Атомно-молекулярное учение

       1. Атомизм как   первообразное представление  об атомно-молекулярном  учении.

       1.1 Сущность понятия «атомизм»

       Атомизм — натурфилософская и физическая теория, согласно которой чувственно воспринимаемые (материальные) вещи состоят из химически неделимых частиц — атомов. Возникла в древнегреческой философии. Дальнейшее развитие получила в философии и науке Средних веков и Нового времени. Термин атомизм употребляется в двух смыслах. В широком смысле атомизмом называется любое учение об атомах, в узком — древнегреческая философская школа V-IV веков до н. э., учение которой является самой ранней исторической формой атомизма. В обоих случаях употребляется также термин атомистика. Термин атомистический материализм является более узким, так как некоторые сторонники учения об атомах считали атомы идеальными [2].

       1.2 Античный атомизм

       Возник  в 5 в. до н. э. в Древней Греции и  связан с именами Левкипш и  Демокрита, которые ввели в философский  лексикон само понятие «атом».

       Генезис античного атомизма связан с поставленной в Элейской школе проблемой обоснования множества и движения. Своим учением об атомах Демокрит предложил изначально плюралистическую онтологию, избежав т. о. проблемы выведения множества из единства, а введение пустоты (как принципа различения и как пустого места) позволяло обосновать как множество атомов, так и их движение; понимание атомов как «бытия», полного, неделимого и вечного (ср. характеристики бытия Парменида), позволяло трактовать видимое возникновение вещей как соединение атомов, а уничтожение —как рассредоточение атомарных конгломератов, и тем самым выполнить безусловный закон «сохраненения бытия» («из ничего ничего не бывает»). Продолжением традиции античного атомизма было учение Эпикура, который в целом следовал понятию атома, введенного Демокритом — маленькое плотное микротело, имеющее свою форму, величину и поворот в пространстве, однако ввел для атомов также тяжесть и способность отклоняться от первоначального движения по прямой линии. Введение в абсолютно детерминированную физическую картину мира элемента свободы — главное отличие атомистического учения Эпикура. Остается открытым вопрос, Демокриту или Эпикуру принадлежит интерпретация физического атомизма в смысле математического, т. е. дискретного, пространства-времени; возможно, что эта обозначенная Аристотелем проблема была разработана Диодором Кроном и через него повлияла на Эпикура. Завершением традиции атомистики Демокрита-Эпикура стала поэма Лукреция «О природе вещей», в которой были изложены основы эгшкуровской философии, в т. ч. учение об атомах. Если понимать атомизм шире —как вообще теорию дискретного бытия, тогда предтечей его можно считать Эмпедокла, согласно которому материя состоит из четырех элементов и соответственно дискретна. Но в отличие от классического атомизма его учение не может считаться количественной теорией мира, ибо четыре элемента здесь—это предельно ограниченное понятие качества. Уже в античности в рамках атомизма (противопоставляемого теориям единой и непрерывной материи) рассматривали учения о гомеомериях Анаксагора и Архелая и об «амерах» Диодора Крона. Учение Диодора —это математизированная версия атомизма; амеры мыслились не только как кванты материи (в отличие от атомов Демокрита, амеры не различались по форме, так что нельзя говорить даже о мысленной их делимости на части), но и как кванты пространства и времени. Наконец, атомистическим считалось и учение о треугольниках Платона, предложившего в «Тимее» теорию материи, согласно которой мелкие качественные частицы (элементы) состоят из более мелких количественных частиц (первичных «треугольников», квантов пространства). Эта геометризованная теория материи была раскритикована представителями Перипатетической школы, однако в современной науке из всех версий античного атомизма именно математический атомизм Платона вызывает наибольший интерес как повод для плодотворных сопоставлений.

       Эпикур, основатель эпикурейства, воспринял  от атомистов учение об атомах [1].

       В поэме древнеримского эпикурейца Лукреция «О природе вещей» атомы характеризуются  как телесные («тельца» — корпускулы) и состоящие из материи.

       1.3 Атомизм Демокрита

       Более или менее связную реконструкцию  космогонического и космологического учения атомистов дает нам теоретический  анализ содержания нескольких сохранившихся  свидетельств Диогена Лаэрция, Аристотеля и некоторых его комментаторов.

       Диоген  Лаэртский сообщает, в частности, следующее: «Левкипп... По его мнению, (число) всех вещей бесконечно, и  они изменяются одна в другую. Вселенная  же, по его мнению, есть пустое и наполненное  телами. Миры же образуются, когда тела ввергаются в пустоту и переплетаются друг с другом... Бесчисленные миры происходят из этого (т. е. из полного и пустого) и, распадаясь, превращаются в это же. Миры же возникают так: отделившись от бесконечного, уносятся многочисленные тела, имеющие всяческие формы, в великую пустоту; эти тела, собравшись, образуют один вихрь. Сталкиваясь между собой и всячески кружась в этом вихре, эти тела распределяются по отдельным местам — подобное к подобному... Атомы... бесчисленны и по величине, и по количеству и носятся во вселенной, вращаясь».

