown na ang mga buhay na nilalang ay talagang nakapasok sa larangan ng mikroskopyo, lalo na dahil ang pollen ay ang mga male sex cell ng mga halaman, ngunit ang mga particle mula sa mga patay na halaman, kahit na mula sa mga natuyo isang daang taon na ang nakaraan sa mga herbarium, ay humantong din. Pagkatapos ay nagtaka si Brown kung ito ba ang mga "elementarya na molekula ng mga nabubuhay na nilalang", na binanggit ng sikat na French naturalist na si Georges Buffon (1707-1788), ang may-akda ng 36-volume na Natural History. Ang palagay na ito ay nahulog nang magsimulang tuklasin ni Brown ang mga tila walang buhay na bagay; sa una ito ay napakaliit na mga particle ng karbon, pati na rin ang uling at alikabok mula sa hangin ng London, pagkatapos ay pino ang giniling na mga inorganikong sangkap: salamin, maraming iba't ibang mineral. "Ang mga aktibong molekula" ay nasa lahat ng dako: "Sa bawat mineral," isinulat ni Brown, "na nagawa kong gumiling sa alikabok sa isang lawak na maaari itong masuspinde sa tubig nang ilang panahon, natagpuan ko, sa mas malaki o mas maliit na dami, ang mga molekula na ito. .

Sa loob ng halos 30 taon, ang pagtuklas ni Brown ay hindi nakaakit ng interes ng mga physicist. Ang maliit na kahalagahan ay naka-attach sa bagong kababalaghan, naniniwala na ito ay dahil sa panginginig ng paghahanda, o kahalintulad sa paggalaw ng mga particle ng alikabok, na sinusunod sa kapaligiran kapag ang isang sinag ng liwanag ay bumagsak sa kanila, at kung saan, tulad ng dati. kilala, ay sanhi ng paggalaw ng hangin. Ngunit kung ang mga paggalaw ng mga particle ng Brown ay sanhi ng ilang mga daloy sa likido, kung gayon ang mga kalapit na mga particle ay kikilos nang magkakasabay, na sumasalungat sa data ng pagmamasid.

Ang paliwanag ng Brownian motion (gaya ng tawag sa hindi pangkaraniwang bagay na ito) sa pamamagitan ng paggalaw ng mga di-nakikitang molekula ay ibinigay lamang sa huling quarter ng ika-19 na siglo, ngunit hindi agad tinanggap ng lahat ng mga siyentipiko. Noong 1863, iminungkahi ni Ludwig Christian Wiener (1826-1896), isang guro ng descriptive geometry mula sa Karlsruhe (Germany), na ang kababalaghan ay nauugnay sa mga oscillatory na paggalaw ng mga hindi nakikitang atomo. Mahalaga na nakita ni Wiener ang isang pagkakataon na tumagos sa mga lihim ng istraktura ng bagay sa tulong ng hindi pangkaraniwang bagay na ito. Una niyang sinubukang sukatin ang bilis ng paggalaw ng mga particle ng Brownian at ang pagtitiwala nito sa kanilang sukat. Ngunit ang mga konklusyon ni Wiener ay kumplikado sa pamamagitan ng pagpapakilala ng konsepto ng "mga atom ng eter" bilang karagdagan sa mga atomo ng bagay. Noong 1876, si William Ramsay, at noong 1877 ang Belgian Jesuit na mga pari na sina Carbonel, Delso at Tirion, at sa wakas, noong 1888, si Hui, ay malinaw na nagpakita ng thermal nature ng Brownian motion [5].

"Sa isang malaking lugar," ang isinulat ni Delso at Carbonel, "ang mga epekto ng mga molekula na nagdudulot ng presyon ay hindi nagiging sanhi ng anumang pagyanig ng nasuspinde na katawan, dahil ang mga ito ay magkakasamang lumikha ng pare-parehong presyon sa katawan sa lahat ng direksyon. Ngunit kung ang lugar ay hindi sapat upang mabayaran ang hindi pagkakapantay-pantay, kinakailangang isaalang-alang ang hindi pagkakapantay-pantay ng mga panggigipit at ang kanilang patuloy na pagbabago mula sa punto hanggang punto. Ang batas ng malalaking numero ngayon ay hindi binabawasan ang epekto ng mga banggaan sa isang average na pare-parehong presyon, ang kanilang resulta ay hindi na magiging katumbas ng zero, ngunit patuloy na magbabago sa direksyon at magnitude nito.

Kung tinanggap ang paliwanag na ito, kung gayon ang kababalaghan ng thermal motion ng mga likido, na ipinostula ng kinetic theory, ay masasabing napatunayang ad oculos (nakikita). Kung posible, nang hindi nakikilala ang mga alon sa kalayuan mula sa dagat, ipapaliwanag nito ang pag-uyog ng bangka sa abot-tanaw ng mga alon, sa parehong paraan, nang hindi nakikita ang paggalaw ng mga molekula, maaari itong hatulan sa pamamagitan ng paggalaw. ng mga particle na nasuspinde sa likido.

Ang paliwanag na ito ng Brownian motion ay hindi lamang mahalaga bilang kumpirmasyon ng kinetic theory, mayroon din itong mahalagang teoretikal na kahihinatnan. Ayon sa batas ng konserbasyon ng enerhiya, ang pagbabago sa bilis ng isang nasuspinde na butil ay dapat na sinamahan ng pagbabago sa temperatura sa kalapit na bahagi ng particle na ito: ang temperatura na ito ay tumataas kung ang bilis ng particle ay bumaba, at bumaba kung ang bilis. tumataas ang particle. Kaya, ang thermal equilibrium ng isang likido ay isang statistical equilibrium.

Ang isang mas makabuluhang obserbasyon ay ginawa noong 1888 ni Huy: Brownian motion, mahigpit na pagsasalita, ay hindi sumusunod sa pangalawang batas ng thermodynamics. Sa katunayan, kapag ang isang nasuspinde na butil ay kusang tumaas sa isang likido, ang bahagi ng init ng kapaligiran nito ay kusang nagbabago sa mekanikal na gawain, na ipinagbabawal ng pangalawang batas ng thermodynamics. Ang mga obserbasyon, gayunpaman, ay nagpakita na ang butil ay tumataas nang mas madalas, mas mabigat ang butil. Para sa mga particle ng bagay na may ordinaryong laki, ang posibilidad na magkaroon ng ganitong pagtaas ay halos zero.

