icon-star icon-cart icon-close icon-heart icon-info icon-pause icon-play icon-podcast icon-question icon-refresh icon-tile icon-users icon-user icon-search icon-lock icon-comment icon-like icon-not-like icon-plus article-placeholder article-plus-notepad article-star man-404 icon-danger icon-checked icon-article-edit icon-pen icon-fb icon-vk icon-tw icon-google
Елена Асвойнова-Травина
Обучение

Что такое атом?

  • 7912
  • 1

Что такое атом?

С
С древнейших времён человека волновал вопрос: как устроен мир?

Задумывался об этом и древнегречеcкий философ-материалист Демокрит. В его время философов волновал, в основном, вопрос о соотношении и существовании бытия и небытия. По мнению Демокрита, небытие существует – это пустота. А бытие… его Демокрит представлял делимым, но не до бесконечности: существуют мельчайшие неделимые частицы бытия, разделённые пустотой, но сами пустоты не содержащие, которые Демокрит так и назвал – атомы («неделимые» по-гречески).

Вещества испускают запахи, ступеньки, по которым постоянно ходят, стираются – это истекают атомы. Всё сущее происходит от их взаимодействия. Атомы имеют разную форму: гладкие или угловаты, с крючками или без… например, атомы с крючками цепляются друг за друга, образуя нечто плотное и твёрдое (например, камень), а душа состоит из круглых атомов…

Сегодня такое представление об атоме может показаться несколько странным – но всё должно было с чего-то начаться! Пусть к современному представлению был долгим и непростым. Средневековый богослов Гильом Коншский считал, что различные сочетания атомов образуют 4 первоэлемента: воду, воздух, огонь и землю. Французский философ XVI в. П.Гассенди полагал, что атомы различаются не только формой, но и весом, а также стремлением к движению. Свой вклад в становление этого понятие внесли такие учёные, как Ньютон, Галилей… но всё это было на уровне теории.

А вот эксперименты химиков XVII-XVIII веков подтвердили опытным путём: некоторые вещества невозможно разложить на составляющие химическими методами… неделимые частицы материи действительно существуют! «Любая химическая реакция просто изменяет порядок группировки атомов», – утверждает в 1808 г. Дж.Дальтон, связывая таким образом понятие атома с химическим элементом. И наконец в 1860 г. на международном съезде химиков в Карлсруэ, в Германии, было принято определение атома: наименьшая частица химического элемента, входящая в состав простых и сложных веществ. Химически такая частица действительно неделима, атом – носитель свойств химического элемента. Но… действительно ли он неделим?

В 1897 г. английский учёный Дж.Дж. Томсон в результате опытов с катодными лучами, обнаруживает, что существуют частицы, несущие отрицательный электрический заряд, от какого бы вещества они ни происходили, а масса их меньше одной тысячной массы атома водорода… такие частицы могут быть вырваны у любых атомов. Томсон назвал такую частицу электроном.

Итак, «неделимый» атом включал в себя более мелкие частицы! По мнению Дж.Дж.Томсона, он представляет собой положительно заряженное тело с включёнными в него отрицательно заряженными электронами (такую модель ещё называют «пудинг с изюмом») – этим и объясняется его нейтральность.

В 1904 г. японский физик Х.Нагаока предложил другую модель атома – электроны вращаются вокруг положительно заряженного ядра наподобие колец Сатурна.

Обе этих модели были опровергнуты Э.Резерордом, учеником Томсона, создавшим планетарную модель атома: атом – маленькое подобие Солнечной системы, где электроны движутся по орбитам вокруг положительно заряженного ядра. Эту модель развивает современная квантово-механическая модель, говорящая не об орбитах электронов, а об электронных оболочках – областях пространства вероятного местонахождения электронов.

Но и на этом деление «неделимого» атома не закончилось.

После открытия ядра роль структурной единицы атомных ядер была отведена самому лёгкому атому – атому водорода. В 1920 г. для обозначения ядра атома водорода был введён специальный термин – протон. В 1932 г. английский физик Дж.Чедвик открыл частицу с нулевым электрическим зарядом, равную по массе протону. Она была названа нейтроном – и тогда же было высказано предположение, что ядра атомов состоят из протонов и нейтронов.

Почти сразу же начались опыты по расщеплению ядер. Немало сделали на этом пути Нильс Бор, Ирен Кюри и Фредерик Жолио, Энрико Ферми… И наконец в 1939 г. немецкие физики О.Ган и Ф.Штрассман после облучения урана медленными нейтронами получили радиоактивный продукт, оказавшийся барием – облучение ядра урана привело к образованию другого ядра, с массой почти в два раза меньшей… этот процесс был назван делением ядра.

Деление ядра может быть цепной реакцией – когда частица, появившаяся при предыдущем делении, вызывает последующее… и такое деление оказалось колоссальным источником энергии.

Первый ядерный реактор был запущен в 1942 г. в Чикаго сотрудниками Чикагского университета под руководством Э.Ферми. Первый в Европе реактор запущен через 4 года – в СССР, под руководством И.Курчатова. Цель у этих экспериментов была одна – создание атомной бомбы… и она, как известно была достигнута – что почувствовали на себе в 1945 г. жители Хиросимы и Нагасаки. К счастью, у человечества хватило ума не повторять этот «эксперимент»… или – всё впереди? Всегда ли ядерное оружие будет оставаться «оружием устрашения», которое никто всерьёз не собирается применять?

Спознавшись с атомной бомбой, человечество лишь 9 лет спустя добралось до «мирного атома»: в 1954 г. начала работать первая в мире атомная электростанция – в Обнинске… а в 1986 г. вместе с Чернобыльской атомной электростанцией взорвался миф о безопасности «мирного атома».

Эта катастрофа была первой – но не последней: совсем недавно разыгралась трагедия в Японии, и какими могут быть её отдалённые последствия – пока не может сказать никто.

Может быть, не следовало японцам строить АЭС на их сейсмически опасной земле (где даже архитектура с древнейших времён «затачивалось» под угрозу землетрясений), но… чем заменить атомную энергию? Ведь в определённой степени АЭС предпочтительнее других видов электростанций (пока она не взорвётся, конечно): она даёт большую мощность, ей требуется меньший объём топлива (1 кг урана заменяет 20 тонн угля, на котором работают тепловые электростанции), а радиационных выбросов в атмосферу тепловые электростанции дают гораздо больше (поскольку в каменном угле тоже содержатся радиоактивные элементы – и выходят с дымом).

Что же касается альтернативных источников энергии, о которых сейчас так много говорят, то удовлетворить с их помощью потребность человечества в электроэнергии не представляется возможным: приливные электростанции не построишь там, где нет моря (а электроэнергия нужна всем странам), энергию ветра нельзя использовать в безветренную погоду, да и с солнечной энергетикой пока проблемы – в основном из-за того, что слишком уж дорого это обходится (затрат больше, чем доходов), а главное – работа такой электростанции зависит от времени суток и от погоды.

Так что хотим мы того или нет – в обозримом будущем от атомной энергетики нам никуда не деться… возникает закономерный вопрос: как с этим жить?

«Отец атомной бомбы» Э.Ферми говорил, что от его изобретения есть только одно средство защиты – мир. От «мирного атома» средство защиты заключается в том же, что делает его опасным – пресловутый «человеческий фактор». Если японскую катастрофу ещё можно объяснить природными катаклизмами, то авария на Чернобыльской АЭС произошла из-за грубого нарушения правил эксплуатации реактора! Есть, о чём задуматься.

Вам необходимо или зарегистрироваться, чтобы оставлять комментарии
выбор читателя

Выбор читателя

16+