Удивительная химия, Леенсон Илья Абрамович

Удивительная химия

на обложку

Леенсон Илья Абрамович

Шрифт:

Учение о том, что все вещества состоят из мельчайших частиц, получило название атомистической теории. Эта теория — одно из наиболее важных, фундаментальных понятий в науке. Догадки древних, основанные лишь на размышлении, в принципе не так уж далеки от современных представлений: существует ограниченное число различных типов атомов (т. е. элементов), которые могут по-разному соединяться друг с другом, давая огромное разнообразие веществ с разными свойствами. А процесс перестройки взаимного расположения атомов составляет сущность химической реакции. Атомистическая теория была величайшим достижением человеческого разума. Очень образно о ней сказал лауреат Нобелевской премии по физике Ричард Фейнман (1918–1988): «Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными и к грядущим поколениям живых существ перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленное из наименьшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию? Я считаю, что это — атомная гипотеза (можно называть ее не

гипотезой, а фактом, но это ничего не меняет): все тела состоят из атомов — маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому. В одной этой фразе… содержится невероятное количество информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения и чуть соображения».

Никаких реальных «доказательств» существования атомов у древних, конечно, не было и быть не могло — только рассуждения. Например такие: что будет, если, допустим, яблоко разрезать пополам? Сейчас ответ очевиден даже малому ребенку: получатся две половины яблока. А если каждую половину снова разрезать пополам? Получатся четвертинки. Потом — восьмушки, потом — шестнадцатые доли… Через некоторое время, скажете вы, придется взять увеличительное стекло и лезвие бритвы, потом — микроскоп и специальные инструменты. А потом?

Те из вас, кто учился музыке, возможно, вспомнят основу музыкальной грамоты: целая по длительности нота делится на половинки, последние — на четверти, потом идут восьмые доли, шестнадцатые, тридцать вторые, очень редко — шестьдесят четвертые… Меньшими долями композиторы обычно не пользуются, так как их уже трудно «втиснуть» в нужный отрезок времени. О связи музыки и химии мы еще поговорим, а пока подумаем над таким вопросом: можно ли (хотя бы теоретически) создавать все более и более короткие звуки? И есть ли у этого процесса предел? Вопрос этот на самом деле очень непрост, и ответ на него так же не очевиден, как и в случае с яблоком: возможно ли до бесконечности делить его на все более и более мелкие части, или когда-то наступит предел? Древнегреческий философ Левкипп (ок. 500–440 до н. э.) был, возможно, первым человеком на Земле, который две с половиной тысячи лет назад понял (рассуждая чисто логически), что процесс «разрезания яблока» должен рано или поздно прекратиться. Это произойдет тогда, когда мы дойдем до мельчайших частичек, из которых состоят не только яблоки, но и все остальные тела. Эти частички ученик Левкиппа — Демокрит назвал атомами. Демокрит считал, что существуют различные «сорта» атомов с разными размерами и формой. Именно этим объясняются различия в свойствах разных тел.

Атомистический взгляд на мир очень образно и поэтично изложил древнеримский поэт и философ Тит Лукреций Кар (ок. 99–55 до н. э.), которого обычно называют просто Лукрецием. В своей поэме «О природе вещей» он ни разу не употребил слова «атом», хотя и был знаком с этим понятием. Вместо него он использовал более десятка синонимов: «начала», «первоначала», «семена вещей» и др. Некоторые из них («корпускула», «элемент») позднее стали научными терминами. Атомистическое учение Лукреция во многом совпадает с современными представлениями. И если бы последние два тысячелетия его поэму изучали во всех существовавших тогда учебных заведениях, история человечества могла пойти по совершенно иному пути.

Теперь самое время ознакомиться с некоторыми строчками замечательной поэмы Лукреция.

Прежде всего Лукреций предупреждает читателя, что «начала» так малы, что увидеть их нет никакой возможности. Однако размышления над природными процессами убеждают нас в том, что они все же существуют, а не являются плодом фантазии. Вот, почитайте выдержки из его поэмы в переводе Ф. А. Петровского:

…Начала вещей недоступны для глаза…

Существуют тела, которых мы видеть не можем.

Запахи мы обоняем различного рода,

Хоть и не видим совсем, как в ноздри они проникают.

II, наконец, ни морском берегу, разбивающем волны.

Платье сырее всегда, а на солнце вися, оно сохнет:

Видеть, однако, нельзя, как влага на нем оседает,

Да и не видно того, как она исчезает от зноя.

Значит, дробиться вода на такие мельчайшие части,

Что недоступны они совершенно для нашего глаза.

Так и кольцо изнутри, что долгое время на пальце

Носится, из году и год становится тоньше и тоньше;

Нам очевидно, что вещь от стиранья становится меньше,

По отделение тел, из нее каждый миг уходящих,

Нашим глазам усмотреть запретила природа ревниво.

Чем не современное объяснение атомной теории строения вещества? Лукреций уверен, что атомы, в отличие от видимых тел, не стареют, не разрушаются, а существуют в неизменном виде вечно и только переходят из одних тел в другие. При этом общее число атомов в мире постоянно:

…Существуют такие тела, что и плотны, и вечны:

Это — вещей семена и начала в учении нашем,

То, из чего получился весь мир, существующий ныне…

Первоначалам должно быть присуще бессмертное тело,

Чтобы все вещи могли при кончине на них разлагаться.

И не иссяк бы запас вещества…

Первоначала вещей, таким образом, просты и плотны.

Иначе ведь не могли бы они, сохраняясь веками,

От бесконечных времен и досель восстанавливать вещи.

А вот как Лукреций объясняет, каким образом из одних и тех же атомов могут получаться разные веши: он проводит аналогию между порядком сочетания атомов, соединяющихся друг с другом, и букв, образующих множество разных слов:

Часто имеет еще большое значенье, с какими

И в положеньи каком войдут в сочетание те же

Первоначала и как они двигаться будут взаимно.

Те же начала собой образуют ведь небо и землю,

Солнце, потоки, моря, деревья, плоды и животных…

Даже и в наших стихах постоянно, как можешь заметить,

Множество слов состоит из множества букв однородных,

Но и стихи, и слова, как ты непременно признаешь,

Разнятся между собой и по смыслу и также по звуку.

Видишь, как буквы сильны лишь одним измененьем порядка.

Что же до первоначал, то они еще больше имеют

Средств для того, чтоб из них возникали различные вещи.

Лукреций уверен, что многообразие тел можно объяснить не только различным способом соединения атомов между собой, но и тем, что сами атомы отличаются друг от друга. Действительно, интересно ли играть с конструктором, в котором все детали одинаковы? (На самом деле такие «конструкторы» существуют — это кубики, но ведь это игра для самых маленьких.)

Что же до первоначал, то они еще больше имеют

Средств для того, чтоб из них возникали различные вещи.

Нет ни одной из вещей, доступных для нашего взора.

Чтоб она из начал состояла вполне однородных;

Нет ничего, что различных семян не являлось бы смесью.

Поразительно, но Лукреций предполагал, по-видимому, делимость атомов! Во всяком случае, именно так можно понимать следующие строчки из его поэмы:

Предположи, например, что тела изначальные будут

Три или несколько больше частей заключать наименьших;

Если затем ты начнешь эти части у данного тела

Переставлять или снизу наверх, или слева направо,

То обнаружишь тогда, сочетания все их исчерпав,

Все изменения форм, что для этого тела возможны;