Как открыли молекулы и атомы

Как было открыто существование молекул

Если атомы являются основными блоками каждого элемента, то молекулы являются основными блоками каждого вещества на Земле.

Ученые были застигнуты врасплох своей неспособностью точно представить, не говоря уже об обнаружении, частицы размером с атом или молекулу. Многие предположили, что какая-то крошечная частица (которую они назвали атомом) была наименьшей возможной частицей и основной единицей каждого элемента.

Тем не менее, вещества вокруг нас не были сделаны из отдельных элементов. Ученые затруднились объяснить основную природу веществ.

Весной 1811 года 35-летний профессор колледжа Амедео Авогадро сидел в своей классной комнате, хмуро глядя на две научные работы, разложенные на его столе. Авогадро преподавал естествознание в колледже Верчелли в итальянском горном городке Турин. В этот день он прочитал эти две статьи для своего класса, заявил, что видел в них важную тайну, и попросил своих студентов найти ее.

В двух работах, авторами которых были английский химик Дальтон и французский химик Гей-Люссак, оба описывали эксперимент, в котором атомы водорода и кислорода поглощали воду. Как сообщалось, потребовалось ровно два литра из газообразного водорода атомов и ровно один литр из атомов кислорода, чтобы произвести ровно два литра из газообразной воды пара. Дальтон утверждал, что этот эксперимент доказал, что вода является комбинацией двух атомов водорода и одного атома кислорода. Гей-Люссак также утверждал, что доказал, что литр любого газа должен содержать ровно столько же атомов, сколько и литр любого другого газа, независимо от того, каким он был.

Эти исследования были объявлены крупными открытиями для химического исследования. Но с самого первого чтения профессор Авогадро был обеспокоен ноющим противоречием. И Дальтон, и Гей-Люссак начинали с ровно двух литров водорода и одного литра кислорода. Это всего три литра газа. Но они оба закончились только двумя литрами водяного пара. Если в каждом литре каждого газа должно быть одинаковое количество атомов, то как все атомы из трех литров газа могут поместиться в два литра водяного пара?

Колокол собора в Турине прозвенел в полночь, прежде чем ответ поразил Авогадро. Дальтон и Гей-Люссак использовали не то слово. Что если каждый из них заменил «группу связанных атомов» на атом?

Авогадро создал слово «молекула» (греческое слово, означающее «свободно перемещаться в газе») для этой «группы связанных атомов». Затем он выцарапал уравнения на бумаге, пока не нашел способ объяснить все атомы и молекулы в экспериментах Дальтона и Гей-Люссака.

Если каждая молекула водорода содержала два атома водорода, а каждая молекула кислорода содержала два атома кислорода, то — если каждая молекула водяного пара содержала два атома водорода и один атом кислорода, как оба ученых сообщили о каждом литре водорода и в каждом литре кислорода будет ровно столько же молекул, сколько в каждом из двух образовавшихся литров водяного пара (даже если они содержат разное количество атомов)!

Так было обнаружено существование молекул. Открытие Авогадро (и связанное с ним число Авогадро) стало одним из краеугольных камней органической и неорганической химии, а также основой газовых законов и большей части развития количественной химии.

Источник

История первой молекулы во Вселенной

Из этих трех гелий первым начал формировать «настоящие» атомы. Атом — это нечто большее, чем ядро, он также должен обладать электронами. Ядра гелия были первыми, кто собрал полный набор электронов. Почему не водород или литий? Что ж, гелий — это первый «благородный газ» в периодической таблице, и первый атом с достаточным количеством электронов, чтобы полностью заполнить имеющиеся вакансии в его электронной оболочке. Таким образом, если электроны являются своеобразной валютой химии, гелий является основным вором периодической таблицы.

В современной лаборатории требуется больше энергии, чтобы украсть электрон у гелия, чем у любого другого элемента. А энергия, необходимая для удаления второго электрона, более чем в два раза больше, чем для первого. В ранней Вселенной, как только ядра гелия начали находить электроны, они заполнили свои электронные оболочки задолго до того, как их стали догонять ядра водорода и уж тем более ядра лития, которым требуется три электрона.

