Epub Test
Przed dwoma mniej więcej tysiącami lat sławny poeta łaciński Lukrecjusz napisał swą rozprawę De natura rerum — o istocie materji.
Wyraził on pogląd, że i powietrze i ziemia i woda i wszystko inne składa się z niezliczonych małych ciał czy drobin, zbyt małych samych przez się, aby je można było dostrzec, a znajdujących się w szybkim ruchu.
Starał się on wykazać, że te trzy przypuszczenia są wystarczającemi, aby wytłumaczyć własności ciał materjalnych. Nie on sam był twórcą tych idei, którym dał wyraz w swym poemacie; był on pisarzem, pragnącym wytłumaczyć poglądy pewnej szkoły, o których mniemał, że odpowiadały prawdzie. Istniał wówczas współzawodniczący z tamtym systemat poglądów, według którego żadne jak najdokładniejsze badanie ciał materjalnych nie mogłoby ujawnić jakiejkolwiek budowy: jeśliby np. wodę, znajdującą się w naczyniu, rozpylić na krople, a krople te na coraz to drobniejsze kropelki, najdrobniejsza cząstka we wszystkich swych własnościach niczemby się nie różniła od wody, pierwotnie zawartej w naczyniu. Natomiast według poglądu Lukrecjusza, gdybyśmy rozpylanie takie posunęli dostatecznie daleko, wkońcu dotarlibyśmy do indywidualnych drobin czyli atomów: słowo atom należy przytem pojmować w jego pierwotnem znaczeniu, t. j. czegoś, co nie da się pokrajać.
Zachodzi olbrzymia różnica między obydwoma poglądami. Według jednego, nic nie da się osiągnąć przez coraz to dokładniejsze rozpatrywanie budowy substancyj, gdyż, gdybyśmy się posunęli możliwie jak najdalej, nie natknęlibyśmy się na nic nowego. Według drugiego poglądu istota ciał materjalnych takich, jakiemi je znamy, zależna będzie od własności atomów, z których ciała te się składają, będzie więc rzeczą bardzo interesującą i doniosłą ustalenie, o ile to okaże się możliwem, czem są atomy. Okazuje się, że drugi pogląd jest daleko bliższym prawdy, aniżeli pierwszy; należy się za to wdzięczność tych wszystkich, którym drogie jest wnikanie w tajniki Przyrody.
Lukrecjusz nie miał jednak pojęcia o teorjach atomistycznych w ich obecnym stanie. Nie zdawał on sobie sprawcy z tego, że atomy można podzielić na tyle różnych rodzajów i że wszystkie atomy jednego rodzaju są identyczne. Pogląd ten jest stosunkowo nowy: wyłuszczony on został z wielką jasnością przez Jana Daltona na początku dziewiętnastego stulecia. Umożliwił on wielkie postępy poczynione przez chemję w czasach nowoczesnych, jak również przez wszystkie inne nauki, w jakimkolwiek stopniu związane z chemją. Łatwo zdać sobie sprawę, dlaczego ten nowy pogląd o tyle uprościł ujmowanie wszelkich zagadnień. Mianowicie dlatego, że mamy do czynienia już tylko z ograniczoną ilością rodzajów, a nie z wielką ilością różnych drobin indywidualnych. Bylibyśmy doprowadzeni do rozpaczy, gdybyśmy byli zmuszeni do badania mnóstwa różnych atomów w składzie kawałka miedzi np.; lecz, gdy stwierdzimy, że w kawałku czystej miedzi istnieje tylko jeden rodzaj atomów, a w całym świecie niewiele różnych rodzajów tychże, uczujemy pełnię zapału i nadziei w dążeniu naprzód do zbadania własności tych atomów i praw ich kojarzenia się wzajemnego. Oczywiście, bowiem na kojarzeniu się atomów między sobą polega ich doniosłość. Atomy dadzą się porównać do liter abecadła, które składać można w niezliczony sposób tak, aby tworzyły wyrazy. Tak też i atomy kojarzą się pomiędzy sobą równie różnorodnie, tworząc t. zw. cząsteczki. Możnaby nawet posunąć tę analogję nieco dalej i rzec, że kojarzenie się słów w zdania i okresy, mogące dać wyraz wszelkiego rodzaju pojęciom, podobne jest do łączenia się cząsteczek wszelkiego rodzaju i we wszelkich stosunkach ilościowych, dzięki czemu powstają budowy ciał i różne materjały które mają nieskończoną różnorodność wyglądu i własności, a w których nawet przejawiać się może to, co nazywamy życiem.