Kaya ang pangalawang batas ng thermodynamics ay naging isang batas ng posibilidad sa halip na isang batas ng pangangailangan. Noong nakaraan, walang karanasan ang sumuporta sa istatistikal na interpretasyong ito. Sapat na upang tanggihan ang pagkakaroon ng mga molekula, tulad ng ginawa, halimbawa, ng paaralan ng energetics, na umunlad sa ilalim ng pamumuno ni Mach at Ostwald, para ang pangalawang batas ng thermodynamics ay naging batas ng pangangailangan. Ngunit pagkatapos ng pagtuklas ng Brownian motion, ang isang mahigpit na interpretasyon ng pangalawang batas ay naging imposible na: mayroong isang tunay na karanasan na nagpakita na ang pangalawang batas ng thermodynamics ay patuloy na nilalabag sa kalikasan, na ang isang walang hanggang motion machine ng pangalawang uri ay hindi lamang. hindi ibinukod, ngunit patuloy na napagtanto sa harap mismo ng ating mga mata.

Samakatuwid, sa pagtatapos ng huling siglo, ang pag-aaral ng Brownian motion ay nakakuha ng malaking teoretikal na kahalagahan at nakakuha ng atensyon ng maraming teoretikal na pisiko, at sa partikular na Einstein.

3.Brownian motion theory

Dahil ang pinakaunang pisikal na pag-aaral ng Brownian motion, ang mga pagtatangka ay ginawa upang matukoy ang average na bilis ng mga nasuspinde na particle. Gayunpaman, ang mga pagtatantya na nakuha ay naglalaman ng mga gross error, dahil ang trajectory ng particle ay napakakomplikado na hindi ito maaaring masubaybayan: ang average na bilis ay nag-iiba-iba sa magnitude at direksyon, nang walang tending sa anumang tiyak na limitasyon sa pagtaas ng oras ng pagmamasid. Imposibleng matukoy ang tangent sa tilapon sa anumang punto, dahil ang tilapon ng particle ay hindi kahawig ng isang makinis na kurba, ngunit ang graph ng ilang function na walang derivative.

Pahalang na projection (pinalaki) ng magkakasunod na posisyon na inookupahan bawat 30 segundo ng tatlong particle ng gum na may diameter na bahagyang higit sa 1 micron. (Les Atomes - Kalikasan, Tomo 91, Isyu 2280, pp. 473 (1913)).

3.1Einschnein - ang unang teorya ng Brownian motion

Noong 1902, pagkatapos ng pagtatapos mula sa Federal Institute sa Zurich, si Einstein ay naging tagasuri sa Swiss Patent Office sa Bern, kung saan nagsilbi siya ng pitong taon. Ang mga ito ay masaya at produktibong mga taon para sa kanya. Kahit na ang suweldo ay halos hindi sapat, ang trabaho sa opisina ng patent ay hindi partikular na mabigat at nag-iwan kay Einstein ng sapat na oras at lakas para sa teoretikal na pananaliksik. Ang kanyang unang gawain ay ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula at mga aplikasyon ng statistical thermodynamics. Isa sa mga ito - "Isang bagong kahulugan ng laki ng mga molekula" ay tinanggap bilang isang disertasyon ng doktor ng Unibersidad ng Zurich. Sa parehong taon, inilathala ni Einstein ang isang maliit na serye ng mga papel na hindi lamang nagpakita ng kanyang lakas bilang isang teoretikal na pisiko, ngunit binago din ang mukha ng lahat ng pisika.

Isa sa mga gawaing ito ay nakatuon sa pagpapaliwanag ng Brownian motion ng mga particle na nasuspinde sa isang likido. Iniugnay ni Einstein ang paggalaw ng mga particle na naobserbahan sa pamamagitan ng mikroskopyo sa mga banggaan ng mga particle na ito sa mga molekula; bilang karagdagan, hinulaang niya na ang pagmamasid sa Brownian motion ay nagpapahintulot sa isa na kalkulahin ang masa at bilang ng mga molekula sa isang naibigay na dami. Pagkalipas ng ilang taon, kinumpirma ito ni Jean Perrin. Ang gawaing ito ni Einstein ay may partikular na kahalagahan dahil ang pagkakaroon ng mga molekula, na itinuturing na hindi hihigit sa isang maginhawang abstraction, ay kinukuwestiyon pa rin noong panahong iyon.

3.2Smoluchowski - ang pinagmulan ng mga batas ng posibilidad sa pisika

Si Einstein, na mismong nagsagawa ng napakatalino na pananaliksik sa Brownian motion sa parehong oras, ay sumulat sa kanyang obitwaryo kay Smoluchowski (1917): Ang kinetic theory ng init ay nakamit ang pangkalahatang pagkilala lamang noong 1905-1906, nang mapatunayang ito ay maaaring ipaliwanag sa dami ang matagal nang natuklasan na magulong paggalaw ng mga nasuspinde na microscopic na mga particle, i.e. Brownian motion. Lumikha si Smoluchowski ng isang partikular na eleganteng at mapaglarawang teorya ng hindi pangkaraniwang bagay na ito, batay sa kinetic na batas ng pare-parehong pamamahagi ng enerhiya... Ang kaalaman sa kakanyahan ng Brownian motion ay humantong sa biglaang paglaho ng anumang mga pagdududa tungkol sa pagiging maaasahan ng pag-unawa ni Boltzmann sa mga thermodynamic na batas [ 9].