Остальная материя во Вселенной в то время все еще состояла в основном из одиночных протонов, которые начали ощущать эффект отсутствия электронов. Они начали замедляться и искать противоположно заряженных партнеров, чтобы стать электрически нейтральными. Но поймать свободные электроны в одиночку для себя было трудно, проще отнять у атомов гелия. И хотя гелий не горит желанием делиться, при постоянных столкновениях с ядрами водорода он все-таки передавал им электроны. Так образовались первые химические связи, и самое простое соединение гелия и водорода было названо ионом гидрида гелия (HeH + ), и оно является самой первой молекулой во Вселенной.

То, что гелий был первым элементом, образующим связи, удивительно, потому что сейчас мы думаем о гелии как о наименее вероятном элементе, связывающемся с другими — ибо это самодостаточный благородный газ с полным набором электронов. Но в ранней Вселенной гелий был единственным игроком на рынке — единственным банком с электронами для кредитования.

Эта история десятилетиями стояла на твердой теоретической почве, но ей уже давно не хватало наблюдательного подтверждения. HеH + может формироваться на Земле только в лабораториях, и в течение десятилетий он оставался незамеченным в космосе. Однако в прошлом году астрономы объявили, что они впервые наблюдали эту молекулу, скрывающуюся в туманности вокруг тусклой умирающей звезды. 40-летний поиск принес свои плоды, и к нашей картине того, как формировалась ранняя Вселенная, был добавлен новый и жизненно важный фрагмент.

Так что теперь HeH + вступил в ряды внеземных молекул, которых к настоящему времени ученые обнаружили более 200 видов. Это исследование химии за пределами Земли — этим занимается наука, которая называется астрохимией — направлено на выяснение того, какие молекулы присутствуют в космосе, как они формируются и что их эволюция означает для наблюдательной и теоретической астрофизики.

Многие из известных астромолекул, включая воду, аммиак и формальдегид, распространены и здесь, на Земле. Другие, такие как соляная кислота с дополнительным протоном и перекись водорода без одного атома водорода, являются диковинками на нашей планете. Наблюдались также заряженные молекулы, системы с неспаренными электронами и странно расположенные атомы в обычных молекулах. Ученые даже наблюдали молекулы, содержащие так называемые инертные благородные газы, такие как ArH + (комбинация аргона и водорода, и диковинка тут в том, что первый на Земле не образует вообще никаких связей).

Астрохимия рассматривает самые фундаментальные свойства молекул. Это помогает определить, что такое химическая связь на самом деле, как долго молекулы могут оставаться нетронутыми и почему некоторые химические связи встречаются чаще, чем другие. Изучая химию в столь чуждой по сравнению с Землей среде — с температурой, давлением и доступными атомами, совершенно отличными от тех, к которым мы привыкли — мы можем найти молекулы, которые бросают вызов нашим обычным представлениям о том, как взаимодействуют атомы, что приводит нас к более глубокому пониманию химии. В конечном счете исследователи надеются узнать, как появились молекулы, которые в итоге оказались на планетах нашей Солнечной системы и дали начало жизни.

Где же HeH + ?

В лаборатории Калифорнийского университета в Беркли в 1925 году Т. Р. Хогнесс (который позже работал над Манхэттенским проектом) и его коллега Э. Г. Ланн обнаружили, что смешивание гелия и водорода в присутствии электрической дуги в вакуумной камере может создавать ионы с различными массами. Измерение отношения массы к заряду молекул называется масс-спектрометрией, и для некоторых ионов отношение массы к заряду оказалось равным пяти. Это могла быть только молекула HeH + (4 от гелия и 1 от водорода). Но удерживать эту молекулу достаточно долго, чтобы изучить ее, оказалось чрезвычайно трудно, даже в контролируемой лаборатории Хогнесса и Ланна.

