Istorinės žinios
Iš ko sudarytas pasaulis? Daiktai sudaryti iš medžiagų, o jos – iš smulkiausių dalelių. Taip prieš beveik 2 500 metų mąstė graikų išminčius Demokritas (Dēmokritos, apie 460 pr. Kr. – apie 360 pr. Kr.) (6.2.1 pav.). Jis manė, kad pasaulis sudarytas iš tuštumos ir dalelių. Tos dalelės yra elementãriosios, t. y. nedalomos, todėl jas pavadino atòmais (gr. atomos – nedalus). Šiandien žinome, kad atomas – mažiausia cheminio elemento dalelė, kuriai dar būdingos visos jo savybės. Dabar fizikai elementariõsiomis dalẽlėmis vadina stabilias pirmines daleles, iš kurių sudaryta materija.
Esminiai Demokrito teiginiai:
- vienos medžiagos atomai skiriasi nuo kitos medžiagos atomų dydžiu, forma, judėjimu;
- kūnai atrodo vientisi dėl to, kad atomų pamatyti neįmanoma;
- įvairius kūnus sudaro skirtingi atomų deriniai;
- visi kitimai yra tuštumoje judančių atomų susijungimai ir atsiskyrimai.
Šias genialias Demokrito įžvalgas – jos galutinai moksliškai buvo patvirtintos tik prieš 100 metų – iki pat vėlyvųjų viduramžių temdė kito graiko – Aristotelio (Aristotelēs, 384–322 m. pr. Kr.) – mokymas. Aristotelis teigė, kad pasaulį sudaro keturi pagrindiniai elementai: žemė, vanduo, oras ir ugnis. Nors Aristotelis ir buvo Demokrito amžininkas, jis kategoriškai neigė atomų egzistavimą. Aristotelio teigimu, bet kurį kūną galima dalyti be galo.
XIX a. pabaigoje – XX a. pradžioje paaiškėjo, kad atomus sudaro mažesnės dalelės, vėliau – kad ir šias daleles galima skaidyti į dar mažesnes. Nuo XX a. pradžios mokslininkai kūrė įvairius atomo sandaros modelius. Iki šiol gáunama vis naujesnių žinių apie atomą, tad jo mokslinis modelis nuolat tobulinamas.
Atomo patvarumas
Atomai yra neįtikėtinai patvarūs – jie egzistuoja taip ilgai, jog kiekvienas mus sudarantis atomas, kol tapo mūsų kūno dalimi, galbūt yra buvęs augalų ar gyvūnų, o gal net ne vienos žvaigždės dalimi. Sunku patikėti, kad akmenį sudarantys atomai kada nors pabirs erdvėje ir Gamta juos panaudos kitur: medyje, gėlės žiede, lietaus laše... Mokslininkas šiandien pasakytų: nėra patikimai pagrįstų duomenų, kad atomai kaip nors kinta, bet mūsų lyrinio nukrypimo nepaneigtų. Vėliau aptarsime, kas lemia tokį atomo patvarumą.
Atomo dydis
Vidutinis atomo skersmuo apytiksliai yra 10–10 m. Ar tapo aiškiau? Nesunkiai suvokiame tik tai, ką matome ar kitaip juntame, o mūsų vaizduotė ribota. Todėl, bandydami įsivaizduoti ką nors labai mažo ar pernelyg didelio, lyginame tai su mums įprastais dalykais:
- jei vidutiniame lazdyno riešute telpančius atomus padidintume iki smėlio smiltelių dydžio, jais būtų galima užpilti visą Lietuvõs teritoriją pusės metro storio sluoksniu;
- už žmogaus plauko, išsirikiavę jam statmenai vienas šalia kito, gali pasislėpti mažiausiai pusė milijono atomų;
- ant taško, parašyto sakinio gale, sutilptų daugiau kaip 100 milijardų atomų.