Teorja atomistyczna Lukrecjusza nie zawierała zatem zasadniczego poglądu, niezbędnego dla dalszego postępu i rozwoju. Rozwiała się przeto, a samo pojęcie atomu zaczęto używać w sposób nader nieokreślony i niewłaściwy, jako odpowiadające litylko czemuś bardzo małemu: jak to np. spotkać można w niektórych sztukach Szekspira. W innem i bardzo różnem zastosowaniu teorji atomowej poglądy Lukrecjusza okazały się zadziwiająco owocnemi. Wyobrażał on sobie, że choroby są rozsiewane za pośrednictwem maleńkich drobin. W czasach Odrodzenia Fracastoro przejął się teorją atomistyczną zaraźliwości, czytając o niej w poemacie Lukrecjusza; następnie jednak tajemnica bakterjologji znowu została przesłonięta aż do jej ujawnienia nanowo przez Pasteur’a.[1]
Przedstawmy sobie Przyrodę, jako budowniczego, kształtującego wszystko, co widzimy, z atomów o ograniczonej ilości rodzajów, zupełnie taksamo, jak budowniczy domu buduje go z tylu a tylu różnych rodzajów materjału — cegieł, dachówek, desek, szklanych szyb i t. p. Istnieje tylko około dziewięćdziesięciu rodzajów atomów, a z tych znaczna ilość tylko zrzadka spotyka się w budowie ciał. Jest rzeczą godną podziwu, że wszystkie ciała na ziemi i we wszechświecie o tyle, o ile tenże znamy, składają się z tak niewielu pierwiastków. Wszechświat jest tak przebogaty w swojej różnorodności, ziemia i wszystko, co się na niej znajduje i na niej rośnie, wody mórz, powietrze i chmury, wszystkie stworzenia żyjące, które ruszają się po ziemi, w morzu lub w powietrzu, ciała nasze i różne części naszych ciał, słońce, księżyc i gwiazdy, każdy poszczególny przedmiot składa się z tych niewielu rodzajów atomów. Tak, powiedziałby ktoś, jest to zrozumiałe: przecież, gdy budowniczemu dadzą cegły, wapno i belki żelazne, zbuduje on nieskończoną różnorodność budowli, pałaców, chat lub mostów, dlaczegóż Przyroda nie miałaby czynić czegoś podobnego? Należy jednak zważyć, że gdy budowniczy zabiera się do budowy, ma plan, którego sporządzenie kosztowało dużo myśli, i daje polecenia swoim robotnikom, którzy wykonać mają jego życzenia, i wtedy powstaje budowla. Widzimy go, obchodzącego płac budowy z planem w ręku. Lecz plany budowli, wykonywanych przez Przyrodę, zawarte są w samych atomach. Są one pełne cudów i tajemnic, gdyż z nich jedynie i z tego, co w sobie zawierają, urasta nieskończona różnorodność świata. W jaki sposób stały się one takiemi skarbnicami, o to nie będziemy się teraz pytali. Stawiamy sobie natomiast pytanie, jak mamy sobie te atomy wyobrażać? Pytanie to stawiano od chwili, w której zaczęto sobie zdawać sprawę z niesłychanej doniosłości atomów, od przeszło stu lat. Czy mają one rozciągłość, kształt i inne cechy, posiadane przez ciała, z któremi jesteśmy oswojeni? Musimy te punkty bliżej rozpatrzyć.