В 1978 году Джон Х. Блэк, работавший тогда в Университете Миннесоты, первым доказал, что молекула HeH + все еще может присутствовать в космосе. Блэк предположил, что хорошим местом для наблюдения являются планетарные туманности, созданные раздувшимся умирающими звездами. В этих газопылевых облаках тонкий слой ионизированных атомов гелия обычно находится в присутствии нейтральных атомов водорода, и сильная потребность гелия в электронах может заставить его заимствовать один из них из атома водорода, создавая такую молекулу.

Молекула HeH + долгое время оставалась неуловимой.

Тем не менее, к 2013 году астрохимики были разочарованы тем, что молекула HeH + нигде не была найдена. Но в том году появился обнадеживающий знак, когда исследователи обнаружили связанную молекулу благородного газа ArH + в остатке сверхновой Крабовидной туманности. Ученые сконцентрировали свои усилия на поиске HeH + в аналогичных суперэнергетических средах. Однако большая проблема заключалась в том, что линии спектра HeH + попадали в ту же область, что и у самой первой молекулы, когда-либо наблюдавшейся в космосе, радикала CH. И никакие телескопы тогда не могли разделить эти сигнатуры.

Источник

Откуда мы знаем, что все состоит из атомов?

Горы, звезды, люди — все, что мы видим вокруг, состоит из крошечных атомов. Атомы маленькие. Очень и очень. С детства мы знаем, что все вещество состоит из скоплений этих крошечных штучек. Также мы знаем, что их нельзя увидеть невооруженным глазом. Мы вынуждены слепо верить этим заявлениям, не имея возможности проверить. Атомы взаимодействуют друг с другом и по кирпичикам составляют наш мир. Откуда мы это знаем? Многие не любят принимать утверждения ученых за чистую монету. Давайте вместе с наукой пройдем путь от осознания атомов до непосредственного доказательства их существования.

Может показаться, что есть простой способ доказать существование атомов: засунуть их под микроскоп. Но этот подход не сработает. Даже самые мощные микроскопы, фокусирующие свет, не могут визуализировать один атом. Объект становится видимым, поскольку отражает световые волны. Атомы настолько меньше длины волны видимого света, что они вовсе не взаимодействуют. Иными словами, атомы невидимы даже для света. Однако атомы все же оказывают наблюдаемые эффекты на некоторые вещи, которые мы можем увидеть.

50 лет спустя, в 1827 году, шотландский ботаник Роберт Броун описал нечто удивительно похожее. Изучая пыльцевые гранулы под микроскопом, Броун обнаружил, что некоторые гранулы испускают крошечные частицы — которые затем удалялись от пыльцы в случайном нервном танце.

Сначала Броун подумал, что частицы были каким-то неизвестным организмом. Он повторил эксперимент с другими субстанциями, вроде каменной пыли, которая явно была неживой, и снова увидел странное движение.

Потребовалось почти сто лет, чтобы наука нашла объяснение. Пришел Эйнштейн и разработал математическую формулу, которая предсказывала тот самый особенный тип движения — тогда названный броуновским движением, в честь Роберта Броуна. Теория Эйнштейна заключалась в том, что частицы пыльцевых гранул постоянно перемещались, поскольку в них врезались миллионы крошечных молекул воды — молекул, состоящих из атомов.

«Он объяснил, что это нервное движение, которое вы наблюдаете, на самом деле вызывалось воздействием отдельных молекул воды на частички пыли или что там у вас есть», — объясняет Гарри Клифф из Кембриджского университета, также куратор Музея науки в Лондоне.

К 1908 году наблюдения, подкрепленные расчетами, показали, что атомы реальны. За десять лет физики существенно продвинулись вперед. Растягивая отдельные атомы, они начали понимать их внутреннюю структуру.

Сюрпризом стало то, что атомы можно разделить — особенно в свете того, что само название «атом» вышло из греческого «атомос», означающего «неделимый». Но физики теперь знают, что атомы далеко не базовые кирпичи. Они состоят из трех основных частей: протонов, нейтронов и электронов. Представьте, что протоны и нейтроны вместе образуют «солнце», или ядро, в центре системы. Электроны находятся на орбите этого ядра, подобно планетам.