Ang pinakamahalagang bagay sa gawain nina Einstein at Smoluchowski sa Brownian motion ay ang magtatag ng koneksyon sa pagitan ng mga batas ng paggalaw ng nakikita at direktang nasusukat na mga particle ng Brown na nasuspinde sa isang likido at ang mga batas ng paggalaw ng mga di-nakikitang molekula. Lumalabas na ang mga batas ng gas ay nalalapat sa mga nasuspinde na mga particle ng Brown; ang kanilang distribusyon sa gravitational field (barometric formula) ay kapareho ng pamamahagi ng mga gas; ang kanilang average na kinetic energy ay katumbas ng average na kinetic energy ng mga molekula ng likido kung saan sila nasuspinde. Nangangahulugan ito na sa Brownian motion ng mga naobserbahang particle mayroon tayong malinaw at masusukat na larawan ng kinetic motion ng mga molekula. Ang lahat ng ito ay nagbukas ng pinakamayamang mga posibilidad para sa iba't ibang mga pamamaraan ng eksperimentong pagpapatunay ng mga dami na nagpapakilala sa mga sistema ng molekular, na dati ay mukhang hypothetical lamang. Kaya't ang mga resulta ng pag-aaral ng Brownian motion ay nagbigay ng maraming paraan upang masukat ang bilang ng mga particle sa isang gram-molecule (numero ni Avogadro) - sa pamamagitan ng pagsukat ng lagkit ng mga gas, ang pamamahagi ng mga particle ng pagsasabog ng mga natutunaw na katawan, ang phenomenon. ng opalescence, ang phenomenon ng blueness ng kalangitan, atbp. Sa lahat ng kaso, ang mga resulta ay naging nakakagulat na pare-pareho, sa loob ng experimental error. Si Jean Perrin, sa isang papel sa Brownian Motion and Molecules na inihatid sa French Physical Society noong Abril 15, 1909, ay nagsabi: Tila imposible sa akin na ang isang isip na walang pagkiling ay hindi dapat lubos na humanga sa pag-iisip ng pambihirang pagkakaiba-iba ng mga phenomena na may posibilidad na magbigay ng parehong bilang na may ganoong katumpakan, habang para sa bawat isa sa mga penomena, nang hindi ginagabayan ng teoryang molekular, maaaring asahan ng isa ang anumang halaga sa pagitan ng zero at infinity. Mula ngayon, magiging mahirap na ipagtanggol sa mga makatwirang argumento ang poot sa mga hypotheses ng molekular. . Alam din ni Smoluchowski ang kahalagahan ng mga pag-aaral ng Brownian motion, na sa isang kongreso sa Münster noong 1912 ay nagsabi: ... Dito, sa unang pagkakataon, ang batas ni Maxwell sa pamamahagi ng mga bilis at, sa pangkalahatan, ang ideya ng init bilang isang proseso ng paggalaw ay seryosong isinasaalang-alang, habang mas maaga ang lahat ng ito ay karaniwang itinuturing bilang isang uri ng patula. paghahambing .

Ang mga pag-aaral ng Brownian motion at pagbabagu-bago ay hindi maiiwasang maglagay ng mga problemang metodolohikal para sa mga siyentipiko tungkol sa papel ng pagkakataon sa pisika, gaya ng isinulat ni Smoluchowski sa isang artikulong inilathala pagkatapos ng kanyang kamatayan. Sa konsepto ng randomness at ang pinagmulan ng mga batas ng probabilidad sa pisika .

4.Katibayan para sa Tunay na Pag-iral ng mga Atom at Molecule

1Jean Baptiste Perrin - mapagpasyang mga eksperimento.

Sa kurso ng mga pag-aaral ng mga cathode ray na ibinubuga ng isang negatibong elektrod (cathode) sa isang vacuum tube sa panahon ng isang electric discharge, ipinakita ni Jean-Baptiste Perrin noong 1895 na sila ay isang stream ng mga negatibong sisingilin na mga particle. Sa lalong madaling panahon ang opinyon ay nagsimulang kumalat na ang mga negatibong particle na ito, na tinatawag na mga electron, ay isang bahagi ng mga atomo.

Pinaniniwalaan ng teorya ng atom na ang mga elemento ay binubuo ng mga discrete particle na tinatawag na atoms, at ang mga kemikal na compound ay binubuo ng mga molecule, mas malalaking particle na naglalaman ng dalawa o higit pang atoms. Sa pagtatapos ng siglo XIX. Ang teorya ng atomic ay nakakuha ng malawak na pagtanggap sa mga siyentipiko, lalo na sa mga chemist. Gayunpaman, ang ilang mga physicist ay naniniwala na ang mga atomo at molekula ay hindi hihigit sa kathang-isip na mga bagay na ipinakilala para sa mga kadahilanan ng kaginhawahan at kapaki-pakinabang sa numerical na pagproseso ng mga resulta ng mga kemikal na reaksyon. Ang Austrian physicist at pilosopo na si Ernst Mach ay naniniwala na ang tanong ng pangunahing istraktura ng bagay ay hindi malulutas sa panimula at hindi dapat maging paksa ng pananaliksik ng mga siyentipiko. Para sa mga tagasuporta ng atomism, ang kumpirmasyon ng discreteness ng matter ay isa sa mga pangunahing tanong na nanatiling hindi nalutas sa physics.

Sa patuloy na pagbuo ng atomic theory, inilagay ni Perrin noong 1901 ang hypothesis na ang atom ay isang miniature solar system, ngunit hindi ito mapatunayan.

Noong 1905, inilathala ni Albert Einstein ang isang gawain sa Brownian motion, kung saan ibinigay ang mga teoretikal na pundasyon ng molecular hypothesis. Gumawa siya ng ilang mga hula sa dami, ngunit ang mga eksperimento na kailangan upang subukan ang mga ito ay nangangailangan ng napakahusay na katumpakan na nag-alinlangan si Einstein sa kanilang pagiging posible. Mula 1908 hanggang 1913, si Perrin (sa una ay hindi alam ang gawa ni Einstein) ay gumawa ng mga banayad na obserbasyon sa Brownian motion na nagpapatunay sa mga hula ni Einstein.