Przedtem atoli uprzytomnijmy sobie, że w ciągu ostatnich mniejwięccj dwudziestu pięciu lat obdarzeni zostaliśmy, że tak powiem, nowemi oczami. Odkrycia promieniotwórczości i promieni Roentgena zmieniły całkowicie położenie, i to jest istotnym powodem wyboru przedmiotu tych wykładów. Możemy obecnie zrozumieć tyle rzeczy, które przedtem były dla nas mgliste, i widzimy nowy cudowny świat, otwierający się przed nami i czekający na zbadanie. Nie wydaje się rzeczą bardzo trudną dotarcie do niego i przechadzanie się po nim. W rzeczy samej nowe poznanie, jak wszystkie nagłe objawienia prawdy, oświetla grunt, po którym dotychczas stąpaliśmy, i czyni łatwemi te rzeczy, które przedtem były trudnemi. Prawda, że otwarte obecnie nowe drogi postępu prowadzą do świeżych trudności, lecz na tem właśnie polega całe zainteresowanie i charakter dociekań naukowych. Spróbujemy uczynić pierwsze kroki w nowej krainie, abyśmy mogli przyswoić sobie choć cząstkę tych zdobyczy wiedzy, które już zostały osiągnięte i z coraz to większą szybkością osiągane są z dniem każdym.
Wracamy do naszych pytań, dotyczących atomów. Zanim nastąpił nowy okres, wybitnie ścisłe odpowiedzi zostały już udzielone na niektóre z nich. W tem audytorjum Instytutu Królewskiego wygłosił Lord Kelvin kilka odczytów o własnościach atomów, a w szczególności o ich rozmiarach. Zapomocą kilku wysoce pomysłowych a pośrednich sposobów doszedł on do wniosków, które obecnie jesteśmy w stanie sprawdzić zapomocą dokładnych metod, i znajdujemy, że był on wybitnie bliskim prawdy. Było, oczywiście, rzeczą znacznie trudniejszą określenie wielkości jakiegoś danego atomu, aniżeli określenie względnej wielkości jednego atomu w stosunku do wielkości innego. I tak np. rozmiary atomów sodu i węgla mogły być z gruba porównane przez uwzględnienie odnośnych ciężarów równych objętości stałego metalu sodu i djamentu, który jest postacią czystego węgla. Sód jest lżejszym od wody, djament trzy i pół raza cięższym. Wiemy ze spostrzeżeń chemicznych, że poszczególny atom sodu jest raczej przeszło trzy razy cięższy od atomu węgla. Jeśli przypuścimy, że układ atomów jest równie szczelnym w obydwu wypadkach (w istocie, jak wiemy obecnie, jest tak tylko w przybliżeniu), musimy wyciągnąć wniosek, że atomy metalu sodu są o wiele większe od atomów węgla w djamencie, ponieważ, jakkolwiek indywidualnie cięższe, układają się w taki sposób, iż tworzą materjał lżejszy.
Trafna ocena wielkości istotnej jakiegokolwiek atomu jest sprawą znacznie trudniejszą, jednak wszystkie cztery sposoby rozumowania, jakich użył Kelvin, doprowadziły go do niemal tych samych wyników. „Atomy lub cząsteczki zwykłej materji posiadać muszą około 1/10,000.000 albo od 1/10,000.000 do 1/100,000.000 centymetra średnicy“[2]. Nasze nowe metody mówią nam, że średnica atomu węgla w djamencie wynosi 1,54 stumiljonową część centymetra, a średnica atomu metalu sodu 4,50 stumiljonowych. Widzimy więc, że ocena Lorda Kelvina była zadziwiająco bliską prawdy, zwłaszcza, gdy się uwzględni nieścisłe metody, jakie jedynie miał on do dyspozycji.
