Номер 1, страница 200 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Молекулярная физика и термодинамика. Глава 5. Молекулярная физика. Параграф 24. Молекулярно-кинетическая теория - номер 1, страница 200.

Условие.

1. Расскажите об опытах, доказывающих существование атомов.

Решение.

1. Расскажите об опытах, доказывающих существование атомов.

Решение

Идея о том, что вещество состоит из мельчайших неделимых частиц — атомов — возникла еще в Древней Греции, но долгое время оставалась лишь философской гипотезой. Научные доказательства существования атомов появились значительно позже. Рассмотрим ключевые опыты и явления, подтвердившие атомную теорию.

Броуновское движение

В 1827 году шотландский ботаник Роберт Броун, наблюдая в микроскоп за взвешенными в воде частицами цветочной пыльцы, заметил, что они непрерывно и хаотично движутся. Это явление, названное броуновским движением, не удавалось объяснить долгое время. Лишь в 1905 году Альберт Эйнштейн теоретически обосновал, что это движение вызвано постоянными и беспорядочными ударами невидимых молекул воды по взвешенной частице. Молекулы, находясь в тепловом движении, толкают частицу с разных сторон. Так как число ударов с одной стороны в какой-то момент может случайно оказаться больше, чем с другой, частица приходит в движение. Экспериментальная проверка теории Эйнштейна, проведенная Жаном Перреном, полностью подтвердила её и позволила оценить массу атомов и число Авогадро. Броуновское движение стало одним из первых веских косвенных доказательств существования атомов и их непрерывного движения.

Диффузия

Явление диффузии — самопроизвольное взаимное проникновение молекул одного вещества в другое — также свидетельствует о дискретном строении вещества. Если, например, в стакан с водой капнуть чернила, то со временем вся вода окрасится. Это происходит потому, что молекулы чернил и молекулы воды, находясь в непрерывном хаотическом движении, перемешиваются друг с другом. Это явление было бы невозможно, если бы вещество было сплошным, а не состояло из отдельных частиц.

Законы химии (начало XIX века)

Работы химиков, в первую очередь Джона Дальтона, привели к открытию законов, которые легко объяснялись с точки зрения атомной теории. Во-первых, закон постоянства состава (Ж. Пруст) гласит, что любое определённое химически чистое соединение, независимо от способа его получения, состоит из одних и тех же химических элементов, причём отношения их масс постоянны. Это указывает на то, что соединения образуются из дискретных единиц (атомов), соединяющихся в определённых пропорциях. Во-вторых, закон кратных отношений (Дж. Дальтон): если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то массы одного из этих элементов, приходящиеся в этих соединениях на одну и ту же массу другого, относятся между собой как небольшие целые числа. Например, в оксиде углерода (II) (CO) на 12 массовых частей углерода приходится 16 массовых частей кислорода, а в оксиде углерода (IV) (CO₂) — 32. Отношение масс кислорода $32:16$ равно $2:1$. Это прямое следствие того, что атомы соединяются в целочисленных соотношениях.

Прямое наблюдение атомов

Решающим доказательством стали технологии, позволившие «увидеть» отдельные атомы. В 1981 году был создан сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), а позже и атомно-силовой микроскоп (АСМ). Эти приборы позволяют получать изображения поверхностей с разрешением до отдельных атомов. Например, СТМ использует тончайшую иглу, которая подводится к исследуемой поверхности на расстояние в несколько ангстрем. При подаче напряжения между иглой и поверхностью возникает туннельный ток, величина которого чрезвычайно чувствительна к расстоянию. Сканируя иглой над поверхностью, можно построить её рельеф, на котором будут видны отдельные атомы. Получение таких изображений стало прямым и неопровержимым доказательством существования атомов.

Таким образом, совокупность косвенных доказательств (броуновское движение, диффузия, законы химии) и прямых наблюдений с помощью современных микроскопов не оставляет сомнений в реальности атомов.

Ответ: Существование атомов доказывается рядом опытов и явлений. К косвенным доказательствам относятся броуновское движение (хаотическое движение микроскопических частиц в жидкости или газе под действием ударов молекул среды), диффузия (взаимное проникновение веществ из-за теплового движения их частиц) и законы химии (закон постоянства состава и закон кратных отношений), которые объясняются тем, что вещества состоят из дискретных частиц, соединяющихся в определённых целочисленных пропорциях. Прямым доказательством является возможность наблюдения отдельных атомов с помощью современных приборов, таких как сканирующий туннельный и атомно-силовой микроскопы.