Napagtanto ni Perrin na kung ang paggalaw ng mga nasuspinde na mga particle ay sanhi ng mga banggaan sa mga molekula, kung gayon, batay sa mga kilalang batas ng gas, mahuhulaan ng isang tao ang kanilang karaniwang mga displacement sa isang tiyak na tagal ng panahon kung alam ng isang tao ang kanilang laki, density, at ilang mga katangian ng ang likido (halimbawa, temperatura at density). Ang kailangan lang ay itugma nang tama ang mga hulang ito sa mga sukat, at pagkatapos ay magkakaroon ng malakas na kumpirmasyon ng pagkakaroon ng mga molekula. Gayunpaman, ang pagkuha ng mga particle ng nais na laki at pagkakapareho ay hindi napakadali. Pagkatapos ng maraming buwan ng maingat na sentripugasyon, nagawa ni Perrin na ihiwalay ang ilang ikasampu ng isang gramo ng mga homogenous na particle ng gummigut (isang madilaw na sangkap na nakuha mula sa gatas na katas ng mga halaman). Matapos sukatin ang mga katangian ng Brownian motion ng mga particle na ito, ang mga resulta ay naging medyo pare-pareho sa teorya ng molekular.

Pamamahagi ng mga endpoint ng mga pahalang na displacement ng isang gum particle, inilipat parallel sa kanilang mga sarili upang ang mga pinagmulan ng lahat ng displacements ay nasa gitna ng bilog, na inilathala sa gawa ni Perrin Brownian motion at ang realidad ng mga molecule .

Pinag-aralan din ni Perrin ang sedimentation, o settling, ng pinakamaliliit na suspended particle. Kung tama ang teorya ng molekular, katwiran niya, ang mga particle na mas maliit sa isang tiyak na sukat ay hindi lulubog sa ilalim ng sisidlan: ang pataas na bahagi ng momentum na nagreresulta mula sa mga banggaan sa mga molekula ay patuloy na sasalungat sa pababang puwersa ng grabidad. Kung ang suspensyon ay hindi nababagabag, ang sedimentation equilibrium ay tuluyang maitatag, pagkatapos nito ay hindi magbabago ang konsentrasyon ng mga particle sa iba't ibang lalim. Kung ang mga katangian ng suspensyon ay kilala, pagkatapos ay ang equilibrium vertical distribution ay maaaring mahulaan.

Gumawa si Perrin ng ilang libong mga obserbasyon, gamit ang napaka-sopistikado at mapanlikhang mga mikroskopikong pamamaraan at binibilang ang bilang ng mga particle sa iba't ibang lalim sa isang patak ng likido na may lalim na hakbang na labindalawang daan lamang ng isang milimetro. Nalaman niya na ang konsentrasyon ng mga particle sa isang likido ay bumababa nang husto sa pagbaba ng lalim, at ang mga numerical na katangian ay sumang-ayon nang maayos sa mga hula ng teorya ng molekular na ang mga resulta ng kanyang mga eksperimento ay malawak na tinanggap bilang mapagpasyang ebidensya para sa pagkakaroon ng mga molekula. Nang maglaon, gumawa siya ng mga paraan upang sukatin hindi lamang ang mga linear na displacement ng mga particle sa Brownian motion, kundi pati na rin ang kanilang pag-ikot. Ang pananaliksik ni Perrin ay nagpapahintulot sa kanya na kalkulahin ang laki ng mga molekula at ang numero ng Avogadro, i.e. ang bilang ng mga molekula sa isang nunal (ang dami ng isang sangkap na ang masa, na ipinahayag sa gramo, ay katumbas ng bilang ng molekular na bigat ng sangkap na ito). Sinubukan niya ang kanyang numero ng Avogadro na may limang iba't ibang uri ng mga obserbasyon at nalaman na natutugunan nito ang lahat ng mga ito, na isinasaalang-alang ang pinakamababang error na pang-eksperimento. (Ang kasalukuyang tinatanggap na halaga para sa numerong ito ay humigit-kumulang 6.02 1023; nakakuha si Perrin ng halaga na 6% na mas mataas.) Noong 1913, nang ibuod niya ang napakaraming ebidensya ng discrete nature ng matter sa kanyang aklat Les Atomes - "Mga Atom" Ang katotohanan ng pagkakaroon ng parehong mga atomo at mga molekula ay kinilala halos sa pangkalahatan.

Noong 1926, natanggap ni Perrin ang Nobel Prize sa Physics "para sa kanyang trabaho sa discrete nature ng matter, at sa partikular para sa pagtuklas ng sedimentary equilibrium."

4.2Theodore Svedberg - pagtukoy sa laki ng isang molekula ng protina

Ang Swedish chemist na si Theodor Svedberg, 3 taon lamang matapos makapasok sa Uppsala University, ay tumanggap ng kanyang doctorate para sa isang thesis sa colloidal system.

Ang mga sistemang koloidal ay isang halo kung saan ang pinakamaliit na particle ng isang substance ay nakakalat sa ibang substance. Ang mga colloidal particle ay mas malaki kaysa sa mga particle ng tunay na solusyon, ngunit hindi gaanong makikita sa ilalim ng mikroskopyo o na sila ay namuo sa ilalim ng impluwensya ng grabidad. Ang kanilang mga sukat ay mula sa 5 nanometer hanggang 200 nanometer. Ang mga halimbawa ng mga colloidal system ay "Indian ink" (mga particle ng uling sa tubig), usok (particulate matter sa hangin), at milk fat (maliliit na globule ng taba sa aqueous solution). Sa kanyang disertasyon ng doktor, inilarawan ni Svedberg ang isang bagong paraan ng paglalapat ng mga oscillatory electrical discharges sa pagitan ng mga electrodes ng metal na inilagay sa isang likido upang makakuha ng medyo purong colloidal na solusyon ng mga metal. Ang dating pinagtibay na direktang kasalukuyang pamamaraan ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mataas na antas ng kontaminasyon.

Noong 1912, si Svedberg ay naging unang guro ng pisikal na kimika sa Uppsala University at nanatili sa posisyon na ito sa loob ng 36 na taon. Ang kanyang maingat na pag-aaral ng diffusion at ang Brownian motion ng colloidal particle (random motion ng pinakamaliit na particle na sinuspinde sa isang likido) ay isa pang ebidensya na pabor sa eksperimentong kumpirmasyon ng teoretikal na gawain nina Albert Einstein at Marian Smoluchowski, na isinagawa noong 1908 ni Jean. Perrin, na nagtatag ng pagkakaroon ng mga molekula sa solusyon. Pinatunayan ni Perrin na ang laki ng malalaking colloidal particle ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng pagsukat sa rate ng kanilang precipitation. Karamihan sa mga colloidal particle, gayunpaman, ay tumira sa kanilang kapaligiran nang napakabagal na ang pamamaraang ito ay hindi praktikal.