Na ryc. 1 uwidocznione są przekroje niektórych atomów w skali pięćdziesięciu miljonów do jednego. Liczby wpisane dają w każdym wypadku odległość, w stumiljonowych częściach centymetra, między środkami dwóch sąsiednich atomów w czystej substancji. Np. odległość między dwoma atomami węgla w djamencie wynosi 1,54 stumiljonowych centymetra. Dla tlenu średnica została obliczona na podstawie budowy kryształów, w których skład wchodzi tlen. Jeśliby audytorjum Instytutu Królewskiego zostało powiększone w tym samym stosunku, jak atomy na ryc. 1, wysokość jego przewyższałaby odległość ziemi od księżyca. Musimy mieć jakieś porównanie, aby móc zdać sobie sprawę z niezwykłej małości omawianych przez nas przedmiotów. Jednocześnie pamiętać nam trzeba, że pomimo ich małości nie wolno ich lekceważyć, gdyż są one istotnemi składnikami budowy wszechświata, a rozmiary ich nie mają nic wspólnego z ich doniosłością. Małość ich jednak tłumaczy dostatecznie łatwość, z jaką my wszyscy ich nie zauważamy, oraz trudność, jaką napotykamy przy ich rozpatrywaniu, gdy wreszcie zdamy sobie sprawę z ich znaczenia dla nas. Wartość nowych metod, o których zamierzamy mówić, polega na fakcie, że dzięki nim możemy operować atomami bez względu na ich małość.
Odpowiedzieliśmy już na pytanie co do wielkości atomów; gdy jednak pójdziemy dalej i zapytamy o ich kształt, nie doznamy równego powodzenia.
Chemik, którego wiedza zajmuje się bezpośrednio
Naładowane atomy silnie przyciągają wilgoć i mgła powstaje na nich przedewszystkiem. Gdy więc jakiś atom helu wykonał swój bieg poprzez gaz po linji prostej i gdy w tym samym momencie nastąpiło ochłodzenie naskutek rozrzedzenia gazu, powstaje mgła wzdłuż drogi atomu helu. Komora jest oświetlona silnem światłem tak, że ślady mgły widoczne są jako świecące proste linje, występujące na zaczernionem tle dna walcowatej komory. Pozostają one przez parę sekund, poczem cząstki mgły powoli się rozpraszają. Gdy atom helu dokona swego lotu bezpośrednio przed powstaniem mgły, linja jest ostra i wyraźna, gdyż naładowane atomy nie miały czasu oddalić się od śladu drogi. Gdy jednak ślad powstanie na pewien czas przed ekspansją gazu, pasmo mgły jest bardziej rozlane. Należy pamiętać, że atomy helu wystrzeliwane są stale, dniem i nocą; lecz tylko, gdy jednocześnie wywołujemy ochłodzenie przez rozrzedzanie gazu, stają się widocznemi drogi ich przebiegu[3].
Gdy śledzimy za następującemi po sobie rozrzedzemami, widzimy, że ślady dróg, jakkolwiek całkiem proste na znacznej przestrzeni przebiegu, ulegają czasami nagłym ostrym załamaniom, zwłaszcza przy końcu przebiegu. Okazuje się, że to godne uwagi zjawisko jest niezmiernie doniosłe, będziemy też musieli zająć się niem niebawem.
Zastanówmy się teraz, w jaki sposób zmienić mamy nasze pierwotne wyobrażenie atomu, aby móc wytłumaczyć spostrzeżone obecnie przez nas zjawiska. Atomy posiadać muszą taką budowę, dzięki której są w stanie zachować się przy zwykłem wzajemnem spotkaniu, jak np. w wypadku zderzenia się cząsteczek tlenu w powietrzu, tak, jakgdyby każdy posiadał swój własny określony obszar, do którego żaden inny atom przeniknąć nie może. Albo też, gdy atomy, względnie cząsteczki, zostaną stłoczone tak ściśle, jak to ma miejsce w ciele stałem, zajmą one łącznie taką przestrzeń, jaka wystarcza dla pomieszczenia każdego z nich. Lecz, gdy atom — i tu atom helu jest dla nas najwybitniejszym przykładem — wyrzucony zostanie z szybkością dostatecznie wielką naprzeciw innym atomom, przenika przez nie tak, jak gdyby jakieś mury, broniące dostępu do indywidualnych obszarów, zostały zburzone. Znajdziemy zadawalniające wytłumaczenie, gdy wyobrazimy sobie, że każdy atom upodobniony być może do układu słonecznego w minjaturze. Znajduje się tam jądro, jako odpowiednik słońca, a dookoła jądra księżyce lub planety, które nazywamy elektronami. Jądro naładowane jest elektrycznością dodatnią, każdy zaś z elektronów naładowany jest elektrycznością ujemną, a wszystkie elektrony są identyczne. Dodatni ładunek jądra akurat wystarcza, aby zrównoważyć połączone ładunki ujemne elektronów. Należy przypuszczać, że elektrony znajdują się w ruchu zupełnie tak, jak planety, krążące dookoła słońca, lecz ruchy te bezwątpienia są bardziej skomplikowane, nie potrzebujemy też w danej chwili ani trochę troszczyć się o ich istotę.