Но как мы узнали, что эти частицы там? Ответ в том, что они хоть и маленькие, но имеют большое влияние. Британский физик Томсон, открывший электроны, использовал прекрасный метод, чтобы доказать их существование в 1897 году.

У него была трубка Крукса — кусок стекла смешной формы, из которого машиной был высосан почти весь воздух. К одному концу трубки подводили отрицательный электрический заряд. Этого заряда было достаточно, чтобы выбить у молекул оставшегося в трубке газа часть электронов. Электроны заряжены отрицательно, поэтому летели к другому концу трубки. Благодаря частичному вакууму, электроны пролетали через трубку, не встречая на своем пути крупные атомы.

Электрический заряд приводил к тому, что электроны двигались очень быстро — порядка 59 500 километров в секунду — пока не врезались в стекло на дальнем конце, выбивая еще больше электронов, которые прятались в его атомах. Удивительно, но столкновение между этими умопомрачительно крошечными частицами производило столько энергии, что порождало фантастическое зелено-желтое свечение.

«Это был в некотором смысле один из первых ускорителей частиц, — говорит Клифф. — Он ускоряет электроны на одном конце трубки к другому, и они врезаются в экран на другом конце, производя фосфоресцирующее свечение».

Поскольку Томсон обнаружил, что может управлять пучками электронов с помощью магнитов и электрических полей, он знал, что это были не просто странные лучи света, — это были заряженные частицы.

И если вам интересно, как эти электроны могут летать независимо от своих атомов, то это благодаря процессу ионизации, в котором — в данном случае — электрический заряд меняет структуру атома, выбивая электроны в пространство поблизости.

В частности, благодаря тому что электронами так просто манипулировать и двигать, стали возможны электрические схемы. Электроны в медном проводе движутся подобно поезду от одного атома меди к другому — потому-то провод передается по проводу. Атомы, как мы уже сказали, это не цельные кусочки вещества, а системы, которые можно модифицировать или разобрать на структурные элементы.

Эксперименты начала 20 века выявили эти положительно заряженные частицы и в то же время раскрыли внутреннюю структуру атома — похожую на солнечную систему.

Эрнест Резерфорд и его коллеги взяли очень тонкую металлическую фольгу и поставили ее под луч положительно заряженного излучения — поток крошечных частиц. Большая часть мощного излучения прошла насквозь, как и полагал Резерфорд, учитывая толщину фольги. Но, к удивлению ученых, часть его отскочила.

Резерфорд предположил, что атомы в металлической фольге должны содержать небольшие плотные области с положительным зарядом — ничто иное не обладало бы достаточным потенциалом, чтобы отразить такое мощное излучение. Он обнаружил положительные заряды в атоме — и одновременное доказал, что все они связаны в плотной массе, в отличие от электронов. Другими словами, он продемонстрировал существование плотного ядра в атоме.

Оставалась проблема. К тому моменту уже могли рассчитать массу атома. Но учитывая данные о том, какими тяжелыми должны были быть частицы ядра, идея того, что все они положительно заряжены, не имела смысла.

«Углерод имеет шесть электронов и шесть протонов в ядре — шесть положительных зарядов и шесть отрицательных зарядов, — объясняет Клифф. — Но ядро углерода не весит шесть протонов, оно весит эквиваленту 12 протонов».

Сначала предположили, что в ядре есть шесть других ядерных частиц с массой протона, но заряженных отрицательно: нейтроны. Но никто не смог это доказать. На самом деле, нейтроны не могли найти до 1930-х годов.

За несколько лет до этого другие физики экспериментировали с радиацией. Они запускали положительно заряженное излучение — того типа, который использовал Резерфорд в поисках ядра — в атомы бериллия. Бериллий испускал собственную радиацию: излучение, которое не было заряжено положительно или отрицательно и могло проникать глубоко в материал.

