Сегодня трудно найти человека, который не слышал бы слово "атом". Наверняка слышали его и вы. Ведь мы живем в атомный век, построены и работают атомные электростанции, плавают атомные корабли. Но было время, когда об атоме никто ничего не знал.
Демокрит (IV-V вв. до н.э.) был первым из тех, кто догадался о существовании атомов. Рассуждать он мог примерно так: мы можем разделить пополам кусочек мела, половинку еще пополам, а четвертушку еще пополам. Как долго можно дробить вещество? Бесконечен ли этот процесс? Ученый предположил: в конце концов получится настолько мелкая частица, что делить ее дальше будет невозможно. Вот такую неделимую частицу Демокрит и назвал "атом" (от греч. atomos - неделимый).
Но в существование крошечных неделимых частиц, из которых состоят все предметы, людям поверить было очень трудно. Лишь спустя много веков, благодаря трудам ученых, включая М.В. Ломоносова, удалось доказать, что атомы существуют.
А в наше время созданы мощнейшие микроскопы, увеличивающие в сотни миллионов раз. С их помощью даже удалось получить фотографии некоторых атомов. Например, в 1990 году японские ученые сфотографировали атомы водорода и кислорода.
Еще в 1910 году английский физик Эрнест Резерфорд предложил планетарную модель атома. Название родилось от внешнего сходства строения Солнечной системы и атома. Упрощенная модель атома такова: в центре положительное массивное ядро, занимающее очень малый объем, а вокруг ядра движутся маленькие легкие отрицательные электроны. Ядро состоит из частиц двух типов - протонов, имеющих положительный заряд, и нейтронов, не имеющих заряда.
Самый простой из встречающихся в природе атом - это атом водорода. Он состоит из одного протона и вращающегося вокруг него электрона. Водород - наиболее распространенный элемент во Вселенной. Второй по сложности - атом гелия. В его ядре два протона и два нейтрона, а вокруг вращаются два электрона. Очень сложный атом урана: в его ядре 92 протона и более 100 нейтронов, вокруг ядра на разных орбитах движутся 92 электрона.
Сейчас уже известны и размеры атомов - примерно стомиллионная доля сантиметра (10-8 см). Ядро атома в десятки тысяч раз меньше самого атома. Чтобы представить разницу в размерах атома и его ядра, мысленно увеличим диаметр ядра атома водорода до 1 см. Размер всего атома в 100 000 раз больше, поэтому в нашем примере диаметр атома будет 100 000 сантиметров, или 1 километр! Только представьте себе, 1 сантиметр и 1 километр! Если представили, то сразу становится ясно, что атом в основном пустой! Но не забывайте, что эта пустота в очень-очень малом объеме.
Приведем еще один запоминающийся пример: если бы в атомах, составляющих тело человека, все электроны приблизились почти вплотную к своим ядрам, человек превратился бы в крошечное существо, объем которого не превысил одной миллионной доли кубического миллиметра!
Разница масс ядра и электронов, вращающихся вокруг него, тоже колоссальная. Вообразим, что масса электрона увеличилась до 1 грамма, тогда масса ядра атома водорода станет 2000 граммов.
В обычных условиях атомы не имеют заряда (они электрически нейтральны), и, хотя ядро положительно, а электроны вокруг него отрицательны, их заряды равны по величине. (Например, у водорода заряд ядра +1, а заряд электрона, вращающегося вокруг него, -1. В сумме получается нулевой заряд.)
По разным причинам атомы могут терять один или несколько электронов, тогда они становятся положительными и называются положительными ионами. Бывает и наоборот, атомы приобретают лишние электроны, становясь отрицательными ионами.
Из всего сказанного вы, наверное, поняли, что "неделимые" частицы Демокрита оказались очень сложными. Ученые до сих пор занимаются исследованиями атомов. Без этих исследований невозможно представить дальнейшее развитие науки и техники. Если бы мы не знали строения и свойств атомов и частиц, из которых они состоят, у нас не только не было бы телевизоров и компьютеров, но и всего того, что связано с электричеством и атомной энергией.
Опасна ли "рукотворная природ"?