       Демокрит  учит, следовательно, о существовании  бесконечного числа миров, последнюю  основу которых составляют движущиеся атомы и пустота. Причину образования  этих миров он усматривает в «вихре», получающемся в результате скопления многих атомов в определенном месте. В этом вихревом движении атомы сталкиваются друг с другом и, кружась многоразличным образом, отделяются друг от друга так, что подобные сходятся с подобными. Мы не можем, однако, определенно сказать, по какой причине образуются такие «вихри», вихревые, вращательные движения атомов. С точки зрения Аристотеля, «вихри» возникают самопроизвольно: «Спонтанно, по их словам, возникает вихрь и движение, разделившее (элементы) и приведшее Вселенную в этот порядок» . Однако с этим несколько расходится следующее свидетельство Симпликия: «Но (так думает) и Демокрит, когда он утверждает: «Вихрь всевозможных форм отделился от Вселенной». Однако он не говорит, как и по какой причине». Не указывая причины «вихря», более определенно его природу раскрывает Филопон, согласный в этом смысле с соответствующим аристотелевским суждением: «Это такое движение (элементов), вследствие которого они отделяются друг от друга».

       Процесс образования нашего мира Демокрит представляет следующим образом: «Скопленные здесь, они образуют вихрь, в котором они, сталкиваясь друг с другом и кружась многоразличным образом, отделяются друг от друга и сходятся, одинаковые с одинаковыми. Но так как если бы они находились в равновесии, они отнюдь не могли бы двигаться куда-либо вследствие их многочисленности, то более тонкие выходят во внешнюю пустоту, как бы выскакивая, остальные же остаются друг с другом и, сплетенные, бегут вместе и образуют первую сферическую систему. Но последняя отстает, как кожа, содержащая в себе всякого рода тела: так как последние, стремясь к центру, образуют вихревое движение, то эта облегающая кожа утончается, так как непрерывные тела сходятся соответственно движению вихря. Таким же образом возникает затем и земля, так как оказавшиеся в центре остаются вместе. Окружение, похожее на кожу, в свою очередь увеличивается благодаря налету внешних тел, и так как оно движется в вихре, то оно увлекает за собой все, к чему прикасается. Соединение нескольких образует в свою очередь систему, сначала влажную и илистую, а затем высохшую и кружащуюся в вихре целого; загоревшись, после этого, природа звезд таким образом завершается. Самым внешним кругом является солнце, внутренним — луна». В этом свидетельстве Диогена Лаэртского уже намечается различение атомов по весу: более тяжелые сходятся в центр «вихря», а более легкие оттесняются наружу. Однако более определенно различение атомов по весу проведено лишь Эпикуром [5].

       В чем же Демокрит усматривал причины  устойчивости образовавшихся в результате вихревого движения небесных тел и их последующего разрушения? Ответ на этот вопрос мы находим у Симпликия: «...причину того, что первосущности некоторое время пребывают неизменно вместе друг с другом, он видит в сцеплении и сплетении тел. Ведь одни из них изогнутые, другие якоре-образные, третьи вогнутые, четвертые выпуклые, а другие имеют еще и иные бесчисленные различия. Он считает, что они сцеплены друг с другом и пребывают неизменно вместе лишь до тех пор,пока какая-нибудь более сильная необходимость, присоединившаяся из окружающего мира, не разбросает их и не рассеет в разные стороны». Таким образом, причина устойчивости различных тел заключается в сцеплении составляющих их различных по форме атомов, а причина их разрушения состоит во внешней по отношению к телам необходимости.

       С этим свидетельством Симпликия связаны  по меньшей мере три трудности  интерпретации атомистической космологии. Первая из них обусловлена недостаточной  разработанностью концепции внешней  необходимости, приводящей к разрушению миров и вещей. А именно не определены природа, содержание и характер этой внешней необходимости. Во-вторых, если верить Аристотелю, атомы, по Демокриту, обладают движением изначально, они движутся спонтанно, самопроизвольно. Согласно же понятию внешней необходимости, движение, приводящее к разрушению миров, приходит к последним извне. Если последовательно провести принцип внешней необходимости, мы будем вынуждены вынести источник движения за пределы существующих миров вообще, что и было сделано впоследствии деистами. Как согласовать между собой эти два противоположных по своей сущности принципа движения: спонтанное, самопроизвольное движение, внутренне присущее самим атомам, и движение, порождаемое внешней необходимостью, внешним воздействием на агрегаты атомов, приводящее к разрушению их связей? Наконец, в-третьих, содержащееся в свидетельстве Симпликия представление об атомах противоречит основной концепции атомов. Согласно основному пониманию, атомы просты, неделимы, а следовательно, не должны иметь никаких внутренних различий и частей. Согласно же свидетельству Симпликия, атомы имеют внутренние различия и части: одни из них изогнутые, другие якореобразные, третьи вогнутые, четвертые выпуклые и т. д. Имеются и другие бесспорные свидетельства о том, что Демокрит все же признавал за атомами определенные различия, а именно различия в форме, порядке и положении атомов. Допущение этих различий связано с необходимостью объяснения качественного многообразия мира. Однако решение этой проблемы достигается ценой внутренней непоследовательности, противоречивости концепции атомов, лежащей в основе атомистической философии [6].