Zamiast więc okrągłej twardej piłki o określonej wielkości która stanowiła pierwsze nasze wyobrażenie atomu, mamy coś w rodzaju systemu słonecznego w minjaturze. Odrazu możemy zrozumieć, dlaczego atom w tej postaci może przedostawać się przez inny, zupełnie tak samo, jak możemy sobie wyobrazić jeden system słoneczny, przedostający się przez inny bez szkody pod warunkiem, aby żadne z ciał, należących do jednego systemu, nie zderzyło się bezpośrednio z jednem z ciał drugiego systemu i aby ruch był dostatecznie szybki. Drugi warunek jest konieczny, gdyż, o ileby jeden system słoneczny pozostawał zbyt długo w obrębie lub w sąsiedztwie drugiego,
zanurzone na chwilę w roztworze mydlanym, pokrywa się rozpiętą na niem błoną. Na błonie tej znajduje się pętla z cienkiej nitki, 
Ryc. 20. Pętla z cienkiej nitki pływa po błonie mydlanej.
Dotykamy błony wewnątrz pętli rozgrzaną igłą. Pętla momentalnie rozciąga się, tworząc idealne koło. którą przywiązaliśmy do kółka drucianego przed zanurzeniem do roztworu.
Gdy błona wewnątrz pętli nicianej zostanie przerwana za dotknięciem rozgrzaną igłą, pętla natychmiast rozciąga się, przybierając kształt doskonałego koła, jak to widzimy na rycinie. Wynika z tego jasno, że cała błona jest w stanie napięcia i dąży do kurczenia się.
Ciekawą własnością bańki mydlanej jest jej niechęć do łączenia się z innemi. Puściwszy bańkę mydlaną tak, aby zawisła na kółku (p. ryc. 21), możemy uderzać o nią drugą bańką z siłą, zdawałoby się dostateczną, aby obie bańki się rozprysły. Bańki jednak odskakują od siebie, jak piłki gumowe. Być może da się to wytłumaczyć faktem, że w obydwu bańkach warstwę zewnętrzną tworzą te właśnie końce cząsteczek, które, jak widzieliśmy uprzednio, wykazują bardzo słabe dążenie do łączenia się z innemi cząsteczkami lub częściami cząsteczek. Bańki mydlane przy zetknięciu się nie dążą do spojenia się ze sobą, ponieważ stykające się powierzchnie nie przyciągają się nawzajem.
Można się też o tem doskonale przekonać z innego pięknego doświadczenia C. V. Boys’a.[4] Puszczamy bańkę mydlaną na kółko, umocowane w statywie (p. ryc. 21a). Kółeczko z drobnym ciężarkiem umieszczone zostało, jak widzimy, u spodu bańki. Wprowadzamy od góry do wewnątrz bańki rurkę z roztworem mydlanym i zapomocą niej puszczamy drugą bańkę; gdy osiągnie ona odpowiednią wielkość, puszczamy ją swobodnie zręcznym ruchem rurki, którą następnie usuwamy. Wówczas ta druga bańka lekko osiada u spodu wewnątrz pierwszej bańki, z którą styka się wzdłuż koła, a nie w najniższym punkcie. Osiągnięte to zostało celowo przez wydłużenie zapomocą przywieszonego ciężarku bańki zewnętrznej. Bańki nie wykazują żadnego dążenia do zlania się ze sobą, jakkolwiek
Ryc. 21. Zderzenie się dwóch baniek mydlanych.