Upang matukoy ang laki ng butil sa mga colloidal na solusyon, gumamit si Svedberg ng ultramicroscope na idinisenyo ni Richard Zsigmondy. Naniniwala siya na ang pag-aayos ng mga colloidal particle ay mapabilis sa ilalim ng mga kondisyon ng isang mas malakas na gravitational field na nilikha ng isang high-speed centrifuge. Sa kanyang pananatili sa Unibersidad ng Wisconsin noong 1923, kung saan siya ay isang visiting professor sa loob ng 8 buwan, itinakda ni Svedberg ang pagbuo ng optical centrifuge kung saan ang pag-aayos ng mga particle ay ire-record sa pamamagitan ng photography. Dahil ang mga particle ay lumipat hindi lamang sa pamamagitan ng pag-aayos, kundi pati na rin sa pamamagitan ng pagkilos ng mga maginoo na alon, hindi matukoy ni Svedberg ang laki ng mga particle gamit ang pamamaraang ito. Alam niya na ang mataas na thermal conductivity ng hydrogen ay maaaring makatulong sa pag-alis ng mga pagkakaiba sa temperatura, at samakatuwid ay convection currents. Sa pamamagitan ng paggawa ng hugis-wedge na cuvette at paglalagay ng umiikot na cuvette sa hydrogen atmosphere, si Svedberg noong 1924, na nakabalik na sa Sweden, kasama ang kanyang kasamahan na si Hermann Rinde, ay nakamit ang deposition nang walang convection. Noong Enero 1926, sinubukan ng siyentipiko ang isang bagong modelo ng ultracentrifuge na may mga rotor ng langis, kung saan nakamit niya ang 40,100 rebolusyon kada minuto. Sa bilis na ito, isang puwersa na 50,000 beses na mas malaki kaysa sa gravity ang kumilos sa sistema ng pag-aayos.

Noong 1926, si Svedberg ay iginawad sa Nobel Prize sa Chemistry "para sa kanyang trabaho sa larangan ng disperse system." Sa kanyang pambungad na talumpati sa ngalan ng Royal Swedish Academy of Sciences, ipinahayag ni H.G. ang paaralan ng mga siyentipiko na ang mga materyal na particle na ito ay bunga ng imahinasyon.”

5.Modernong agham ng Brownian motion

Ang pangunahing problema ng relasyon sa pagitan ng reversibility ng mga equation ng classical at quantum mechanics at ang irreversibility ng thermodynamic na proseso ay malapit na nauugnay sa konsepto ng kaguluhan at ang applicability ng isang probabilistikong paglalarawan. Sa maraming mga solusyon ng mga equation ng dinamika, tanging ang mga lumalaban sa pakikipag-ugnayan sa kapaligiran ng pisikal na sistema ang natanto, kaya ang irreversibility ay isang pag-aari ng mga bukas na sistema. Ang anumang sistema ay maaaring ituring na sarado lamang ng humigit-kumulang (dahil palaging may mga panlabas na ingay), samakatuwid ang irreversibility ay may unibersal na karakter.

Sa kasalukuyan ang termino Brownian motion ay may napakalawak na kahulugan at ang teorya ng Brownian motion ay isang sangay ng open systems physics na nauugnay sa mga stochastic na proseso, mga proseso ng self-organization at dynamic na kaguluhan.

Sa istatistikal na teorya ng mga prosesong nonequilibrium mga atomo , bilang microscopic structural units, ay ginagamit lamang sa yugto ng pagbuo ng isang modelo ng itinuturing na macroscopic system. Dagdag pa, inilalapat ang dissipative nonlinear equation continuum mechanics para sa mga deterministikong function. Mayroong tatlong antas ng paglalarawan - kinetic, hydrodynamic at chemical kinetics. Hiwalay, maaaring isa-isa ng isa ang mga stochastic equation (halimbawa, mga equation ng theory of turbulence) para sa mga random na function. Ang pagpipino ng teorya ay posible sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa mga pagbabago, na unang ginawa ni Langevin kapag isinasaalang-alang ang linear dissipative dynamic equation ng paggalaw ng isang Brownian particle. Sa iba't ibang sistema, ang papel brownian particle maaaring maglaro ng mga function ng pamamahagi, mga pag-andar ng hydrodynamic at mga konsentrasyon.

Ang accounting para sa mga pagbabago ay kinakailangan sa pag-aaral ng molecular light scattering, nonequilibrium phase transition, ang mga pagkakasunud-sunod na bumubuo sa mga proseso ng self-organization. Ang mga aplikasyon ng nonlinear na teorya ng Brownian motion ay napakalawak: mula sa ekolohiya at pananalapi hanggang sa mga pamamaraan ng kontroladong paggalaw ng nanoparticle - mga motor na brown . Brownian na mga motor nauugnay sa dissipative dynamics sa nonequilibrium quantum system.

Ang pagbuo ng isang mathematical na paglalarawan ng mga stochastic na proseso ay nagpasigla sa pag-unlad sa iba't ibang larangan, na humantong sa paglitaw ng isang modernong pagbabalangkas ng quantum mechanics batay sa mga integral ng landas at mga bagong direksyon ng pananaliksik, tulad ng quantum chaos at quantum Brownian noise. Ang pang-eksperimentong pag-unlad sa larangan ng high energy physics at astrophysics ay nagpasigla ng interes sa mga proseso ng relativistic diffusion at ang pagbuo ng relativistic statistical mechanics; sa kasalukuyan, maraming tanong ang nananatiling bukas.

Mula nang ito ay natuklasan, ang Brownian motion ay nagbago mula sa pagiging isang bagay ng pribadong siyentipikong pag-usisa sa isang pangunahing konsepto sa modernong agham.