К этому времени другие выяснили, что гамма-излучение было нейтральным и проникало глубоко, поэтому физики считали, что именно его испускают атомы бериллия. Но Чедвик так не считал.

Он самостоятельно произвел новое излучения и направил его на вещество, которое, как он знал, было богатым на протоны. Неожиданно оказалось, что протоны были выбиты из материала словно бы частицами с идентичной массой — будто шарики для бильярда другими шариками.

Гамма-излучение не может отражать протоны таким образом, поэтому Чедвик решил, что искомые частицы должны иметь массу протона, но другой электрический заряд: и это нейтроны.

Все основные частицы атома были найдены, но на этом история не заканчивается.

Хотя мы узнали об атомах много больше, чем знали раньше, их было трудно визуализировать. В 1930-х годах никто не располагал их снимками — и многие люди хотели их увидеть, чтобы принять их существование.

Важно отметить, впрочем, что методы, используемые учеными вроде Томсона, Резерфорда и Чедвика, проложили путь к новому оборудованию, которое в конце концов помогло нам произвести эти снимки. Пучки электронов, которые Томсон генерировал в своем эксперименте с трубкой Крукса, оказались особенно полезными.

Сегодня подобные пучки генерируются электронными микроскопами, и самый мощный из таких микроскопов может на самом деле делать снимки отдельных атомов. Это потому, что электронный пучок обладает длиной волны в тысячи раз короче пучка света — настолько короткой, по сути, что волны электронов могут отражаться от крошечных атомов и выдавать картинку, чего не могут световые пучки.

Нил Скиппер из Университетского колледжа в Лондоне говорит, что такие изображения полезны для людей, которые хотят изучать атомную структуру специальных веществ — вроде тех, что используются в производстве батарей для электромобилей, к примеру. Чем больше мы знаем об их атомной структуре, тем лучше нам удается проектировать батареи, делать их эффективными и надежными.

Можно также понять, как выглядят атомы, просто тыкнув в них. Так, по сути, работает атомно-силовая микроскопия.

Недавно ученые опубликовали прекрасные снимки молекулы до и после химической реакции с помощью этого метода.

Скиппер добавляет, что многие атомные ученые исследуют, как структура вещей меняется при воздействии высокого давления или температуры. Большинство людей знает, что когда вещество нагревается, оно часто расширяется. Теперь можно обнаружить атомные изменения, которые происходят при этом, что зачастую оказывается полезным.

«При нагревании жидкости можно заметить, как ее атомы принимают неупорядоченную конфигурацию, — говорит Скиппер. — Вы можете увидеть это непосредственно из структурной карты».

Скиппер и другие физики также могут работать с атомами, используя нейтронные пучки, впервые обнаруженые Чедвиком в 1930-х.

«Мы запускаем много пучков нейтронов в образцы материалов, и из возникающего паттерна рассеяния можно понять, что вы рассеиваете нейтроны в ядрах, — говорит он. — Можно грубо прикинуть массу и размер объекта, который просвечивался».

Но атомы не всегда просто находятся там, в стабильном состоянии, ожидая, пока их изучат. Иногда они распадаются — то есть являются радиоактивными.

«Типы детекторов, которые вы должны использовать, представлены детекторами, которые позволят вам измерять одновременно присутствие излучения и энергии радиации, которая была отложена, — говорит она. — Все потому, что у всех ядер есть особый отпечаток».

Харкнесс-Бреннан и ее коллеги сейчас работают над системами обнаружения, которые можно разместить в таких местах, чтобы показать в трех измерениях, где может присутствовать радиация в конкретном помещении. «Вам нужны техники и инструменты, которые позволят составить трехмерную карту пространства и подскажут, где в этой комнате, в этой трубе радиация», — говорит она.

Мы мало работали непосредственно с атомами — разве что поняли, что это прекрасные сложные структуры, которые могут претерпевать удивительные изменения, многие из которых происходят в природе. Изучая атомы таким образом, мы улучшаем собственные технологии, извлекаем энергию из ядерных реакций и лучше понимаем природный мир вокруг нас. Мы также получили возможность защищать себя от радиации и изучать, как меняются вещества в экстремальных условиях.