       1.4 Критика и дальнейшее отношение  к атомизму

       Противники  атомизма Демокрита утверждали, что  материя делится до бесконечности. К их числу может быть отнесён  Аристотель.

       В эпоху Возрождения и в раннее Новое время появляются новые  последователи атомизма, к их числу  можно включить таких видных деятелей науки, как Галилей и Гемменди. Пьер Гассенди высказал идею, что из однородных неделимых частиц состоят  химические элементы.

       В XIX стало известно, что химические атомы разлагаются на более мелкие элементарные частицы и таким  образом «атомами» в Демокритовском смысле не являются. Тем не менее, термин используется и теперь в современной  химии и физике, несмотря на несоответствие его этимологии современным представлениям о строении атома.

       В современной физике вопрос об атомизме является открытым. Некоторые теоретики  придерживаются атомизма, но под атомами  подразумевают фундаментальные  частицы, которые далее неделимы [7].

       2. Атомно-молекулярное  учение

       2.1 Михаил Васильевич Ломоносов – родоначальник атомно-молекулярного учения

       Атомно-молекулярное учение развил и впервые применил в химии великий русский ученый М. В. Ломоносов. Основные положения  его учения изложены в работе «Элементы математической химии» (1741) и ряде других. Сущность учения Ломоносова сводится к следующему.

       1. Все вещества состоят из «корпускул»  (так Ломоносов называл молекулы).

       2. Молекулы состоят из «элементов»  (так Ломоносов называл атомы).

       3. Частицы — молекулы и атомы — находятся в непрерывном движении. Тепловое состояние тел есть результат движения этих частиц.

       4. Молекулы простых веществ состоят  из одинаковых атомов, молекулы  сложных веществ — из различных  атомов [3].

       2.2 Общие положения атомно-молекулярного учения

       Через 67 лет после указанной работы Ломоносова вышла книга английского  ученого Джона Дальтона «Новая система  химической философии» (1808), в которой  были изложены основные положения химической атомистики. Дальтон впервые определил  соединительные массы (ныне эквиваленты) известных тогда элементов и ввел знаки для обозначения атомов: кружки, в которые помещались точки, черточки, начальные буквы английских названий металлов и другие условные знаки. Но широкого распространения эта символика не получила. Развитие и усовершенствование ее принадлежат шведскому химику Я. Берцелиусу, предложившему в 1814 г. буквенные химические знаки.

       Однако  Дальтон отрицал существование  молекул у простых веществ. Он полагал, что простые вещества состоят  только из атомов и лишь сложные вещества — из «сложных атомов» (в современном понимании — молекул).

       Отрицание существования молекул простых  веществ мешало дальнейшему развитию химии.

       Атомно-молекулярное учение в химии окончательно утвердилось  лишь в середине XIX в. На международном съезде химиков в г. Карлсруэ в 1860 г. были приняты определения понятий молекулы и атома [4].

       Молекула - это наименьшая частица данного  вещества, обладающая его химическими  свойствами.

       Ныне  химические свойства молекулы определяются ее составом и химическим строением.

       Атом  — наименьшая частица  химического элемента, сохраняющая его  химические свойства.

       Химические  свойства атома определяются его  строением, поэтому современное  определение атома следующее:

       Атом  — это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.

       По  современным представлениям из молекул  состоят вещества в газообразном и парообразном состоянии. В твердом (кристаллическом) состоянии из молекул  состоят лишь вещества, имеющие молекулярную структуру, например органические вещества, неметаллы (за небольшим исключением), оксид углерода (IV), вода. Большинство же твердых (кристаллических) неорганических веществ не имеет молекулярной структуры. Они состоят не из молекул, а из других частиц (ионов, атомов) и существуют в виде макротел (кристалл хлорида натрия, друза кварца, кусок железа и др.), например многие соли, оксиды и сульфиды металлов, алмаз, кремний, металлы. У веществ с молекулярной структурой химическая связь между молекулами менее прочна, чем между атомами. Поэтому они имеют сравнительно низкие температуры плавления и кипения. У веществ с немолекулярной структурой химическая связь между частицами весьма прочна. Поэтому они имеют высокие температуры плавления и кипения. Современная химия изучает свойства микрочастиц (атомов, молекул, ионов и др.) и макротел.

       2.3 Закон сохранения массы веществ

       Закон сохранения массы — исторический закон физики, согласно которому масса как мера количества вещества сохраняется при всех природных процессах, то есть несотворима и неуничтожима. С точки зрения современной физики, этот закон неверен. Например, при радиоактивном распаде совокупная масса вещества уменьшается.