Obie bańki naciskają jedna na drugą, można też trzeć jedną o drugą, pomimo to nie spajają się ze sobą, gdyż płyny ich nie mieszają się: jedynie bowiem nieaktywne końce cząsteczek łańcuchowych stykają się nawzajem. (Z dzieła Profesora C. V. Boys’a).
stykają się wzdłuż całego okręgu koła, dlatego zapewne, że zwrócone są do siebie powierzchniami, utworzonemi przez nieaktywne czyli nietowarzyskie końce cząsteczek łańcuchowych. Jeśliby bańka zewnętrzna nie została wydłużona, obie bańki stykałyby się ze sobą w najniższych swych punktach. Zwykle pozostaje kropla roztworu u spodu bańki wewnętrznej. Gdy kropla ta zetknie się z bańką zewnętrzną, obie bańki naogół zlewają się ze sobą. Kropla roztworu tworzy jakby most pomiędzy niemi. Gdy zapomocą rurki szklanej, przetkniętej przez bańkę zewnętrzną, uda się nam osuszyć spód wewnętrznej bańki, wówczas usunąć możemy ciężarek ze spodu bańki zewnętrznej, a wtedy bańki stykać się mogą w najniższym punkcie całkiem bezpiecznie (Tabl. X B).
Piana w płynach często powstaje naskutek obecności cząsteczek, posiadających własność wytwarzania błon na powierzchni. Powstawanie piany na rzekach jest skutkiem obecności cząsteczek różnych saponin, układów łańcuchowych, jakie trafiają się w wielu roślinach i drzewach. Tak samo piana u brzegu morskiego zbiera się naskutek podobnych cząsteczek, wchodzących w skład traw morskich.
W przeciągu lat ostatnich dowiedzieliśmy się wiele o kształcie tych długich cząsteczek łańcuchowych. W szczególności zawdzięczamy zgasłemu Lordowi Rayleigh’owi, Devaux we Francji, Langmuir’owi w Ameryce, Hardy’emu i Adam’owi w Anglji rozpoznanie zjawisk, związanych z rozpostarciem oliwy na powierzchni wody. Możemy odtworzyć parę z tych doświadczeń w celu zdania sobie sprawy z wielkości zjawisk, o jakich mówimy. Staramy się przedewszystkiem o otrzymanie czystej powierzchni wodnej, t. j. takiej, która wolnaby była od wszelkich zanieczyszczeń olejami, smarami lub tłuszczami. Wskazanem jest przytwierdzenie do kranu z wodą rurki gumowej, której koniec swobodny spoczywa na dnie kuwety, tak, aby woda przelewała się przez brzegi, unosząc z sobą wszelki brud, jaki mógłby osiąść na powierzchni. Napylamy następnie powierzchnię wody cienką warstwą talku lub innego odpowiedniego proszku. Zanurzamy cienką igiełkę szklaną w olej — odpowiednią będzie oliwa — i, obtarłszy prawie całkowicie z oliwy, zanurzamy nieco zatłuszczony koniec igły do powierzchni wody. Dookoła igły powstaje momentalnie krąg, wolny od pyłu (Tabl. XI A). Okazuje się, że długie cząsteczki i w tym wypadku ustawiają się obok siebie, na powierzchni, jak uprzednio; w bańce mydlanej przedostały się one zwewnątrz, obecnie wprowadzamy je zzewnątrz. Każda z tych cząsteczek stara się utkwić swój aktywny koniec w wodzie i staje pionowo, tak, jakby była wodną rośliną, tkwiącą korzeniami i rosnącą w wodzie. Udaje się to wreszcie wszystkim cząsteczkom
Przypisy
edytuj- ↑ Patrz „Spuścizna Rzymu“ (Oxford University Press) str. 270 — artykuł Dra Singera.
- ↑ Z piątkowego wieczornego odczytu w Instytucie Królewskim Wielkiej Brytanji, wygłoszonego 4 marca 1881 r.
- ↑ Na wykładzie działanie aparatury uwidocznione było zapomocą filmu kinematograficznego, specjalnie w tym celu sporządzonego. Okazywał on szereg następujących po sobie ekspansyj, z których każda powodowała nową serję linij, podobnych do tych jakie widzimy na Tabl. III.
- ↑ C. V. Boys: „Soap Bubbles and the Forces which Mould Them“ („Bańki Mydlane i Siły, które je tworzą“).