Б. А. Давыдов.
Уже с древнего времени люди задумывались над вопросом: из чего построен окружающий нас мир? Из чего состоят камни, вода, воздух, растения и т. д.?
Только с течением времени — по мере развития науки и техники — различными учеными был разрешен вопрос о строении вещества. Что же говорит нам об этом наука? Прежде всего опишем один опыт.
В стеклянную трубку такой формы, какая изображена на черт. 1, наливают воду, к которой прибавлено немного серной кислоты. Внизу этой трубки в нее впаяны две проволоки из платины (+к и —к). Отверстия наверху трубок I и II могут закрываться кранами. Если теперь к проволокам (электродам) присоединить какой-нибудь источник электрического тока (постоянного), например, гальванический элемент, то мы увидим следующее: около проволок появятся пузырьки газа, который будет подниматься вверх и скапливаться поверх воды в трубках I и II.
Черт. 1.
До пропускании тока вода в этих трубках стояла на одном уровне; теперь же — по мере накопления газа — уровень воды будет понижаться, причем в трубке II уровень понизится вдвое больше, чем в трубке I.
Когда газа накопится достаточно, откроем кран, соберем газы в какие-нибудь сосуды и исследуем их, то окажется, что свойства этих газов резко отличаются друг от друга.
Газ из трубки I называется кислородом, из трубки 2 — водородом.
Проделаем второй опыт: соберем газы из трубки I и II в одну трубку, в которую так же, как и в опыте 1, впаяно 2 электрода. Если через смесь газов (кислорода и водорода) между электродами заставить проскочить электрическую искру (чертеж 2), то произойдет взрыв, после чего в трубке, если ее не разорвет, окажется пар, который потом осядет в виде капелек воды. Эти два опыта показывают нам, что 1) вода, при прохождении через нее электрического тока, разлагается (распадается) на кислород и водород и 2) воду можно получить, пропуская электрическую искру через смесь кислорода и водорода. Иными словами, вода состоит из кислорода и водорода, находящихся между собою в так называемом химическом соединении.
Черт. 2.
Другим опытом можно установить, что обыкновенная соль, употребляющаяся в хозяйстве, также состоит из химического соединения двух веществ: газа хлора и металла натрия. Если мы теперь попытались бы тем или иным способом разложить кислород и водород, хлор или натрий на какие-нибудь другие вещества, то это нам не удалось бы.
Такие тела, разложить которые не удается, называются простыми телами, или элементами. Таких простых тел-элементов — наука насчитывает около 90. К ним, кроме упомянутых выше, относятся такие тела, как медь, железо, золото, некоторые газы, свинец и некоторые другие, перечислять которые мы здесь не будем. Тела же, состоящие из двух, подобно воде или соли, или нескольких элементов, называются сложными телами, и к ним относится громадное большинство тел природы.
Возьмем небольшую кучку поваренной соли. Эту кучку мы легко сумеем разделить на 2, 3, 4 и т. д. меньших кучек. Если одну из этих полученных маленьких кучек растворить в стакане воды, то каждая капля волы будет соленой и будет содержать в себе настолько маленькие частицы соли, что мы их не увидим и в микроскоп. И все же эти мельчайшие частицы соли по своим свойствам ничем не будут отличаться от обыкновенной соли: если мы выпарим воду с растворенной в ней солью, то получим опять соль, ничем не отличающуюся от той, которую мы растворяли. Можно ли делить вещество до бесконечности, или же есть предел такому делению?
Оказывается, такой предел существует.
Эти мельчайшие частицы, еще сохраняющие все свойства того вещества, от которого они взяты, называются молекулами этого вещества. Новые же частицы, получающиеся от разделения молекул и по своим, свойствам отличающиеся от свойств последней, называются атомами тех элементов, из которых построено взятое нами сложное тело.
Размеры молекул и атомов чрезвычайно малы. Конечно, обычными способами, какими пользуемся мы в нашей повседневной жизни, ни измерить размера молекул и атомов, ни взвесить их мы не можем.
Но все же наука обладает такими способами, при помощи которых удается определить не только размер молекул и атомов, но и узнать, сколько атомов заключается в молекуле какого-либо тела, каким образом они расположены, находятся ли они в покое, или движутся и т. д.
Некоторое представление о размерах молекул может дать такое примерное сравнение: в об'еме воздуха, равном булавочной головке заключается молекул воздуха в десять миллионов раз больше, чем людей на земле. Так как молекулы построены из атомов, то размер последних еще меньше.
Каким же образом какое-либо тело построено из молекул и атомов?
Черт. 3.
Мы уже знаем, что при проскакивании электрической искры через смесь кислорода и водорода появляются капельки воды. Что же здесь происходит? До проскакиванья искры в трубке находились атомы кислорода и водорода. Они изображены на черт. 3 черными и белыми кружками. Как только между электродами проскакивает искра, сейчас же атомы начинают группироваться (собираться) так, что к двум атомам водорода присоединяется один атом кислорода. Вот это-то сочетание двух атомов водорода и одного атома кислорода и образует молекулу воды (черт. 4).
Множество невидимых молекул воды, собираясь вместе, образуют капельки воды, которые мы и видим в трубке после проскакивания искры. Подобно молекуле воды, молекулы других веществ также построены из атомов, с той только разницей, что молекулы различных веществ состоят из разных атомов; число атомов и расположение их в молекулах для различных веществ также различно.
Черт. 4.
Атомы и молекулы какого-либо тела не лежат вплотную друг к другу, а находятся на некотором расстоянии друг от друга, подобно отдельным песчинкам, образующим кучу песка. Тела кажутся нам сплошными, так как мы не можем видеть как отдельных молекул, так и того, что они находятся на расстоянии друг от друга, потому что и молекулы и расстояния между ними чрезвычайно малы.
Не лежа вплотную, молекулы находятся в непрерывном движении. Такое движение многим ученым, применявшим особые способы, удавалось наблюдать.
Движением же молекул об'ясняется и нагревание тела: чем быстрее движутся там молекулы, тем более оно нагревается.
Чем же отличается атом одного вещества от атома другого? Как показали исследования, электричество, подобно веществу, состоит из мельчайших частичек — атомов электричества, или, как их называют, электронов.
Все электроны совершенно одинаковы между собой. По величине они приблизительно в 2 000 раз меньше самого маленького атома вещества — атома водорода. Электроны заряжены отрицательным электричеством.
При дальнейшем изучении вопроса о строении вещества оказалось, что атомы построены подобно нашей солнечной системе; в центре атома находится т.-н. ядро (материальное), заряженное положительным электричеством. Благодаря своему положительному заряду, ядро удерживает около себя отрицательно заряженные электроны, вращающиеся около него подобно тому, как планеты вращаются вокруг солнца.
Черт. 5.
Так, например, атом водорода состоит из ядра, вокруг которого вращается один электрон (черт. 5), атом другого элемента — гелия — состоит из ядра, обладающего другими свойствами, с двумя вращающимися около него электронами. Атомы различных веществ отличаются друг от друга тем, что у них различные ядра, и, кроме того, у одних число электронов и их расположение одно, у других — другое.
Атомы, это чрезвычайно малые солнечные системы из ядер и электронов, соединяясь между собой, образуют молекулу какого-нибудь вещества: воды, соли, сахара, стекла, меди и т. д.
Множество же молекул, собираясь вместе, "в кучку", образуют те видимые и невидимые предметы, которыми наполнен окружающий нас мир.