دو قرن پس از اپيكور، در زمانيكه آثارش هنوز موجود بود، يك عالم رومي به نام «كولرتيوس» نظريه‏ي اتمي را دنبال كرد. وي در حدود 56 سال قبل از ميلاد شعر طويلي به زبان انگليسي «درباره‏ي ماهيت اجسام» مي‏باشد. در اين شعر او به طور مشروح و استادانه به بيان و توضيح نظرات دموكريتوس و اپيكور پرداخت.

 اما از لوكريتوس هم نسخ زيادي تهيه نشد. همزمان با اضمحلال تمدن يونان و روم، نسخه‏هاي قديمي هم نابود مي‏شدند. با آغاز قرون وسطي در اروپا نوشته‏هاي دموكريتوس، اپيكور و لوكريتوس همگي از ميان رفته و مردم اتم را به فراموشي سپردند.

 تا اينكه در سال 1417، زماني كه اروپائيان به نسخ قديمي علاقمند شده بودند شخصي موفق به كشف يك نسخه‏ي قديمي آسيب ديده از شعر لوكريتوس شد. در سال 1454 ياهان گوتنبرگ دستگاه چاپ را اختراع كرد و كتاب‏ها را از خطر نابودي نجات داد.

 شعر لوكريتوس منتشر شده و خيلي از و خيلي از دانش پژوهان تحت تاثير نظريه‏ي اتمي قرار گرفتند. «پير گاسندي» كه در نيمه‏ي اول دهه سالهاي 1600 كتب موثر و متعددي نوشته) است نظريه‏ي اتمي پذيرفت و بسياري از دانش پژوهان اروپايي را از نظرات خود درباره‏ي اتم مطلع ساخت. اتميسم به دوران جديد راه يافت. اما صرف ايده و تصور بودن اتم، ايده‏اي كه فقط به نظر بعضي افراد منطقي مي‏رسيد، سبب مي‏شد تا جدي تلقي نشود.

 يك شيمي دان انگليسي به نام «رابرت بويلي» از جمله كساني بود كه از نظرات گاندي مطلع بود. او اولين دانشمندي بود كه به آزمايشاتي دست زد كه نشان دهنده احتمال وجود اتم بود. موضوع مورد علاقه‏ي بويلي هوا بود. هوا جامد نبود كه موقع لمس كردن سخت باشد و فرم خود را حفظ كند و مايع هم نبود، كه جريان داشته و قابل رويت باشد. هوا ماده‏اي است كه به طور رقيق پراكنده مي‏شود و به چنين ماده‏اي «گاز» مي‏گويند.

 در سال 1662، بويلي كمي جيوه در يك لوله‏ي شيشه‏اي بلند به طول 5 متر و به شكل حرف J ريخت. قسمت كوتاهتر تحتاني لوله بسته بود در حالي كه سر لوله بلندتر باز بود. جيوه بخش تحتاني لوله را پر كرد و هوا در قسمت بسته و كوتاه لوله محبوس شد. سپس بويلي جيوه‏ي بيشتري در لوله ريخت. فشار وزن جيوه اضافي مقداري از جيوه را در داخل قسمت كوتاه لوله به بالا راند. هم چنان كه جيوه به بالاي قسمت كوتاه فشار مي‏آورد، هواي محبوس در فضاي كوچكتر متراكم مي‏شد و اين هواي فشرده بود. هر چه بويلي جيوه بيشتري مي‏ريخت، هواي محبوس در فضاي كوچكتر و بازهم كوچكتر متراكم مي‏شد. بويلي با اين آزمايش نشان داد كه چگونه فضاي پر شده از هوا با افزايش وزن جيوه كمتر مي‏شود. اين را «قانون بويلي» مي‏گويند.

  آزمايش بويلي‏

  هوا چگونه متراكم مي‏شود؟

 يك اسفنج را مي‏توان در فضاي كوچكتري متراكم كرد. اين به آن دليل است كه اسفنج داراي منافذ كوچكي است كه وقتي آن را فشار مي‏دهيد هواي درون آن منافذ بيرون و ذرات سخت و جامد اسفنج به هم نزديكتر مي‏شوند. وقتي هوا را فشرده مي‏كنيم، منافذ آن را بسته و ماده‏ي هوا را به هم نزديكتر مي‏كنيم.

