По мнению греков, атомы имели форму маленьких шариков (не будем забывать, как греки любят все круглое!)… Атомы должны иметь определенную массу: чем больше атомов, тем больше масса объекта. Это, в общих чертах, объясняло факт, что чем объект крупнее, тем он тяжелее.

Таким было положение вещей до эпохи Возрождения. Внести ясность помогли исследования в области химии, в частности с подачи Антуана Лавуазье.

Вклад химии

Было очевидно, что некоторые вещества имели довольно специфические химические свойства: например, некоторые жидкости сильно «разъедали» твердые тела. Эти жидкости были названы «кислотами», а твердые тела отнесены в категорию металлов. Кислоты наверняка содержали какие-то особенные вещества, которые отличали их от прочих жидкостей: микроскопические составляющие тел, придающие им особые химические свойства, назовут молекулами.

Но когда разные вещества смешивались, их химические свойства менялись, а значит, и молекулы менялись тоже. Одни исчезали, другие появлялись. Но поскольку масса вещества оставалась неизменной, значит, ничто по-настоящему не «исчезало»: молекулы просто менялись. Это и было фундаментальным открытием Лавуазье: «Ничто не теряется, ничто не создается, все меняется».

Если молекулы могли таким образом меняться, значит, они не являлись «простейшими кирпичиками», о которых говорили греки. Молекулы составлены из нескольких элементов, которые, выстраиваясь определенным образом, образуют молекулу: те самые, известные нам атомы.

Все более сложные химические реакции позволили мало-помалу изолировать эти атомы и описать их: каждый атом сообщает определенные химические свойства молекуле, частью которой он является. Обмениваясь атомами, молекулы могли меняться и менять свои свойства.

Возьмем пример: вода состоит из молекул, каждая из которых содержит два атома водорода Н и один атом кислорода О. То есть ее формула H_>2О. Если мы заставим водяной пар соприкоснуться с раскаленным железом, атомы молекул перегруппируются: атомы кислорода двух молекул воды соединятся, покинув водород, чтобы сформировать новую молекулу – О_>2, состоящую из двух атомов кислорода (газа столь важного для нашей жизни). Что же касается оставшихся четырех атомов водорода, они образуют две двухатомные молекулы водорода H_>2.

Уравнение записывается так: 2H_>2О → O_>2 + 2H_>2

Молекулы воды исчезли, но масса осталась прежней, поскольку атомы просто перегруппировались. Любопытно, что, если мы поднесем спичку к новым образованиям O_>2 и H_>2, это поможет атомам перестроиться заново и снова образовать… воду H_>2О! А еще во время этой реакции прогремит взрыв большой мощности…

Внутренность атома

Долгое время считалось, что атомы – элементарные частицы материи. Но в самом конце XIX в. один опыт подвергает эту аксиому сомнению. В этот период Джорджу Джону Томсону удается выделить частицу из внутренности атома, нагрев металлическую поверхность. Опыт позволил констатировать следующие важные факты:

• Выделенная частица, которая получила название «электрон», обладает отрицательным зарядом. Но поскольку атом по своей природе нейтрален, следовательно, внутри его должна быть и частица с противоположным зарядом, чтобы свести общий заряд к нулю. Этой другой частицей является протон.

• Масса электрона гораздо меньше общей массы атома, что показывает, что в атоме содержатся другие, более тяжелые частицы. Дальнейшие опыты покажут, что протон в тысячи раз тяжелее электрона.

• Только электроны можно легко отделить от атома, протоны выглядят незыблемыми. В начале ХХ в. Эрнест Резерфорд предположил, что электроны движутся по орбите вокруг ядра гораздо меньшей величины, в котором сконцентрированы протоны и которое очень трудно разрушить. Он проводит аналогию с Солнечной системой, подавляющая часть массы которой содержится в Солнце, вокруг которого вращаются планеты. Опыт подтвердит наличие протонов и их скопление в крошечном ядре.