«Учитывая, насколько мал атом, просто невероятно, как много физики мы можем извлечь из него», — метко подмечает Харкнесс-Бреннан. Все, что мы видим вокруг себя, состоит из этих мельчайших частиц. И хорошо знать, что они там есть, поскольку именно благодаря им все вокруг стало возможным.

Источник

Как открыли молекулы и атомы

Материя, вещество, молекула — фундаментальные физические понятия. Они открывают двери в удивительный мир естественных наук.

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №9(25). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Многие научные идеи пришли к нам из Древней Греции. Например, Аристотель полагал, что материя — это простая система из четырёх первоначал — огня, воды, воздуха и земли. Отдельно философ упоминал об их свойствах — теплоте, холоде, сухости и влажности. Кажется, ничего сложного в идеях Аристотеля не было. Но его соотечественник Фалес предложил более простую концепцию: всё — даже огонь! — состоит исключительно из воды разной плотности. Прогрессивнее мыслил Левкипп и его знаменитый ученик Демокрит. Они предположили, что материю нельзя делить бесконечно: мельчайшей частицей всего является атом (неделимый). По мнению Демокрита, всё (и воздух, и земля, и вода, и огонь) состоит из неделимых мельчайших шарообразных частиц. Трудно представить, что за несколько столетий до нашей эры, без микроскопов и другой техники, философы смогли достоверно предсказать строение материи.

Более того, Демокрит утверждал, что атомы могут быть разных размеров, массы и даже формы, а сложные комбинации атомов создают всё разнообразие веществ в мире. Так родилась удивительная атомистическая гипотеза строения материи, у которой оказался один принципиальный противник… Аристотель! «Природа не терпит пустоты», — утверждал философ, оспаривая атомистические идеи о вакууме между мельчайшими частицами материи. Авторитет величайшего мыслителя сделал своё дело: много веков концепцию не принимали всерьёз.

Впрочем, даже в начале XX века учёный с мировым именем Вильгельм Оствальд не верил в атомистическое строение материи. «То, что мы называем материей,— говорил он,— является лишь совокупностью энергий, собранной воедино в данном месте».

Запомните эту дату — 1687 год. Именно тогда Королевское общество опубликовало величайшую книгу в истории физики «Математические начала натуральной философии» (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica) под авторством великого Исаака Ньютона. Одним из важных определений в этом труде стало «масса» («Количество материи — есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально плотности и её объёму»). Ньютон связывает законы механики с атомистическим строением материи, убеждая читателя — чем больше в теле атомов, тем больше его масса.

Механистический взгляд на материю дополнил первый русский учёный- естествоиспытатель Михаил Ломоносов. Он экспериментальным путём измерил атом. Для этого учёный раскатывал лист золота до толщины 1/15552 линии (одна линия равна 2,5 мм). По мнению Ломоносова, эта величина как раз и равнялась размеру одного атома. Так, одна песчинка золота диаметром 0,1 линии (0,25 мм) должна содержать 3 761 479 876 атомов. Конечно, расчёт был крайне неточен: количество атомов оказалось занижено как минимум на восемь порядков (108)!

Также Ломоносов совершил маленькую науч­ную революцию, открыв новую форму движения материи — тепловую. Учёный доказал, что причина нагрева веществ лежит в увеличении скорости движения част­иц. Чем быстрее движение частиц материи, тем она горячее.

Как появилась материя?

Согласно космологической теории Большого взрыва, когда возраст Вселенной составил мизерные 10–43 секунды, появились первые материальные объекты — суперструны, обладающие длиной (при этом без толщины!) и свойством колебаться. Предполагается, что именно это свойство позволило струнам порождать частицы. В первые минуты после Большого взрыва, когда температура Вселенной упала c 1032 до 109 кельвинов, протоны и нейтроны начали объединяться в первые ядра стабильных изотопов (преимущес­т­венно водорода). Спустя ещё около 379 000 лет электроны объединились с этими ядрами водорода и образовали первые атомы.