Panitikan

1.Louis de Broglie. Rebolusyon sa pisika (Bagong pisika at quanta). M: Atomizdat, 1965.

2.J. J. Loschmidt. Zur Grösse der Luftmoleküle. Sitzungsberichte der

kaiserlichen Akademie der Wissenschaften Wien, B. 52, Abt. II, S. 395-413 (1866).

3.M. Gliozzi. Kasaysayan ng Physics - M: Mir, 1970.

4.Peter W. van der Pas. Pagtuklas ng Brownian motion. Scientiarum Historia. V. 13, P. 27-35 (1971)

5.J. Clark. Isang may larawang talaan ng mga pagtuklas at imbensyon mula sa sinaunang panahon hanggang sa kasalukuyan: Agham at teknolohiya: Mga tao, petsa, mga pangyayari (isinalin mula sa Ingles) M: Astrel, 2002.

6.A. Einstein. Eine neue Bestimmun g der Moleküldimensionen. Annalen der Physik (ser. 4), V. 19, P. 289-306 (1906)

.A. Einstein. Zur Theorie der Brownschen Bewegung. Annalen der Physik (ser. 4), V. 19, P. 371-381 (1906)

8.Mga Nobel Prize Laureates: Encyclopedia: Per. mula sa Ingles - M.: Progress, 1992.

9.A. Einstein. Koleksyon ng mga siyentipikong papel, tomo IV, Marian Smoluchowski. M: Nauka, 1937.

10.S. G. Suvorov. Sa ika-50 anibersaryo ng pagkamatay ni Marianne Smoluchowski. UFN T. 93, S. 719-723 (1976)

11.M. Smolukhovsky. Sa konsepto ng randomness at ang pinagmulan ng mga batas ng probabilidad sa pisika. Isyu sa UFN. 5, pp. 329-349 (1927)

.J. Perrin. Brownian Movement at Molecular Reality. Taylor & Francis, London, 1910.

.J. Perrin. Les Atomes. Kalikasan, V. 91, Is. 2280, P. 473 (1913)

14.A. B. Kadomtsev. Dynamics at impormasyon. M: Editoryal na tauhan ng UFN journal, 1997.

15.A. Yu. Loskutov. dynamic na kaguluhan. Mga sistema ng klasikal na mekanika. UFN tomo 172, p. 989-1115 (2007)

.S. N. Gordienko. Irreversibility at probabilistic na paglalarawan ng dynamics ng mga classical na particle. UFN tomo 169, p. 653-672 (1999)

17.M. M. Robert. Brownian Motion: Mga Pagbabago, Dynamics, at Application. International Series of Monographs on Physics, vol. 112 (Oxford University Press, 2002)

18.Yu. L. Klimontovich. Magulong galaw at ang istraktura ng kaguluhan. M: Nauka, 1990.

19.Yu. L. Klimontovich. Nonlinear Brownian motion. UFN T. 164, hindi. 8. p. 812-845.(1994)

20.J. A. Freund, Th. Poschel. Mga Prosesong Stochastic sa Physics, Chemistry, at Biology. Mga Tala sa Lektura sa Physics, V. 557 (2000)

21.C. Godreche1, S. N. Majumdar, G. Schehr. Longe st Excursion ng Stochastic Processes sa Nonequilibrium Systems. Phys. Sinabi ni Rev. Sinabi ni Lett. v.102, p.240602 (2009)

.M. Lax. Pagbabago at Pagkakaugnay-ugnay na Phenomena sa Classical at Quantum Optics. New York: Gordon, 1968.

.H. Haken. Advanced Synergy. Heidelberg: Springer-Verlag, 1983.

.J. Dunkel, P. Hanggi. Relativistic Brownian motion. Physics Reports, V. 471, Is. isa, P. 1-73.(2009)

25.P. Hanggi, F. Marchesoni. Mga Artipisyal na Brownian na motor: Pagkontrol sa transportasyon sa na sukat. Mga Review ng Modern Physics, V. 81, Is. 1, P. 387-442 (2009)

.P. Reimann. Brownian motors: maingay na transportasyon na malayo sa equilibrium. Physics Reports, V. 361, Is. 2-4, P. 57-265 (2002)

27.P. Hanggi, G.-L. Ingold. Mga pangunahing aspeto ng quantum Browni isang galaw. Chaos, V. 15, Is. 2, P. 026105-026105 (2005)

.E. Frey, K. Kroy. Brownian motion: isang paradigm ng soft matter at biological physics. Annalen der Physik. V. 14, P. 20 - 50 (2005)

Mga katulad na gawa sa - Teorya ng Brownian motion at pang-eksperimentong patunay ng tunay na pag-iral ng mga atomo at molekula

kanin. 8. Brownian motion

Ang atomic at molekular na agham ay may malaking kahalagahan para sa kimika, na, salamat dito, ay nagsimulang umunlad nang mabilis at nakamit ang mga makikinang na tagumpay sa maikling panahon.

Gayunpaman, sa pagtatapos ng ika-19 na siglo, nang ang doktrinang ito ay nagbunga na ng napakaraming mahahalagang resulta, isang reaksyunaryong kalakaran ang lumitaw na sa panimula ay tinanggihan ang mismong pag-iral ng mga atomo at molekula. Sa ilalim ng impluwensya ng idealistikong pilosopiya, ang tinatawag na "energetic" na paaralan ng mga chemist ay lumitaw sa Alemanya, na pinamumunuan ng sikat na siyentipiko na si Ostwald, na ang mga teoretikal na pananaw ay batay sa abstract na konsepto ng enerhiya, na hindi nauugnay sa bagay. Naniniwala ang mga tagapagtaguyod ng paaralang ito na ang lahat ng panlabas na phenomena ay maaaring ipaliwanag bilang mga proseso sa pagitan ng mga energies, at tiyak na tinanggihan ang pagkakaroon ng mga atomo at molekula bilang mga particle na hindi naa-access sa direktang pandama na pang-unawa.

