На свете не было и нет еще такого микроскопа, который позволил бы увидеть отдельные атомы. Но наука нашла другие способы обнаружения атомов и изучения их свойств. В результате к концу XIX и началу XX столетия, когда экспериментальные методы науки достигли значительного совершенства, существование атомов было достоверно доказано.
Правда, и тут нашлись такие скептики, которые пытались поставить под сомнение существование атомов, воскрешая тем самым линию средневековых церковников. Это были Мах, Оствальд и другие представители реакционной идеалистической философии, утверждавшие, что атомы — это выдумка и что якобы скоро упоминание об атомах будут находить лишь в пыли библиотек.
История жестоко посмеялась над этими «пророками». Доказав реальность существования атомов, физики-материалисты определили их размеры, вес (массу) и проникли в их недра, открыв много новых и интересных явлений. Проникнув внутрь атомов, исследовав их строение и те сложнейшие процессы, которые там происходят, физики пришли к открытию ядерной энергии. Этим физика еще раз подтвердила незыблемость положения диалектического материализма о безграничных возможностях науки в познании окружающего нас мира.
Даже крупные молекулы, состоящие из нескольких тысяч атомов, столь малы, что увидеть их в самый сильный оптический микроскоп не представляется возможным. При помощи такого микроскопа можно рассмотреть лишь предметы, размеры которых превышают тысячную долю миллиметра. Электронный микроскоп, изобретенный в последние десятилетия, увеличил возможность наших органов зрения, отодвинув границу невидимого до нескольких миллионных долей миллиметра. С помощью этого замечательного прибора удалось, наконец, увидеть и сфотографировать отдельные наиболее крупные молекулы. Но атомы мы пока не можем видеть; их размеры определены косвенным путем. Оказалось, что в среднем диаметр атома равен примерно одной стомиллионной доле сантиметра. Это означает, что ряд, построенный из ста миллионов атомов, расположенных вплотную один к другому, занял бы всего около одного сантиметра. Атом во столько раз меньше яблока средней величины. во сколько само яблоко меньше земного шара.
Масса или вес отдельного атома также чрезвычайно малы[2]. Это можно видеть из следующего примера. Количество атомов, содержащихся в одном грамме водорода, выражается числом, состоящим из цифры 6 с двадцатью тремя нулями:
что можно записать кратко в виде: 6∙1023. Представить, насколько велико это число, можно из следующего примера.
Если бы все атомы, содержащиеся в одном грамме водорода, удалось распределить равномерно по всей Земле, то на каждый сантиметр ее поверхности пришлось бы около 100 тыс. атомов.
Поскольку в одном грамме водорода содержится 6∙1023 атомов, то отсюда нетрудно сообразить, что масса одного такого атома будет равна единице, деленной на 6∙1023, что дает 1,66∙10-24 г. Другими словами, масса атома водорода равна 1,66 г, деленным на число из единицы с 24 нулями[3].
Отсюда видно, что массы (соответственно и веса) атомов в граммах выражаются крайне малыми числами. Поэтому в атомной физике применяют обычно специальные единицы веса и массы, более удобные на практике.
Вес атомов выражают в относительных единицах, в которых вес атома кислорода принимается равным 16 единицам. Число, равное отношению веса данного атома к весу 1/16 части атома кислорода, называется атомным весом. Атомный вес водорода, самого легкого из всех химических элементов, составляет 1,008, что приблизительно равно единице. Отсюда следует, что приближенно атомный вес можно определить как вес данного атома по отношению к весу атома водорода.
Массу атомов выражают в специальных атомных единицах массы (сокращенно а.е.м.), в которых масса атома кислорода принимается равной 16 единицам. 1 а.е.м., равна 1,66∙10-24 г, что соответствует приблизительно массе атома водорода.
Из вышеизложенного следует, что относительный атомный вес и масса атома в атомных единицах численно равны между собой. В силу этого атомный вес, приведенный в таблице Д. И. Менделеева (рис. 1) для каждого элемента, дает нам в то же время массу атома этого элемента в атомных единицах. Если, например, атомный вес гелия равен 4,003, то это значит, что масса атома гелия равна 4,003 а.е.м.
2
В обычных условиях, в которых мы живем, вес и масса тела, выраженные в килограммах или граммах, численно равны между собой. Килограммовая гиря весит в наших условиях 1
3
Для очень больших и очень малых чисел обычно пользуются такой записью:
Для больших чисел: 100= 10×10=102 — десять в квадрате или десять во второй степени; 1000=10×10×10=103 — десять в третьей степени и т. д.;
миллиард коротко пишется так:
1 000 000 000=109 — десять в девятой степени.
Для малых чисел:
0,001=1/1000=1/103=10-3 — десять в минус третьей степени.
Знак минус означает, что 103 стоит не в числителе, а в знаменателе дроби. Одна миллиардная будет записываться так:
0,000000001=1/1000000000=1/109=10-9 — десять в минус девятой степени.