Atomo sandara
Atomas sudarytas iš trijų tipų elementariųjų dalelių: protònų, neutrònų ir elektrònų. Labai mažoje erdvės dalyje susitelkę protonai ir neutronai sudaro rutulio formos atomo bránduolį. Jame sutelktà beveik visa atomo masė. Aplink branduolį milžinišku greičiu tuštumoje skrieja elektronai, sudarydami savotišką atomo apvalkalą (6.2.2 pav.). Protonams ir elektronams būdingas krūvis. Dėl šios savybės dalelės gali viena kitą stumti arba traukti: dalelės, turinčios vienodo ženklo krūvį, viena kitą stumia, o priešingo krūvio dalelės – traukia. Protono krūvis yra teigiamàsis, elektrono – tokio paties didumo, tik neigiamàsis. Neutronas krūvio neturi, todėl yra neutralus: panašiai kaip skaičius 0 (nulis) – jis nei teigiamasis, nei neigiamasis.
Atomo tapatybė
Tai atomo savitumas, tai, kas leidžia jį atskirti nuo kitų atomų. Atomo tapatybę lemia protonų skaičius branduolyje – vienodą protonų skaičių turintys atomai yra to paties cheminio elemento atomai. Taigi, cheminį elementą sudaro vienodi atomai – jų branduoliuose yra tiek pat protonų.
Cheminį elementą sudarantis atomas – mažiausia jo dalelė. Atomo savybės tokios pačios, kaip ir paties cheminio elemento. Šiuo metu žinoma per 110 skirtingų atomų – tiek pat yra žinomų cheminių elementų. Kaip iš abėcėlės raidžių galima sudaryti nepaprastai daug žodžių, taip iš skirtingų atomų – gausybę medžiagų. Tuo galima paaiškinti medžiagų įvairovę, jų – dešimtys milijonų ir kaskart sukuriama naujų.
Platesniam akiračiui
Šviesa taip pat sudaryta iš atomų. Šviesos atomus fizikai vadina fotònais.
Didžiąją dalį atomo užima... tuštuma. Jei atomo branduolys padidėtų iki lazdyno riešuto dydžio, elektronai tada prilygtų aguonos grūdui, o jų orbitų spindulys siektų vieną kilometrą. Nelikus tarpų atomų viduje, daiktai sumažėtų tiek, kad Žemės rutulio spindulys susitrauktų iki 64 m, o Vilniaus televizijos bokštas taptų vos 3 mm didumo. Jei atomo branduolys būtų taškelio dydžio, o atomas – namo, tai virusas būtų 5 km skersmens, tarpžvaigždinė dulkė – 50 km, bakterija – dar dukart didesnis darinys. Ląstelė būtų 500 km skersmens, o žmogus vos tilptų tarp Žemės ir Saulės.
Vienas žymiausių XX a. fizikų Ričardas Fainmenas (Richard Feynman, 1918–1988) yra pareiškęs, kad jei žmonijai po savęs reikėtų palikti tik vieną sakinį iš mokslo žinių, jis prasidėtų taip: „Viskas sudaryta iš atomų...“
Klausimai ir užduotys
- Ar minėti Demokrito teiginiai neprieštarauja dabartinio mokslo nuostatoms? Pagrįskite savo atsakymą.
- Kodėl Demokrito įžvalgos ilgai nesulaukė deramo pripažinimo?
- Įvardykite atomą sudarančias daleles ir jo branduolio daleles. Nubraižykite atomo schemą.
- Koks yra protono krūvis ir koks elektrono?
- Kas būdinga to paties cheminio elemento atomams?
- Kaip manote, ar atomai sensta? Pagrįskite savo įžvalgas.
- Kokias žinias apie pasaulį gavote iš savo tėvų, senelių? Kaip jūs patys pažįstate pasaulį?
- Ar būtina viską pažinti? Pagrįskite savo atsakymą.
- „Visatos sandara nebūtinai yra vien tik fizikinė“ – teigia Kembridžo (Jungtinė Karalỹstė) universiteto profesorius Saimonas Konvėjus Morisas (Simon Conway Morris, g. 1951). Kaip suprantate šį teiginį?
- Service provided by UAB "Biznio mašinų kompanija" and "Star Cloud OÜ"