Ang doktrina ng enerhiya ng Ostwald ay isa sa mga uri ng idealistikong pilosopikal na alon na nilalayon laban sa materyalismo sa agham. Ang paghihiwalay ng enerhiya, i.e., paggalaw mula sa bagay, sa pag-aakalang ang pagkakaroon ng di-materyal na paggalaw, ang mga tagasunod ng Ostwald ay tahimik na kinilala na ang ating kamalayan, pag-iisip, mga sensasyon ay umiiral nang nakapag-iisa, bilang isang bagay na pangunahin, hindi konektado sa bagay. Ang mga elemento ng kemikal ay itinuturing nilang hindi bilang tiyak, ngunit bilang iba't ibang anyo ng enerhiya ng kemikal.

Ang reaksyunaryong esensya ng pagtuturo ni Ostwald ay matingkad na inihayag ni V. I. Lenin sa kanyang akdang Materialism and Empirio-Criticism. Sa ch. V ng gawaing ito, na nagsasalita tungkol sa koneksyon sa pagitan ng pilosopikal na idealismo at ilang mga bagong uso sa pisika, si Lenin ay naninirahan din sa "pilosopiya" ni Ostwald, na nagpapatunay ng ganap na hindi pagkakapare-pareho nito at ang hindi maiiwasang pagkatalo nito sa pakikibaka laban sa materyalismo.

"…tangka isipin mo galaw na walang bagay, isinulat ni Lenin, hinihila naisip, hiwalay sa bagay, at ito ay pilosopikal na idealismo.

Hindi lamang ganap na isiniwalat ni Lenin ang idealistikong batayan ng pangangatwiran ni Ostwald, ngunit ipinakita rin ang mga panloob na kontradiksyon na nakapaloob sa mga ito. Isinasaalang-alang ang pilosopikal na ideya ng pagkakaroon ng paggalaw nang walang bagay, tinatanggihan ni Ostwald ang layunin na pagkakaroon ng bagay, ngunit sa parehong oras, bilang isang pisikal na chemist, binibigyang kahulugan niya ang enerhiya na materyalistiko sa bawat hakbang, umaasa sa batas ng konserbasyon at pagbabago. ng enerhiya. "Ang pagbabago ng enerhiya," sabi ni Lenin, "ay isinasaalang-alang ng natural na agham bilang isang layunin na proseso, na independyente sa kamalayan ng tao at sa karanasan ng sangkatauhan, ibig sabihin, ito ay itinuturing na materyalistiko. At kasama si Ostwald mismo, sa dami ng mga kaso, kahit na marahil sa karamihan ng mga kaso, ang ibig sabihin ng enerhiya ay materyal galaw" .

Di-nagtagal, ang kahanga-hangang mga bagong tuklas na nagmarka ng simula ng ika-20 siglo ay napatunayang hindi maikakaila ang realidad ng mga atomo at molekula na sa huli kahit si Ostwald ay napilitang aminin ang kanilang pag-iral.

Sa mga eksperimentong pag-aaral na nakatuon sa tanong ng pagkakaroon ng mga atomo at molekula, ang partikular na interes ay ang mga gawa ng Pranses na pisiko na si Perrin sa pag-aaral ng pamamahagi at paggalaw ng mga particle sa tinatawag na mga suspensyon.

Ang pagkakaroon ng paghahanda ng isang suspensyon na naglalaman ng mga particle ng parehong laki na nakikita sa ilalim ng isang mikroskopyo, pinag-aralan ni Perrin ang pamamahagi mga particle sa loob nito. Bilang isang resulta ng maraming mga eksperimento na isinagawa nang may pambihirang pagiging ganap, pinatunayan niya na ang pamamahagi ng mga particle ng suspensyon sa taas ay eksaktong tumutugma sa batas ng pagbaba sa konsentrasyon ng mga gas na may taas, na nagmula sa kinetic theory ng mga gas. Sa ganitong paraan, ipinakita ni Perrin na ang mga pagsususpinde ay mga tunay na modelo ng mga gas; dahil dito, ang mga indibidwal na molekula ay umiiral din sa mga gas, tanging ang mga ito ay hindi nakikita dahil sa kanilang maliit na sukat.

Ang higit na nakakumbinsi ay ang mga resulta na nakuha ni Perrin nang pagmamasid sa paggalaw ng mga particle ng suspensyon.

Kapag sinusuri ang isang patak ng likido na may mga particle na nasuspinde dito sa isang malakas na mikroskopyo, makikita ng isa na ang mga particle ay hindi nananatili sa pahinga, ngunit mabilis na gumagalaw sa lahat ng direksyon. Ang paggalaw ng mga particle ay sobrang random. Kung sinusubaybayan mo ang landas ng isang particle sa ilalim ng mikroskopyo, makakakuha ka ng isang napaka-komplikadong zigzag line, na nagpapahiwatig ng kawalan ng anumang regularidad sa paggalaw ng mga particle (Fig. 8). Ang paggalaw na ito ay maaaring magpatuloy hangga't gusto mo, nang hindi pinapahina o binabago ang karakter nito.

Ang inilarawan na kababalaghan ay natuklasan noong 1827 ng English botanist na si Brown at tinawag na Brownian motion. Gayunpaman, ang isang paliwanag ay ibinigay sa kanya lamang noong 60s batay sa mga konsepto ng molecular kinetic. Ayon sa paliwanag na ito, ang sanhi ng nakikitang paggalaw ng mga particle ng suspensyon ay ang hindi nakikitang thermal movement ng mga likidong molekula na nakapalibot sa kanila. Ang mga shocks na natanggap ng mga particle ng suspensyon sa lahat ng panig mula sa mga molekula ng likido ay hindi maaaring, siyempre, eksaktong balanse sa bawat isa; sa bawat sandali, ang balanse ay nabalisa sa pabor ng isang direksyon o iba pa, bilang isang resulta kung saan ang mga particle ay gumagawa ng kanilang sariling kakaibang landas.