В современном естествознании выделяют три типа материи: вещество, физическое поле и физический вакуум. Однако химики, отождествляя материю и вещество, могут заметить, что сущест­вуют газы, твёрдые и жидкие вещества, плазма, неоднозначное по своей структуре стекло и удивительные жидкие кристаллы. Классическое же понимание вещества гласит, что это основной вид материи, обладающий массой.

История химии наглядно показывает эволюцию понятия «вещество». С открытием элементов оказалось, что окружающий мир делится на простые и сложные вещества. Одним из первых об этом сказал Роберт Бойль в книге «Химик-скептик» в 1661 году — да, эту дату тоже стоить запомнить, так как этот труд считается первым научным трактатом по химии. Анг­лийский учёный Джон Дальтон пошёл дальше и связал строение химических веществ с атомной теорией строения материи. На основе экспериментов он создал первую таблицу атомных масс известных на тот момент элементов и доказал, что элементы соединяются друг с другом в разных пропорциях (закон кратных отношений) и образуют вещества. К концу XIX века было известно порядка 70 элементов, и навести порядок в этом разнообразии удалось Дмитрию Ивановичу Менделееву. Сформулированный им в 1869 году закон показал периодическую зависимость свойств элементов от строения ядра атома (Периодический закон).

Где во Вселенной образуются элементы?

Основными их «фабриками» являются звёзды, в большинстве своём состоящие из гелия и водорода. Гигантские температуры внутри больших звёзд запускают термоядерные реакции превращения водорода в гелий, гелия в углерод, углерода в кислород и так далее до железа. При исчерпании горючего звёзды коллапсируют, и во время таких вспышек синтезируются самые тяжёлые элементы.

В 1827 году ботаник Роберт Броун наблюдал хаотическое движение пыльцевых зёрен в растительном соке. Казалось бы, какое отношение это имеет к материи и веществу? Однако, названное по фамилии первооткрывателя броуновское движение, имело важнейшее значение в доказательстве существования молекулы как единицы вещества. Долгое время не было внятного объяснения открытия Броуна, пока за дело не взялся Альберт Эйнштейн. В 1905 году учёный доказал, что частички пыльцы движутся в разные стороны из-за столк­новений с молекулами жидкости, в которой они плавают. Свои мысли будущий Нобелевский лауреат выразил в публикации «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты» —это была его одна из первых серьёзных научных работ.

Броуновское движение — видимое в микроскоп хаотическое перемещение очень малых частиц вещества под действием ударов молекул окружаю­щей среды. Это наблюдение послужило толчком для доказательства существования молекул.

Однако такие теоретичес­кие рассуждения требовали доказательства на практике. С 1908 по 1913 годы французский физик Жан-Батист Перрен в ходе кропотливых экспериментов доказал существование молекул — наимень­ших частиц вещества, обладающих его основными химическими свойст­вами. Для этого он выделил с помощью центрифуги чистый экстракт жевательной смолы (гуммигута). Поведение частиц смолы на поверхности жидкости полностью соответствовало математическим расчётам Эйнштейна. Но на этом Перрен не остановился — он поместил гуммигут в воду и наблюдал в течение нескольких месяцев за осаждением частиц в полученной суспензии. В итоге в суспензии установилось равновесие: в направлении от нижних слоёв жидкости к верхним концентрация частиц уменьшалась. Это снова подтвердило существование молекул. Столь кропотливая и важная работа не осталась незамеченной. Жан-Батист Перрен в 1926 году получил Нобелевскую премию по физике «за работу по дискретной природе материи и в особенности за открытие седиментационного равновесия».

Историю материи, вещества и молекулы нельзя назвать законченной, пока не найдены все существующие мельчайшие частицы, пока не синтезированы все возможные элементы и пока живёт в человеке стремление познавать непознанное.

Источник