 بويلي فكر كرد بايد اتم‏هاي بسياري ريزي در هوا باشد. بين اتم‏ها فضايي وجود دارد كه در آن هيچ چيزي نيست. وقتي هوا متراكم مي‏شد اتم‏ها ناچار به يكديگر نزديك مي‏شدند. به عقيده او اين در مورد گازها صادق بود.

 اگر آب مايع را بجوشانيد تبديل به بخار مي‏شود كه نوعي گاز است. بخار بيش از هزار برابر آب فضا را اشغال مي‏كند. آسانترين توضيح اين است كه فرض كنيم در آب اتم چنان به هم نزديكند كه يكديگر را لمس مي‏كنند حال آنكه در بخار و گاز آن‏ها از يكديگر دورند.

 بدين ترتيب در سال 1662، بواسطه بويلي، اتم براي اولين بار از مرحله يك ايده و تصور گام فراتر نهاد.

 

 شواهد وجود اتم‏

 آيا اتم انواع مختلف دارد؟ دموكريتوس معتقد بود كه اين امكان وجود دارد. يونانيان باستان عقيده داشتند جهان از چهار عنصر خاك، آب، هوا، آتش ساخته شده است. به نظر دموكريتوس هر يك از اين عناصر احتمالا نوع متفاوتي از اتم را دارا بودند.

 اتم‏هاي خاك ممكن است سخت و ناهموار باشند، اتم‏هاي آب احتمالا نرم و گرد هستند و اتم‏هاي آتش ممكن است نوك تيز و كنگره دار باشند و اتم‏هاي هوا بسيار سبك هستند.

 اما يونانيان باستان هيچگونه مدركي براي اثبات اينكه جهان واقعي از اين چهار عنصر ساخته شده نداشتند. بويلي در كتابي كه در 1661 نوشت، اظهار داشت كه عناصر بايد از طريق آزمايش كشف شوند.

 شيمي دان‏ها بايد سعي كنند هر چيز را به ساده‏ترين مواد ممكن تجزيه كنند، زمانيكه ديگر ماده قابل تجزيه نبود، آن يك عنصر است. پس از انتشار كتاب بويلي تا اواخر سالهاي دهه‏ي 1700، حدود 30 عنصر مختلف كشف شد.

 آيا هر عنصر داراي نوع مختلفي از اتم است؟ يعني نيكل، نقره، اكسيژن و سولفور هريك داراي اتم‏هاي نوع خود هستند؟ طي سالهاي دهه‏ي 1700، اگر بويلي و چندتن ديگر طرفداران فرضيه‏ي اتم بودند، ولي اكثر شيمي دان‏ها مطالعه در اجسام ريزي را كه ديده نمي‏شدند، عمل بي فايده‏اي مي‏دانستند.

 شيمي داني فرانسوي به نام «آنتوان لوران لاووازيه» در سال 1782 ثابت كرد كه وقتي ماده‏اي به ماده ديگر تغيير شكل مي‏دهد، تغييري در وزن كلي آن حاصل نمي‏شود و به طور كلي جرم فراورده‏ها برابر واكنشدهنده هاست. اين قانون «بقاي ماده» خوانده مي‏شود.

 كشف لاووازيه با فرضيه اتم جور در مي‏آيد. فرض كنيم گفته‏ي دموكريتوس كه اتم‏ها قابل ساختن يا از بين بردن نيستند درست باشد و تنها تغيير آرايش آنها ممكن باشد. چوب و هوا هريك داراي اتم‏هايي با آرايش يكسان هستند.

 وقتي چوب مي‏سوزد، اتم‏ها با تغيير آرايش به صورت خاكستر و دود در مي‏آيند. با اين حال تعداد اتم‏ها همان خواهد بود و وزن كلي آنها تغيير نخواهد كرد. اگر چنين باشد مي‏توان به جاي وزن كلي وزن هر عنصر را جداگانه حساب كنيم و ببينيم وقتي تغييرات روي مي‏دهد چه اتفاقي مي‏افتد.

 «ژوزف لوئي پروست» شيمي دان فرانسوي، اين مورد آزمايش كرد، در سال 1789 به علت انقلاب بي رحمانه در فرانسه به اسپانيا رفت (لاووازيه در فرانسه ماند و در 1794 سر از بدنش جدا شد). پروست طي آزمايش هايي تركيبات مختلفي از عنصرها را شناخت و به اين نتيجه رسيد كه براي هر تركيب با هر روشي عنصرها را بياميزد بايد همان نسبت‏ها را حفظ كند. وي به اين كار (تركيب عناصر) ادامه داد تا در سال 1799 قانون «نسبتهاي ثابت» خود را اعلام كرد. بردست خود را درگير مساله‏ي اتم نكرد ولي اتم در قانون وي بدين صورت جاي مي‏گيرد: فرض كنيد تمام عناصر از اتم تشكيل شده باشند و اتم قابل تجزيه به ذرات كوچكتر نباشد. وقتي عناصر به هم ملحق شده و تركيبي را به وجود مي‏آورند، اتم‏هاي بسياري از يك عنصر با اتم‏هاي بسياري از يكديگر تركيب مي‏شوند.

 «جان دالتون» دانشمند انگليسي با توجه به اين ارتباط ميان اتم‏ها و قانون نسبتهاي ثابت، پس از آزمايشهاي متعدي موفق به ارايه‏ي قانون نسبت‏هاي چند گانه، در 1803 شد.

 اين قانون بدين صورت است كه هرگاه چند گرم از عنصر A با گرم‏هاي متفاوتي از عنصر B واكنش دهد، تركيبات متفاوتي مي‏دهد كه بين گرم‏هاي عنصر B نسبت‏هاي ساده و كوچكي برقرار بود.

 وي در واقع همان نظريات لوسيوپس و دموكريتوس را كامل‏تر و با اثبات ارائه مي‏كرد و در سال 1808 نظريات خود را درباره اتم را در كتابي منتشر كرد و به خاطر اين كتاب است كه امتياز كشف و فرضيه‏ي اتمي به او داده مي‏شود.

 پس از نشر كتاب دالتون شيمي دان‏هاي بيشتري آماده قبول فرضيه وجود اتم شدند و به زودي تقريبا همه آن را پذيرفتند.

 

 وزن اتم‏ها

 يكي ديگر از مشكلاتي كه سر راه اثبات اتم بود وزن آن‏ها بود. دالتون در جستجوي آن بود كه بداند چه چيز باعث مي‏شود اتم‏هاي عناصر مختلف با يكديگر متفاوت باشند. در آزمايشات و تحقيقات افرادي مانند لاووازيه، پروست و خود دالتون، وزن مواد مختلف داخالت داشتند. شايد كشف وزن اتم‏هاي مختلف امكان‏پذير بود و شايد اين همان عاملي بود اتم‏ها را با يكديگر متفاوت مي‏ساخت.

 در سال 1811 فيزيكدان ايتاليايي به نام «آمدئوآووگادور» مدعي شد كه چنانچه حجمهاي مساوي از گازهاي مختلف هميشه از ذرات مساوي ساخته شده باشند او مي‏تواند قانون تركيب امجام را ثابت كند.

 اين ذرات ممكن است اتم‏هاي منفرد و يا تركيبي از اتم‏ها كه مولكول ناميده مي‏شوند، باشند و اين «فرضيه اووگادور» خوانده مي‏شود. با توجه به اينكه دو حجم از هيدروژن با يك حجم اكسيژن تركيب مي‏شود، چنانچه اين نظريه صحت داشته مي‏داشت، پس احتمالا بدان معني است كه به عوض يك اتم از هر كدام كه دالتون معتقد بود، 2 اتم هيدروژن در يك مولكول آب را پذيرفتند ولي تقريبا هيچ كس اعتنايي به فرضيه‏ي اووگادور نكرد. براي حدود 50 سال شيمي دان‏ها نمي‏فهميدند منظور از نسبت‏هاي چندگانه چيست؟

 در سال 1860 اولين كنگره بين المللي شيمي در كارلسورهه آلمان تشكيل شد. صد و چهل شيمي دان از همه‏ي ممالك در آن شركت كردند. يك شيمي دان ايتاليايي به نام «استاينس لائو كانيزارو» كه با فرضيه‏ي اووگادور كاملا آشنايي داشت، نظريات خود را در جزوه‏اي منتشر كرد و در كنگره سخنراني مستدلّي درباره اووگادور ايراد كرد. «ژان سوره استا» شيمي دان بلژيكي كه مشغول تهيه‏ي جدول اوزان اتمي بود فرضيه‏ي اووگادور را اساس كار قرار داد و سرانجام در 1865 موفق شد اولين جدول جديد اين ارقام را در اختيار عموم قرار دهد.

 

 آرايش اتمي‏

 اگر چه مشكل وزن‏هاي اتمي حل شده بود، اما اين تنها مشكل اتم نبود.

 در 1824 دو شيمي دان آلماني، «جوستوس خون ليبيگ» و «فرد ريش وولر» روي دو تركيب متفاوت كار مي‏كردند هريك براي تركيب خود به فرمولي دست يافتند و به تعداد زيادي از اتم‏هاي هريك از آن دو عنصر پي بردند. وقتي نتايج حاصله را اعلام كردند، معلوم شد هر دو تركيب داراي فرمول واحدي هستند و در مقياس مساوي، مولكول هر تركيب داراي فرمول واحدي هستند و در مقياس مساوي، مولكول هر تركيب داراي همان عناصري است كه در تركيب ديگر وجود دارد. با همه‏ي اينها دو تركيب متفاوت با دو طرز عمل مختلف بودند. «بزرليوس» كه پيشكسوت شيمي دان‏هاي عصر خود بود، از اين مساله در شگفت شد و عمل دو شيمي دان را تكرار كرد و متوجه صحت عمل آن دو شد. دو تركيب متفاوت با عناصر يكسان با نسبتهاي يكسان حاصل مي‏شد. برزليوس آنها را «ايزومر» ناميد كه واژه‏اي يوناني به معناي «نسبت‏هاي برابر» است. موارد ديگري از ايزومرها كشف شد كه تقريبا هميشه در مولكول‏هاي حاوي اتم كربن بدست مي‏آمد.

 برزليوس مولكول‏هاي كربن دار نباتات و حيوانات را به دليل اينكه معمولا در موجودات زنده بودند «تركيبات آلي» ناميد.

 دست يابي به فرمول تركيبات آلي دشوارتر بود. در حاليكه اكثر مولكول‏هاي فاقد اتم كربن كوچك بودند ولي پي بردن به ساختمان آنها ميسر بود. اما در مورد اينكه دقيقا چه ميزان از هر نوع اتم وجود داشته، گيج كننده بود و ممكن بود كه همان تركيبات ايزومرهاي متفاوتي داشته باشند.

 دانستن تعداد اتم‏هاي يك مولكول كافي نبود، زيرا ممكن بود انواع يكسان از اتم‏ها به نظر تعداد مساوي آرايش متفاوتي در دو مولكول متفاوت ارائه دهند. اما شيمي دان‏ها چگونه مي‏توانستند به اين آرايش پي ببرند؟ يك شيمي دان انگليسي به نئام «ادوارد فرانكلند» در سال 1852 پيشنهاد كرد كه هر نوع مختلف اتم داراي «ظرفيت» خاص است. يعني قدرت تركيب فقط با تعداد خاصي از اتم‏هاي ديگر را دارد. اين كلمه را از لغت يوناني به معناي «قدرت» گرفته شده است.

 براي مثال هيدروژن داراي ظرفيت 1 است و فقط با يك اتم ديگر مي‏تواند تركيب شود.

 در 1858 يك شيمي دان اسكاتلندي به نام «آرچيباله اسكات كوپر» پيشنهاد كرد كه به اتم آنچنان بنگريم كه گويي پيوند هايي دارد كه به وسيله‏ي آنها خود را به ديگر اتم‏ها متصل مي‏كند. مثلا هيدروژن را به صورت -H مي‏نويسيم و با متصل كردن پيوندها مولكول مي‏سازيم. روش استفاده از پيوندهاي اتمي براي ساختن مولكول در مورد تركيبات آلي كوچك به آساني قابل عمل بود، ولي مساله‏ي پيچيده مولكول‏هاي بزرگ آلي بود كه هنوز نياز به توضيح داشت.

 «ككوله» فرضيه ظرفيت را در مورد تركيبات آلي اجرا كرد و در سال 1858 نشان داد كه با تمركز بر اين واقعيت كه اتم كربن چهار پيوندي است و مساله‏ي تعدادي از مولكول‏ها را حل كرده است. با روشن شدن موضوع اوزان اتمي، صحت راه ككوله نيز روشن شد.

 زماني كه ككوله سيستم خود را اعلام كرد بسياري از مسائل مربوط به تركيبات آلي بسرعت حل شد. با اين حال يك تركيب ساده همچنان حل نشده باقي ماند و آن بنزن با فرمول C0H0 بود. به نظر مي‏رسيد كه براي تركيب 6 اتم كربن و 6 اتم هيدروژن براي ايجاد مولكولي كه مانند بنزن عمل كند، طبق سيستم ككوله هيچ راهي نباشد. بعد از ظهر يك روز در سال 1865 وقتي كه سوار بر يك واگن اسبي بود به خواب سبكي فرو رفت، در حالت نيمه خواب زنجيري از اتمهاي كربن به سرعت از نظرش گذشت ناگهان ته زنجيره خود را به سر ديگر متصل كرد و حلقه‏اي از اتم تشكيل داد.

 بدين ترتيب ككوله جواب سئوال خود را يافت و فرمول گسترده بنزن را ارائه داد. در 1874 يك شيمي دان هلندي به نام «جاكوبرس هنريكوس وانهوف» نشان داد كه چگونه مي‏توان پيوندهاي اتم كربن را نه فقط به صورت ترسيم روي يك كاغذ بلكه در فضاي واقعي قرار داد. بدين ترتيب ساختن نمونه‏هاي سه بعدي مولكول‏ها در حاليكه همه‏ي اتم‏ها در جاي صحيح خود و همه پيوندها در جهت درست قرار داشته باشند ميسّر گرديد.

 

 واقعيت اتم‏

 حدود اواخر سالهاي دهه‏ي 1800 فرضيه‏ي اتمي در تمامي پيكارهايش پيروز شده بود. ساختمان مولكوي‏هاي بيشتر و بيشتري با جزئيات كشف شده و حتي ساختمان بعضي از تركيبات آلي نسبتا پيچيده نيز روشن شد. اما هنوز هيچكس اتم يا مولكول را به چشم نديده بود و اتم تنها وسيله‏اي براي توجيه و تشريح اكتشافات شيمي دانان و مفاهيم آسان و مفيدي بودند. هيچكس نمي‏دانست اتمها و مولكولها واقعا چگونه‏اند، چه اندازه و وزني دارند و بسياري از شيمي دانان اظهار مي‏كردند كه نبايد موضوع اتم را جدي گرفت و فقط در حد يك ايده است. در سال 1827 يك گياه شناس اسكاتلندي به نام «رابرت براون» براي ديدن يك ذره‏ي بسيار كوچك گرده گياهي كه بر روي آب شناور بود از ميكروسكوپ خاصي استفاده كرد. وي مشاهده كرد كه ذرات كوچك گرده در جهات مختلف پراكنده مي‏شدند. البته دانه‏هاي گرده از گياهان بر مي‏خيزند و ذرات كوچكي از حيات در خود دارند. در نتيجه براون به فكر افتاد كه حركت ذرات بدليل زنده بوده آنهاست. براون همين آزمايش را روي ذرات بسيار ريز رنگ كه فاقد حيات بودند، انجام داد. آنها نيز همانطور حركت مي‏كردند. اين حركت را «حركت براوني» مي‏نامند. براي مدتي در حدود 30 سال هيچكس نمي‏دانست چگونه آن را توجه يكند. حدود 1860 يك رياضي دان اسكاتلندي به نام «جيمز كلارك ماكسول» در مورد طرز عمل گازها به مطالعه پرداخت. وي نشان داد كه گازها نه تنها از اتم و مولكول ساخته شده‏اند، بلكه اين اتم‏ها و مولكول‏ها دائما در همه جهات در حركت اند و از اطراف و بالاي يكديگر به سرعت مي‏جهند. هر چه درجه حرارت بالا بود اتم‏ها و مولكول‏ها با سرعت بيشتري حركت مي‏كردند و با شدت بيشتري مي‏جهيدند. ذره كوچك بر حسب جهتي كه تصادمات مولكول‏ها انجام مي‏گيرد تا بي نهايت روي آب به اين طرف و آن طرف خواهد رفت. اين توضيح حركت براوني است.

 در سال 1905 رياضي دان آلماني به نام «آلبرت انيشتين» حركت ذراتي بر طبق «حركت براوني» را مورد مطالعه قرار داد و فرمول رياضي پيچيده‏اي شامل اندازه ذره، اندازه مولكول آب و فاصله‏اي كه ذره در مدت زمان معين طي مي‏كند، ارائه داد. بنابراين اگر كسي مي‏توانست اعداد قسمت‏هاي حباب به استنثناي مولكول آب را بدست آورد مجهول آخر قابل محاسبه است.

 سرانجام در سال 1908 يك دانشمند فرانسوي به نام «ژان بانيست پرن» مسئله را حل كرد. وي ذرات جسمي موسوم به شيره انگم را در ظرف آبي ريخت، نيروي جاذبه زمين ذرات را به ته ظرف كشاند ولي «حركت براوني» همچنان ذرات را به طرف بالا پرتاب مي‏كرد. طبق فرمول همچنان كه يك ذره از پايين به بالا مي‏رفت تعداد ذرات در آب مي‏بايست تا ميزان بخصوصي كم شود. پرن در همه‏ي ارتفاعات مختلف ذرات را شماره كرد و توانست ارقامي براي همه موارد فرمول به غير از مولكول آب تهيه و اندازه‏ي مولكولي آب را حساب كند. معلوم شد كه يك اتم حدود 1/100000000 يك سانتيمتر است.

 وقتي خبر آزمايش پرن پخش شد مابقي شيمي دان‏ها ناگزير تسليم شدند.

 بدين ترتيب دليل روشني در مورد اندازه‏هاي اتمهاي واحد بدست آمد. اگرچه خود اتم‏ها ديده نمي‏شدند ولي نتايج حاصل از تكان‏هاي آرام، فشار دادن و تصادم آنها قابل رويت بود.

 در سال 1936 يك دانشمند آلماني به نام «اووين ويلهلم مولر» ميكروسكوپ الكتروني را اختراع كرد. در اين ميكروسكوپ سر سوزن ظريفي در ظرفي كه همه‏ي هواي آن كشيده شده (خلأ) قرار داده شده بود.

 وقتي به ظرف حرارت داده مي‏شد، ذرات كوچكي از سر سوزن جدا شده و در خطوط مستقيم از آن دور شده و به صفحه‏اي از مواد شيميايي اصابت مي‏كردند و اين صفحه در اثر برخورد ذرات سرخ و گداخته مي‏شد. از گداختگي صفحه مي‏توانستند نوع ساختمان سر سوزن را تعيين كنند.

 مولر اين وسيله را تكميل و در حدود سالهاي 1950 موفق شد از صفحه گداخته عكس بگيرد. اين عكس اتم‏هاي سازنده‏ي نوك سوزن را كه در خطوط منظم رديف شده بودند نشان مي‏داد.

 بالاخره مردم موفق به ديدن اتم شدند. البته ديگر در آن زمان مي‏دانستند كه اتم آنچه كه تصور مي‏كردند، نيست. لوسيپوس و دموكريتوس و دالتون فكر مي‏كردند اتم‏ها غير قابل تجزيه‏اند و خود كلمه‏ي اتم هم به همين نام است. امروزه دانشمندان درباره‏ي اتم چيزهاي زيادي مي‏دانند.

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: