A 100 éves elektron tiszteletére
Yüklə 72,72 Kb.
|
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- A változásokat csak az anyag összetett voltával lehetett megmagyarázni.
- Az anyag atomos elképzelése az esetek többségében materialista világképet tüközött
- Arisztotelész
- Az anyag szerinte folytonosan osztható.
- Isidorus
- Jan Batiste van Helmont
- Galilei
- 1624. augusztus 24-én Párizsban
- Antoine Laurent Lavoisier
- Joseph Louis Proust
- A vegyületek képződésénél megállapított tömegarányok nyilván az egyes atomok eltérő tömegének a következményei.
- Einstein
- Van-e szerkezete az atomnak
- Néhány gondolat a gyermeki anyagszemléletről
|
Megjelent: Iskolakultúra. 1997/április. VII.évf. 21-32.oldalak A 100 éves elektron tiszteletére Részletek az atomfogalom történetéből Az embert ősidőktől fogva izgatta az a kérdés, hogy mi alkotja végsős soron az anyagi világot. Bármilyen eltérés is van az egyes tárgyak külső megjelenése, tulajdonságai között, mégis régóta feltételezték, hogy lehet valami közöst találni a különböző anyagokban. Tudták azt is, hogy a természetet nem csak maga természet, de az ember is át tudja alakítani, meg tudja változtatni, amely néha káros is lehet. Ha erdőket irt ki, az csak pillanatnyi haszonnal jár, hiszen később már használhatatlan lesz a terület. Rég megismerte a tüzet, amely segítségével ízletesebb ételeket készíthetett, edényeket állíthatott elő, majd fűthetett vele, különböző kövekből fémeket állíthatott elő stb. A változásokat csak az anyag összetett voltával lehetett megmagyarázni. Így magától értetődő volt az a gondolat, hogy lenni kell olyan végső alkatrészeknek, amelyek tovább már nem bonthatók. --------------------------------------------------------------------------------------------------- Az őselemekről, az ősanyaggal kapcsolatos legelső nézeteket a görög filozófusok hagyták ránk, azonban a régebbi kultúrnépek körében is voltak elképzeléseket, amelyeket valószínűleg ismertek és ezek felhasználásával alkották meg sajátjukat. A legrégibb görög filozófiai iskola az úgynevezett ión iskola, amelynek vezéralakja és alapítója Thalesz (i.e. 624-547), az ókori hét bölcs egyike a vizet tartotta őselemnek. Szerinte minden ebből alakult ki, amely később is gyakran visszatért a történelem során, mivel a növényvilág fejlődése épp ezt látszik igazolni. Az ókori atomelmélet szintén vissza-vissza tért a századok során, amelyet Anaxagorasz (i.e. 500-428) fejtett ki elsőként. Szerinte minden dolog parányi magokból épül fel, azonban nem nyilatkozik arról, hogy ezek oszthatók-e. Más esetekben viszont az atom, mint valami többé-kevésbé meghatározott részecske gyakran őselemként is szerepel. Démokrítosz (i.e. 460-370) szerint minden atomokból áll, amelyek tovább nem oszthatók. Az atomok közt azonban nincs minőségi különbség. Az atomokon és az üres téren kívül nem létezik semmi. A tárgyak különbsége csupán atomjaik száma, nagysága, alakja és rendje szerinti különbségtől függ. Az atomok száma és alakja a világmindenségben végtelen. Demokritosz elméletében tehát csak egy ősanyag van: az atom. A következőt írja egy ránk maradt töredékek szerint:
Semmi sem teremthető a semmiből és semmi sem pusztítható el és változtatható semmivé. A világnak nincs vége, mert semmiféle külső hatalom nem teremtette. A szín konvenció, az érdes is konvenció, a keserű is konvenció! Az egyedüli valóság: az atomok és az űr." Az atomisztikus elképzelések termékeny talajra találtak Lucretius Carus római költőnél, akitől a következő idézetek származnak: "Most, hogy feltártam: semmit sem szülhet a semmi, És ami megszületett, nem térhet a semmibe vissza, Mégis azért, hogy kételkedni ne kezdj szavaimban, Hogy nem láthatjuk meg az ősanyagot szemeinkkel, Halld, és ismerd el magad is, hogy vannak a dolgok Közt olyanok bőven, melyeket nem láthat az ember." Máshol így ír: " .. ha öltönyödet víz szélénél felakasztod, Nyirkos lesz, míg újra a napra kitéve kiszárad. S nem láthattuk, a nedvesség hogy járta keresztül, Vagy hogy a hőségtől ismét mint szállt ki belőle. Mert hisz a nedvesség oly csöpp részekre oszolva Száll, hogy a szem sehogyan sem tudja követni az útját." (Tóth Béla fordítása) Az anyag atomos elképzelése az esetek többségében materialista világképet tüközött, és ebből kifolyólag az egész történelem során az idealista, vallásos irányzatok támadásának kereszttüzében áll, amelyre példákat is fogunk majd látni. A legfontosabb és a középkorban elfogadott, később dogmaként tisztelt elemelképzelést Arisztotelész (i.e. 384-322) alkotta. A makedóniai Stagira városában született. 17 éves korában Athénba ment és az akkor 60 éves Platón tanítványa lett. Mestere halála után lett az akkor 14 éves Nagy Sándor nevelője. kr.e. 334-ben visszament Athénba, ahol tanított. Tanítási szokásainak egyik jellegzetessége volt az, hogy közben tanítványaival együtt sétált (), ezért elnevezték iskoláját peripatetikus iskolának. A történelemben eddig teljesen szokatlan méretű tudományos kutató centrumot alapított, ahol tanítványaival együtt adatokat gyűjtöttek, és feldolgozták a legkülönbözőbb tudományterületeket, mint természettudományok, orvostudomány, filozófia, történelem, politika, közgazdaságtan, logika stb. Némely területen, például a biológiában máig érvényes megállapításokat tettek. Arisztotelész elemelképzelésében ősrégi indiai alapokon állt, miszerint a világon minden négy elemből, tűzből, levegőből, vízből és földből áll. Ezekhez hozzátett még egy ötödiket is az étert, és ebből állónak képzelte a földi tárgyaktól lényegükben különböző égitesteket, vagyis ez egy égi princípium volt, mely örök és elpusztíthatatlan. A földi négy elem mellé négy őstulajdonságot is képzelt Arisztotelész, a meleget, hideget, szárazat és a nedveset. Ezek harca okozza a változásokat. Minden őselem két őstulajdonsággal rendelkezik, amelyek közül egy-egy közös valamelyik másik őselemével. Valahogy így lehet ezt ábrázolni: Száraz Tűz ---------------------- Föld Meleg Hideg Levegő --------------------- Víz Nedves Míg az atomista nézetek szerint az ütközések, az atomok egyesülése vagy szétoszlása okozza a kémiai és fizikai jelenségeket, addig Arisztetlész szerint ezek oka az őselemek, illetve az őstulajdonságok arányának a megváltozása. Az anyag szerinte folytonosan osztható. Az anyag átalakulása állandóan folyik, például a Föld mélyében évezredek alatt a föld és a víz egyesül fémekké. A középkorban a keresztény Európa az arabok közvetítésével ismerkedik meg az antik tudománnyal. Az arab filozófusok Arisztotelész elemelképzelését vették át, amelyet némileg módosítottak, miszerint további két ősanyagot képzeltek el, amelyek a higany és a kén. Ezen azonban nem a mai értelemben vett két elemet kellett érteni. A higany és a kén elképzelésük szerint valamilyen formában szétbonthatatlan vegyületei a négy alapelemnek, és aztán ezek képezik különböző arányban a többi anyagot. Ezt a középkori alkimisták még egy továbbival toldották meg. A higany és a kén mellett szerintük a harmadik ősanyag a só, amely az éghetetlen és vízben oldható részeket jelentette náluk. Az atomokról szóló elképzelés is fel-felbukkan időnként, bár főleg negatív bírálatok formájában. Mint tudományos elképzeléssel találkozhatunk a hetedik században a hispániai (mai Spanyolország) Isidorus és az írországi Bedda műveiben, majd a X. század körül Conchesi Vilmos és Hugo de St.Victor munkáiban. Ezek a nézetek igen óvatosan jelentkeztek, de ez után ismét évszázadokra eltűnnek és Arisztotelész nézetei válnak uralkodóvá Európában. A középkori egyetemeken egyértelműen az eredeti arisztotelészi négy elemelképzelés uralkodott. A XVII. század elején találkozhatunk csak olyan véleményekkel, amelyek már nem ragaszkodnak szigorúan az arisztotelészi elképzelésekhez, hanem módosítgatják, megfigyeléseknek, kísérleteknek vetik alá és ezek alapján jutnak új következtetésekhez. Egyetértenek már abban, hogy a tűz nem lehet elem. A legjelentősebb közülük Jan Batiste van Helmont (1577-1644). Ő jött rá arra, hogy az anyagoknak különböző halmazállapotai vannak és az ezekbe való átváltozások nem változtatják meg a minőségüket, és hogy nem minden, ami légnemű, azonos a levegővel. Felfedezte, hogy különböző gázok vannak, továbbá vizsgálta az oldódás folyamatát is. Helmont és mások megállapításai, a halmazállapot-változásokról, az oldásról, továbbá arról, hogy az anyagi minőség ilyenkor a forma megváltozása ellenére változatlan marad, felvetette a kérdést, hogy miként lehet ezeket a tapasztalatokat magyarázni? És ekkor ismét előkerül az ókori atomelmélet. A korabeli szerzők írásaiban egyre többször fordul elő az atom szó, bár annak értelmezése még nagyon változó volt. Giordano Bruno (1548-1600) lehetett az első, aki máglyán fejezte be életét, aki határozottan visszanyúlt az atomelmélethez. Az atomokat inkább ősanyagot képzeli el, Demokritoszhoz hasonlóan. Később Galilei atomképe inkább a geometriai ponthoz hasonlatos, így nem hozható kapcsolatba az elemfogalom fejlődésével.
Sennert nyomán egyre több híve lett az atomelméletnek, ám a hivatalos tudomány továbbra is az arisztotelészi tanokat hirdette. Érdekességként említjük meg, hogy 1624. augusztus 24-én Párizsban néhány tudós vitaülést akart szervezni, amelyen épp az atomelmélet védelme lett volna a célja. Azonban e tanokat a ma is híres párizsi egyetem, a Sorbonne tanári kara hamisnak nyilvánította. A kitűzött helyre a megadott időpontban már mintegy ezer érdeklődő gyűlt össze, a vita viszont elmaradt, mivel a megelőző éjszaka a rendező tudósok egy részét letartóztatták, más részük pedig elmenekült. A párizsi bíróság később kitiltotta őket a városból. A Sorbonne-on pedig még közel egy évszázadon keresztül esküt kellett tenni a tanároknak, hogy nem fognak a katedráról Arisztotelésszel ellentétes nézeteket hirdetni. Mégis francia pap, Pierre Gassendi (1592-1655) nyúl vissza az eredeti ókori demokritoszi elképzelésekhez, mivel ő elismerte az üres tér létezését. Ez pedig ellentétes volt Arisztotelész tanításával, aki szerint a természet iszonyodik az űrtől "horror vacui". Ő viszont már ismerte az üres teret Torricelli híres kísérletéből kifolyólag, amely a higannyal töltött csőben képződik, ha annak nyitott végét higannyal telt tálba helyezzük. A külső légnyomás ugyanis csak 760 mm magasra nyomja fel a higanyt a csőben, e felett pedig légüres tér van. Elképzelése szerint a testeken belül is üres terek vannak, amelyekben az atomok mozognak. Az atomok egy ősanyag legkisebb, tovább már nem osztható részecskéi, amelyek azonban nem pontszerűek. Anyagilag azonosak, nagyságuk, tömegük és alakjuk szerint azonban különbözőek. Az atomokból kis képződmények jöhetnek létre, amelyeket molekulának nevezett. Ettől kezdve az atomisztikus elképzelés már minden tudományos elméletben fellelhető, de az elem fogalma még nem alakult ki. A kémiával foglalkozók, elsősorban az alkimisták, bár később már az orvosok is, nagyon sok anyagot előállítottak, sok reakciót megvizsgáltak. A kísérleti tapasztalatok közt meg kellett próbálni valamilyen rendet teremteni. Az orvosi kémia az élő szervezet vizsgálata során észrevette, hogy a folyamatokban nagy szerepet játszanak a vizes oldatok. Így az alkimisták olvadékai helyett (arany előállításának céljából) a vizes oldatok vizsgálata került előtérbe. Felfigyeltek az egyes reakciók közti hasonlóságokra, melyek eredményeképp elkülönítették a savakat és a bázisokat a növényi eredetű "indikátorok" segítségével. Észrevették a közömbösítési folyamatokat is. Felfigyeltek arra is, hogy vannak olyan anyagok, amelyeket lombikjaikban szét tudnak bontani, majd ismét előállítani, viszont vannak olyanok, amelyek néha eltűnnek, átalakulnak mássá, majd az új anyagból többnyire eredeti formában visszanyerhetők, maguk viszont tovább már nem bonthatók. Vagyis rájöttek arra, hogy vannak elemek és vegyületek! A kémiai elem fogalmát először Robert Boyle (1627-1691) ír természetkutató definiálta először a következőképp:
Minden általa vizsgált jelenséget az anyag részecsketermészetével próbált megmagyarázni. Úgy vélte, hogy valószínűleg egyetlen ősanyag van, de lehetséges, hogy több és ez képezi az atomokat. Vagyis nyitva hagyta a végső alkatrész kérdését és az ezzel kapcsolatos filozófiai nézeteket, ellenben a gyakorlati kémia számára megteremtett az elem fogalmát. A filozófiában és a fizikában azonban tovább élt az "őselem" kérdése. A savakat a következőképp definiálta: azok az anyagok, amelyek feloldják a fémeket, a bázisokkal semleges sókat képeznek, és bizonyos növényi kivonatok színét jellemző módon megváltoztatják. Sok indikátort fedezett fel és alkalmazott, mint ibolya, búzavirág, lakmusz stb.
Írja az "Exprimenta de Coloribus" című könyvében. Tovább bővített a kémiai elem fogalmát, illetve az elemek sorát a francia Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) . A levegő és a víz összetett voltának a felfedezése, az oxigén, a nitrogén és a hidrogén megismerése kapcsán a mai felfogáshoz hasonlóan minősítette az egyes anyagokat elemmé. Szerinte az elemeket sem fizikai sem kémiai módszerekkel nem lehet tovább bontani. A vizsgálódások, a reakciók tanulmányozása során a kémikuson elkezdenek keresni, majd lassan felfedeznek bizonyos számszerűleg kifejezhető törvényeket. Először rájönnek arra, hogy a közömbösítésnél, majd később az oxidok képződésénél, hogy a vegyületek csak bizonyos meghatározott tömegarányok szerint jöhetnek létre. Joseph Louis Proust (1755-1826) felismeri, hogy ha két elem egymással többféle vegyületet alkot, akkor az arányok ugrásszerűen változnak és minden vegyület határozott tömegaránnyal rendelkezik. John Dalton (1766-1844) jön rá arra, hogy ha két elem többféle vegyületet alkothat egymással, akkor az egyik elem azon mennyiségei, amelyek a másik elem ugyanazon mennyiségeivel képesek vegyülni, úgy aránylanak egymáshoz, mint a kicsiny egész számok. És ez a tény természetes módon következik az atomelméletből. Dalton atomelmélete, azonban különbözik minden addigi atomelmélettől, mivel az mennyiségi értelmezést is ad! Nézzünk egy egyszerű példát, mégpedig a szén kétféle oxidját! Az egyik vegyületben az oxigén tömegaránya 57,1%, míg a másokban 72,7% minden esetben. Köztes, avagy más arány nem található. Nézzük meg azonban azt, hogy azonos mennyiségű szenet alapul véve mekkora a kétféle vegyületben az oxigén mennyisége. Az azonos mennyiségű szén az egyszerűség kedvéért legyen éppen 12 g. Az egyik vegyületben ehhez 16 g oxigén kapcsolódik, míg a másokban 32 g. Vagyük észre, hogy ebben a felírási módban azonnal látszik az 1 : 2 arány! Az atomok Dalton szerint az anyag legkisebb részecskéi. Ugyanazon elem atomjai minden tulajdonságban hasonlítanak egymáshoz, a különböző elemek atomjai azonban különbözőek. A vegyületek pedig az atomok egyesülésével jönnek létre és csak egész atomok egyesülhetnek. Ezzel válik érthetővé az állandó tömegarányok törvénye! A különböző elemek atomjainak tömege különböző. A vegyületek képződésénél megállapított tömegarányok nyilván az egyes atomok eltérő tömegének a következményei. Ha tehát választunk egy viszonyítási alapot, akkor az atomok egymáshoz viszonyított tömege megadható. E célra végül is a legkönnyebb elemet, a hidrogént választották. Az atomelmélet kísérleti igazolásának tekinthetők a vegyülő gázok térfogati törvényei. 1805-ben Gay-Lussac és Humboldt a víz képződésének feltételeit vizsgálta különös tekintettel arra az esetre, amikor vagy a hidrogén vagy az oxigén feleslegben volt. Pl. 200 térfogatrész hidrogén és 100 térfogatrész oxigén elektromos szikrával való robbantásakor a gázhalmazállapot teljesen eltűnik. Viszont 100 térfogatrész oxigénrészhez 300 térfogatrész hidrogént keverve 100 térfogatrész hidrogén megmarad stb. Vagyis megállapították, hogy a hidrogén és az oxigén 2:1 térfogatarányban vegyül, függetlenül attól, hogy melyikből mennyi van. Később a nitrogén és a hidrogén reakcióját is vizsgálják, ahol az arány 1 : 3. Gau-Lussac a következőképp ír erről 1808-ban:
"Dalton úr nemrégiben kifejtett elképzelését, nevezetesen, hogy a vegyüléskor atom reagál atommal, vagy két atommal, vagy három atommal, látszik támogatni." Az atomhipotézis és a reagáló térfogatokra vonatkozó megfigyelések Avogadrót egy újabb feltételezéséhez vezették, amelyet a következőképp fogalmazott meg 1911-ben: " M. Gay-Lussac egy érdekes tanulmányában megmutatta, hogy a gázok mindig nagyon egyszerű térfogatarányok szerint vegyülnek egymással, és ha az egyesülés terméke is gáz, úgy ennek a térfogata is nagyon egyszerű viszonyban áll az összetevőkéivel. De a vegyületeket felépítő anyagok mennyiségi viszonyai, úgy tetszik, csak az egyesülő atomok és a keletkező molekulák viszonylagos számától függnek. El kell tehát ismernünk, hogy ugyancsak nagyon egyszerű összefüggések állnak fenn a gázok térfogatai és az őket felépítő atomok és molekulák száma között. A legegyszerűbb kínálkozó hipotézis, amely láthatóan ugyanakkor az egyetlen elfogadható is, az a feltevés, hogy egyenlő térfogatokat tekintve, bármely gázban ugyannyi molekula van, vagyis hogy a molekulák száma arányos a térfogattal." Ehhez és a többi idézetnél is hozzá kell tennünk azt a megjegyzésünket, hogy azonos hőmérsékleten és nyomáson kell a térfogatokat mérni. Az érdekes az, hogy maga Dalton mégis támadta e törvényt. Mi lehetett ennek az oka? Ugyanis az általa felállított atomhipotézis és Gay-Lussac törvénye a vegyülő gázokra csak akkor állhat fenn egyidejűleg, ha az atomsúly és a gáztérfogat között arányosság van (ami igaz is), vagyis ha a különböző gázok sűrűsége az atomsúlyok arányában nő. Azonban ez abban a korban még nem látszott a hibás mérések miatt. De volt egy másik ellenérve is, amelyet napjainkban a kétatomos elemmolekulák létével magyarázunk, de ez akkor még ismeretlen volt. Nézzük a következő példát! 1 térfogat nitrogéngáz 1 térfogat oxigéngázzal úgy reagál, hogy közben 2 térfogat nitrogén-monoxid keletkezik és nem pedig 1 térfogat!
2 térfogat + 1 térfogat = 1 térfogat 3 térfogat 1 tf. DE! 2 tf. keletkezik
1tf. + 1 tf. = 1 tf. 2 tf. 1 tf. lenne várható! HA ATOMOS a gáz
1tf. + 1tf. = 2 tf. 2 tf. a tapasztalat! A GÁZmolekulát KÉTatomosnak kell gondolni!
Az atomos, illetve a molekuláris szemléletet a fizika oldaláról az 1865-től kialakuló kinetikus gázelmélet támasztja alá, amely statisztikai meggondolások segítségével szemléletesen értelmezte pl. a gázok nyomását, a belső energiát, a gázmolekulák sebességének nagyságát stb. Loschmidt ennek alapján meg is határozza a molnyi mennyiségű anyagban lévő molekulák számát, amelyet napjainkban inkább Avogadro-állandónak hívnak. Ne felejtsük el azonban, hogy az atomos felfogás ebben a korban még elég hipotetikus jellegű és a 19-20. század fordulója táján sokan elutasították, illetve nem tekintették többnek egyszerű munkahipotézisnél. Teljesen meggyőző bizonyítékként az Einstein által 1905-ben értelmezett Brown-mozgást és a röntgensugarak kristályokon való elhajlására vonatkozó 1912-ben végrehajtott Laue-kísérletet lehet tekinteni. A legdöntőbb bizonyítékként azonban az a tény tekinthető, hogy az Avogadro-állandót számos jelenség vizsgálatából, egymástól független módszerekkel is meghatározták (pl. a Brown-mozgás, elektrolízis, radioaktivitás), amelyek a kísérleti hibák határán belül ugyanarra az eredményre vezettek. Értéke a jelenleg legpontosabbnak elfogadott mérések szerint: L = 6,0225.1023 . Van-e szerkezete az atomnak? A 19. század második felében már sok elemet ismertek, amelyeket családokba rendeztek, de a családok egymással való kapcsolatáról nem sokat tudtak. A választ a napjainkban már jól ismert periódusos rendszer felismerése mutatta meg. Határorozottan Mengyelejev mondta ki először 1869-ben kéthónapi töprengés után hipotézisét. A periódusos törvény rendkívül merész általánosítás volt, miszerint az akkor még éppen elfogadott atomsúlyok és az elemek természete közti összefüggést alapvető természeti törvényként állította be. Több addig fel nem fedezett elem tulajdonságait "jósolta" meg hipotézise alapján, amelyek később helyesnek bizonyultak. Idézet Mengyelejev 1869-ben megjelent cikkéből, amely a Zeischrift für Chemie-ben jelent meg: "Ha az elemeket függőleges oszlopokban rendezzük el növekvő atomsúly szerint úgy, hogy a vízszintes sorok analóg elemeket tartalmazzanak ismét csak növekvő atomsúlyuknak megfelelően, olyan elrendezést kapunk, amelyből több általános következtetést vonhatunk le. 1. Az atomsúlyok nagysága szerint elrendezett elemek tulajdonságaik periodikus változását mutatják. 2. Kémiailag hasonló elemek atomsúlya vagy igen közel esik egymáshoz (Pt, Ir, Os), vagy azonos nagysággal növekszik (K, Rb, Cs). 3. Az atomsúlyok szerinti elrendezés megfelel az elemek valenciájának és bizonyos fokig a kémiai viselkedésükben mutatott különbségeknek; például Li, Be, B, C, N, O, F. 4. A természetben leggyakrabban előforduló elemeknek kicsi az atomsúlyuk, és mindegyik ilyen elem jellegzetes viselkedésével tűnik ki. Ilyen módon ezek típusoknak tekinthetők, és a legkönnyebb elem, a hidrogén jogosan szerepel mint a tömeg egysége... ....
6. Sok új elem felfedezését megjósolhatjuk; például a Si és Al analóg elemei a 65 és 75 atomsúly között. 7. Néhány atomsúlyt feltehetőleg korrigálni kell. Például a Te atomsúlya nem lehet 128, hanem 123 és 126 közé kell esnie. 8. A táblázatból új hasonlóságok is leolvashatók; így az U a Be és Al analogonjaként jelentkezik, ez egybevág a kísérleti eredményekkel.
Az elektrolízis alapvető törvényszerűségeit Faraday nevéhez kapcsoltuk. Ezzel kapcsolatos tanulmánya végén hipotetikusan felveti, hogy a testek kémiailag egyenértékű mennyiségei az "elektromosság egyenlő mennyiségét tartalmazzák". Majd így folytatja: „ha elfogadjuk az atomelméletet, akkor azt mondhatjuk, hogy kémiai hatásaikban egymással ekvivalens testek atomjaiban egyenlő mennyiségű elektromosság van"; de hozzátette: "én bizalmatlan vagyok az atom kifejezéssel kapcsolatban". Faraday ugyanis azt gondolta, hogy az elektromosság nem súlyos anyag, illetve nem súlytalan folyadék, ahogyan néhányan akkor gondolták, hanem meghatározott típusú erő. Ne felejtsük el, hogy ekkor a 19. század első felében az atomelmélet még nem fizikailag megalapozott, matematikailag leírható elmélet. Helmholtz, aki a hőtan első főtételét mai alakjában megfogalmazta, 1882-ben a következőt mondta: „Ha elfogadjuk azt a hipotézist, hogy az elemi anyagok atomokból állnak, akkor nem kerülhetjük el azt a következtetést, hogy mind a pozitív, mind a negatív elektromosság is meghatározott elemi mennyiségekre osztott, amelyek az elektromosság atomjaiként viselkednek." Faraday tanulmányozta a légritkított csövekben jelentkező gázkisüléseket, amely mintegy előfutára volt a később oly fontossá vált katódsugár-kísérleteknek. Az elektron felfedezése Az elektromos áram ritkított gázokban (mindössze néhány Pa) való vezetésének vizsgálata közben fedezte fel az elektront 1897-ben Joseph Thomson. Már az 1870-es évektől kezdve ismerték azt a jelenséget, hogy a légritkított térben lévő fémelektródok között, megfelelően nagy potenciálkülönbség (néhány ezer volt) esetében a katódról sugárzás indul ki, amelyet el is neveztek katódsugárzásnak. Az eszköz neve pedig katódsugárcső. Thomson vizsgálatai során kimutatta, hogy a katódsugár olyan részecskékből áll, amely részecskék azonosak, bármilyen elemet is használt katódként vagy töltőgázként. Továbbá fémekből nemcsak a katódsugárcsőben léphetnek ki az előbb említett részecskék, hanem hevítés, sőt bizonyos fémekből megvilágítás hatására is. Így arra a következtetésre jutott, hogy ez a részecske minden elem atomjának alkotórésze, amelyet elektronnak neveztek el. A szó görög eredetű és borostyánkövet jelent. (A borostyánkő dörzsölés hatására elektromos állapotba kerül, amely jelenséget már az ókori görögök is ismerték, bár magyarázni természetesen nem tudták. Erre a régen ismert tapasztalatra emlékeztet az elnevezés.) A nevet egyébként nem Thomson, hanem Georg J.Stoney adta már 1874-ben, mivel rámutatott arra, hogy amennyiben az anyag atomos szerkezetű, akkor az elektromosságnak is kell, hogy legkisebb adagja legyen. A következő lépés az volt, hogy meg kellett határozni az újonnan felfedezett részecske tulajdonságait, tömegét és töltését. A katódsugárcsőből kilépő sugárzás negatív töltésű részecskéinek fajlagos töltése a mérések szerint - 1,758804.1011 C/kg . Ennél nagyobb abszolút értékű fajlagos töltést sohasem észleltek. Az elektron hordozza tehát a tömegegységre jutó legnagyobb töltést. Az elektron töltését 1910-ben Millikan mérte meg nagy pontossággal, amely 1,6.10-19 C - nak adódott. A töltésnek létezik egy legkisebb, tovább nem osztható adagja, amelyet ezért elemi töltésnek nevezünk. A legújabb évek kutatási eredményei szerint léteznek olyan eleminek tekinthető részecskék, amelyek az elektromos töltés törtrészét hordozzák. Ezeket kvarkoknak nevezik. Töltésüket is kimérték, amelyek +2e/3 - nak és -e/3 - nak adódott. A kétféle kvark neve u (up) és d (down). A proton e modell szerint két u és egy d kvarkból (uud), a neutron pedig egy u és két d kvarkból (udd) áll. Azonban magányos kvarkot előállítani, úgy, mint magányos elektront eddig nem sikerült. Az elektron nem bontható tovább semmilyen módon, a kísérletek szerint nincs belső szerkezete, úgy mint a protonnak és a neutronnak. Az elektron tömege a két mérés alapján már kiszámítható töltése és fajlagos töltése segítségével:  0,910953.10-30 kg.
Összefoglalásként a következőket állapítottuk meg az elektronról: a legkisebb tömegű elektromosan töltött részecske az elektron, az elemi töltés hordozója, oszthatatlan egység. Tömege közel 10-30 kg, töltése -1,6.10-19 C. Thomson így ír 1897-ben az elektronról: "Ezekből a mérésekből azt látjuk, hogy m/q értéke független a gáz természetétől, nagysága (10-7 ) pedig nagyon kicsiny a 10-4 értékhez képest, amely eleddig ezen mennyiség legkisebb ismert értéke volt és amely érték az elektrolízisben található hidrogénionhoz tartozik... m/q kicsiny volta eredhet m kicsinységéből, vagy q nagyságából, vagy a kettő kombinációjából... ... Ilyen módon a katódsugarak az anyag új állapotát jelentik, egy olyan állapotot, amelyben az anyag részekre bomlása sokkal magasabb fokú, mint a közönséges gázállapotban: ez egy olyan állapot, melyben minden anyag - származzon az hidrogénből, oxigénből vagy bármely más forrásból - már egy és ugyanazon fajta; lévén ez az a szubsztancia, amelyből az összes kémiai elem felépül." A huszadik században végképp elfogadják a tudósok az atomok létét, ezt napjainkban senki sem kérdőjelezi meg. A kutatásokat nem az atomok létének különböző bizonyításai határozzák meg, hanem a valóságot egyre jobban leíró atommodelleket alkotnak. Ezekkel a továbbiakban cikkünkben nem kívánunk foglalkozni. Érdekesebb viszont a pedagógusok számára az, hogy tanítványaikkal miként fogadtassák el az atomok létét. Néhány gondolat a gyermeki anyagszemléletről A gyerekek számára komoly kihívást jelent az anyag részecskékből való felépítettségének elfogadása, mintegy kicsit hasonlóan a tudomány történetéhez. Folytonosnak képzelik az anyagot. Különös, hogy a gyerekek több vonatkozásban is, egészen pontosan reprodukálják az arisztoteleszi világképet, anélkül azonban, hogy valaha is hallottak volna a nagy görög gondolkodóról. A gyerkek kezdeti tapasztalatai az anyagot illetően az, hogy az időnként eltűnhet, majd ismét megjelenik. Így értelmezik a kémia reakciók folyamatait, a halmazállapot változásokat és az oldódást. A gyermekek fejében lévő folytonos anyagkép felváltása a szemcsés szerkezetű anyagképpel nem könnyű feladat. A NAT szerint azonban ennek meg kell történnie a 6. évfolyam végére, hiszen a 7. osztályban már az "Ember és természet" műveltségterület részét képező kémia már természetes módon kell, hogy használja e fogalmat. A módszer a következő lehet: A gyerekek minél több jelenséget próbáljanak meg megmagyarázni először a folytonos anyagszemléletük segítségével. Sőt, próbáljanak meg előrejelezni is különböző tényeket, amelyeket aztán kísérletileg is vizsgálni tudnak. Ilyen lehet például a cukor vagy a só oldása vízben. Mit lehet mondani a kiindulási és a keletkezett anyagok tömegére, térfogatára vonatkozóan. Hová tűnik a feloldódott anyag? Vissza lehet-e ismét kapni? Adjunk lehetőséget minél több tanulói megnyilvánulásra, így szembeállíthatjuk őket, vitatkozhatnak egymással. Van aki sokáig tartja a folytonos anyagképét, de egyre többen lesznek, akik a részecskeképet fogják sokkal egyszerűbbnek találni, illetve később már szinte csak ezt fogják magyarázataikhoz használni. A pedagógiai szakirodalomban az imént vázolt folyamatot konceptuális váltásnak nevezik, hiszen a tanulás folyamán alapvetően meg kell, hogy változzanak a gyerekek eredeti elképzelései egy adott témát illetően.
Tankönyvkiadó Budapest, 1981. Budó Ágoston: Kísérleti fizika III. Budapest, Tankönyvkiadó 1975. Einstein, Albert: Válogatott tanulmányok Gondolat, Budapest 1971. Erdey-Grúz Tibor: A fizikai kémia alapjai Műszaki Könyvkiadó, 1972. Budapest G.Gamov: A fizika története Gondolat Könyvkiadó Budapest 1965. Haber-Schaim - Cross - Abegg - Dodge - Waltwr : Introductory Physical Science Newton Collage of the Sacred Heart New Jersey 1977. Nahalka István: Természettudomány az iskolában avagy
Taníthatunk-e továbbra is úgy, mint eddig? Schiller Róbert: Rendszertelen bevezetés a fizikai kémiába a hidrogén ürügyén Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1987. Simonyi Károly: A fizika kultúrtörténete Budapest, Gondolat Kiadó, 1986. Szabadváry Ferenc: Az elemek nyomában Gondolat Kiadó, Budapest, 1961. Weisskpf, Victor: Válogatott tanulmányok Fizika a huszadik században Budapest, Gondolat Kiadó, 1978. Yüklə 72,72 Kb. Dostları ilə paylaş:
|