Kaya, ang mismong katotohanan ng pagkakaroon ng Brownian motion ay nagpapatotoo sa katotohanan ng mga molekula at nagbibigay ng isang larawan ng kanilang random na paggalaw, dahil ang mga nasuspinde na mga particle sa pangkalahatan ay inuulit ang parehong mga paggalaw bilang mga molekula ng isang likido. Pero si Perrin sa kanyang pagsasaliksik ay lalo pa siyang lumayo: sa pamamagitan ng mga pangmatagalang obserbasyon sa paggalaw ng mga particle sa ilalim ng mikroskopyo, natukoy niya ang average na bilis ng paggalaw ng mga particle. Mula dito, alam ang masa ng mga particle ng inihandang suspensyon, kinakalkula ni Perrin ang kanilang average na kinetic energy. Kahanga-hanga ang resulta. Ito ay lumabas na ang kinetic energy ng mga particle ay tumutugma lamang sa kinetic energy ng mga molekula ng gas, na kinakalkula para sa parehong temperatura batay sa kinetic theory. Ang mga particle ng Perrin ay humigit-kumulang 10 12 beses na mas mabigat kaysa sa mga molekula ng hydrogen, habang ang kinetic energy ng pareho ay pareho. Matapos maitatag ang mga katotohanang ito, hindi na posible na tanggihan ang layunin ng katotohanan ng mga molekula.

Sa kasalukuyan, ang Brownian motion ay itinuturing na parehong bunga ng thermal motion ng mga likidong molekula at bilang isang independiyenteng thermal motion ng mga particle ng suspensyon. Ang huli ay, parang, mga higanteng molekula na nakikilahok sa thermal motion kasama ng mga di-nakikitang likidong molekula. Walang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng dalawa.

Ang mga eksperimento ni Perrin ay hindi lamang nagpatunay na ang mga molekula ay talagang umiiral, ngunit ginawang posible upang makalkula ang bilang ng mga molekula sa isang gramo ng molekula ng isang gas. Ang numerong ito, na, tulad ng alam natin, ay may pangkalahatang kahulugan, ay tinawag na numero ni Avogadro. Ayon sa mga kalkulasyon ni Perrin, ito ay naging humigit-kumulang 6.5 10 23, na napakalapit sa mga halaga ng dami na ito na natagpuan nang mas maaga ng iba pang mga pamamaraan. Kasunod nito, ang numero ng Avogadro ay natukoy nang maraming beses sa pamamagitan ng ganap na magkakaibang mga pisikal na pamamaraan, at ang mga resulta ay palaging napakalapit. Ang ganitong pagkakataon ng mga resulta ay nagpapahiwatig ng kawastuhan ng nahanap na numero at nagsisilbing hindi mapag-aalinlanganang katibayan ng tunay na pagkakaroon ng mga molekula.

Ang numero ni Avogadro ay kasalukuyang kinuha

6,02 10 23

Ang napakalaking magnitude ng numero ni Avogadro ay lampas sa ating imahinasyon. Ang ilang ideya nito ay mabubuo lamang sa pamamagitan ng paghahambing.

Ipagpalagay, halimbawa, na 1 mol, ibig sabihin, 18 G, ang tubig ay pantay na ipinamamahagi sa buong ibabaw ng globo. Ang isang simpleng pagkalkula ay nagpapakita na magkakaroon ng humigit-kumulang 100,000 molekula para sa bawat parisukat na sentimetro ng ibabaw.

Gumawa tayo ng isa pang paghahambing. Sabihin nating nagawa nating lagyan ng label ang lahat ng mga molekula na nasa 18 g ng tubig. Kung ibuhos mo ang tubig na ito sa dagat at maghintay hanggang sa ito ay pantay na halo sa lahat ng tubig sa lupa bola, pagsalok ng isang basong tubig kahit saan, makikita natin dito ang mga 100 molekula na minarkahan natin.

kanin. 9. Mga particle ng usok ng zinc oxide sa 20,000 beses na paglaki

Dahil ang isang gramo ng molekula ng anumang gas ay sumasakop sa ilalim ng normal na mga kondisyon ng isang dami ng 22.4 litro, pagkatapos ay sa 1 ml ang gas ay nakapaloob sa ilalim ng mga kondisyong ito 2.7 10 19 molecules. Kung dadalhin natin ang rarefaction ng gas sa anumang sisidlan kahit sa sukdulang limitasyon na maaaring makamit ng pinakamahusay na mga bomba (hanggang sa humigit-kumulang isang sampung-bilyon ng isang kapaligiran), ibig sabihin, upang makuha ang halos itinuturing nating "airless space", kung gayon lahat ang parehong sa 1 cm 3 ng espasyo ng mga molekula ay nananatiling makabuluhang higit sa lahat ng tao sa mundo. Mula dito ay mahuhusgahan ng isang tao kung gaano kaliit ang mga sukat ng mga molekula at mga atomo kung ang napakalaking bilang ng mga ito ay magkasya sa 1 cm 3. Gayunpaman, kinakalkula ng mga pisiko ang mga sukat na ito sa iba't ibang paraan. Lumalabas na kung akala natin ang mga molekula bilang maliliit na bola, ang diameter nito ay susukatin sa daang-milyong bahagi ng isang sentimetro. Halimbawa, ang diameter ng isang molekula ng oxygen ay humigit-kumulang 3.2 10 -8 cm, diameter ng isang hydrogen molecule 2.6 10 -8 cm at ang diameter ng hydrogen atom 1 10 -8 cm.

Upang maipahayag ang gayong maliliit na dami, napakaginhawang kumuha ng isang daang milyon ng isang sentimetro (10 -8 cm). Ang yunit na ito ay iminungkahi ng Swedish physicist na si Angström upang sukatin ang mga haba ng mga light wave at pinangalanang angström pagkatapos niya. Ito ay tinutukoy ng simbolong A o A. Ang mga linear na sukat ng mga atomo at molekula ay karaniwang ipinapahayag sa ilang angstrom.

Ang pag-alam sa bilang ng mga molekula sa isang gramo ng molekula, at samakatuwid ang bilang ng mga atomo sa isang grammatome, maaaring kalkulahin ng isa ang bigat ng isang atom ng anumang elemento sa gramo. Halimbawa, ang paghahati sa isang gramo ng hydrogen sa numero ni Avogadro, nakukuha natin ang bigat ng isang hydrogen atom sa gramo: