- ĐIỆN VÀ NGUYÊN TỬ. - 1.1 Cuộc truy tìm lực nguyên tử. - Ông nhận thấy nhiều lực ở quy mô con người – như lực ma sát, lực nhớt, những lực thông thường giữ các vật chiếm giữ cùng một không gian, và vân vân – đều phải đơn giản là biểu hiện của một loại lực cơ bản hơn tác dụng giữa các nguyên tử. - Băng dính vào giấy vì các nguyên tử trong băng hút các nguyên tử trong giấy. - Nhà của tôi không đổ sập xuống tâm của trái đất vì các nguyên tử của nó đẩy các nguyên tử bùn đất nằm dưới nó.. - Thật cám dỗ khi nghĩ rằng lực nguyên tử là một hình thức của hấp dẫn, loại lực ông biết là phổ quát, cơ bản và đơn giản về mặt toán học. - Tuy nhiên, hấp dẫn luôn luôn là lực hút, nên làm sao có thể sử dụng nó để giải thích sự tồn tại lực nguyên tử cả đẩy lẫn hút ? Lực hấp dẫn giữa các vật có kích thước bình thường cũng cực kì nhỏ, đó là lí do tại sao chúng ta chưa hề chú ý tới xe cộ và nhà cửa hút chúng ta về mặt hấp dẫn. - Thật may mắn, ngày nay chúng ta có đủ kiến thức để nghiên cứu một mối hoài nghi khác với tư cách là ứng cử viên cho lực nguyên tử: đó là lực điện. - Điện tích. - Chẳng hạn, mặc dù chúng ta nói một cách thông tục là “điện tích” của pin, nhưng bạn có thể dễ dàng xác minh là pin không hề có điện tích nào về ý nghĩa chuyên môn, tức là nó không tác dụng bất cứ lực điện nào lên một miếng băng đã bị làm cho nhiễm điện như đã mô tả ở phần trước.. - Hai loại điện tích. - Vậy chúng ta có thể hiểu tất cả những thông tin này như thế nào ? Chúng ta có thể thu được một sự đơn giản hóa rất lớn bằng cách lưu ý rằng thực tế chỉ có hai loại điện tích. - Đơn vị hệ mét của điện tích là coulomb, được định nghĩa như sau:. - Một coulomb (C) là lượng điện tích sao cho một lực 9,0. - 10 9 N xuất hiện giữa hai chất điểm có điện tích 1 C nằm cách nhau 1 m.. - Kí hiệu cho lượng điện tích là q. - Nếu một vật cần một lượng nhất định của một loại điện tích, thì vật kia sẽ có lượng tương đương loại điện tích kia. - Có thể có nhiều cách hiểu khác nhau về điều này, nhưng cách đơn giản nhất là những viên gạch cấu trúc cơ bản của vật chất có hai vị, mỗi vị ứng với một loại điện tích. - chương này sẽ làm sáng tỏ mô hình này và bàn xem những hạt bí ẩn này có thể được hiểu như thế nào với ý nghĩa là những phần cấu trúc nội của nguyên tử.. - Sử dụng kí hiệu điện tích dương và âm. - Một vật có điện tích toàn phần bằng không (lượng điện tích thuộc hai loại bằng nhau) được gọi là trung hòa điện.. - Định luật Coulomb: Cường độ của lực tác dụng giữa hai điện tích điểm cách nhau một khoảng r cho bởi phương trình. - Lực là lực hút nếu như các điện tích khác dấu, là lực đẩy nếu như chúng cùng dấu.. - Bảo toàn điện tích. - Đây là lí do vì sao chúng ta thấy việc cọ xát những chất ban đầu không tích điện lên nhau luôn luôn có kết quả là một chất có một lượng nhất định một loại điện tích, còn chất kia cần một lượng tương đương điện tích kia. - Bảo toàn điện tích trông có vẻ tự nhiên trong mô hình của chúng ta trong đó vật chất cấu thành từ những hạt dương và âm. - Làm sao điều này có thể xảy ra ? Vấn đề mấu chốt là ở chỗ mặc dù mỗi miếng giấy có tổng điện tích bằng không, nhưng ít nhất nó có một số hạt mang điện bên trong nó có một mức độ tự do chuyển động nào đó. - Mặc dù bạn sẽ không bao giờ thật sự nhìn thấy điện tích chuyển động qua một sợi dây, nhưng bạn có thể học cách sử dụng máy đo ampe để đo dòng chuyển động đó.. - Những thí nghiệm nguyên tử xuất sắc. - nam châm vĩnh cửu, ví dụ như loại nằm trên tủ lạnh nhà bạn, cấu tạo từ sắt hoặc những chất giống thép có chứa những nguyên tử sắt. - Cuộn dây có các điện tích chuyển động bên trong nó vì chúng ta buộc các điện tích chạy thành dòng. - Nam châm vĩnh cửu cũng có các điện tích chuyển động bên trong nó, nhưng trong trường hợp này các điện tích xoáy tròn tự nhiên bên trong sắt. - (Cái làm cho một mẫu sắt bị từ hóa khác với một khối gỗ là ở chỗ chuyển động của điện tích bên trong gỗ là ngẫu nhiên chứ không có tổ chức) Các điện tích chuyển động trong cuộn dây nam châm tác dụng một lực lên các điện tích chuyển động trong nam châm vĩnh cửu, và ngược lại.. - Để đơn giản hóa, điện tích có thể đi theo những chuyển động khuấy tròn, nên Trái Đất chứa những điện tích chuyển động. - Nếu lực hút điện giữa hai chất điểm nằm cách nhau 1m là 9 x 10 9 N thì tại sao chúng ta không thể suy ra điện tích của chúng là + 1 C và – 1 C ? Chúng ta cần phải có thêm những quan sát gì để chứng minh điều này. - 1.3 Nguyên tử. - Tôi đi tới chỗ xem nguyên tử là người bạn xinh đẹp, khó tính, có màu xám hoặc màu đỏ tùy theo cảm nhận.. - Rutherford Thuyết nguyên tử. - Không có gì ngạc nhiên khi mà họ thích nhớ tới những ngày tháng lộn xộn đó, vào lúc những nhà tư tưởng lỗi lạc nhất của họ đã tiến rất gần tới các quan niệm như nền dân chủ và thuyết nguyên tử. - Hi Lạp trở lại dân chủ sau một giai đoạn độc tài quân sự, và hình nguyên tử được in một cách hãnh diện trên một trong những đồng tiền của họ. - Đó là lí do vì sao khiến tôi xúc động phải nói rằng giả thuyết Hi Lạp cổ đại rằng vật chất cấu thành từ các nguyên tử là một công trình dự đoán thuần túy. - Không có bằng chứng thực nghiệm thực tế nào cho các nguyên tử, và sự hồi sinh khái niệm nguyên tử vào thế kỉ thứ 18 bởi Dalton có ít tính chất Hi Lạp hơn tên gọi, có nghĩa là “không thể chia tách”. - Thomson chứng minh bằng thực nghiệm cho thấy các nguyên tử có những thứ còn nhỏ hơn nữa bên trong chúng, tức là chúng có thể chia tách ra được (Thomson gọi chúng là. - Điều gì đã xảy ra với khái niệm nguyên tử trong hai ngàn năm ở giữa ? Những người có học thức tiếp tục bàn luận ý tưởng đó, và những người yêu thích nó có thể thường sử dụng nó để mang lại những lời giải thích hợp lí cho nhiều sự việc và hiện tượng khác nhau. - làm thay đổi tổng số nguyên tử. - Tuy nhiên, đây vẫn chẳng phải là bằng chứng cho thấy nguyên tử tồn tại.. - Nếu các nguyên tử thật sự tồn tại, thì có những loại nguyên tử gì, và cái gì phân biệt rõ những loại khác nhau đó ? Chúng có kích thước, hình dạng, trọng lượng và một số đại lượng khác không ? Hố ngăn cách giữa thuyết nguyên tử cổ đại và hiện đại trở nên hiển hiện khi chúng ta xét đến những nghiên cứu sơ khai đã có về vấn đề này cho đến thế kỉ hiện nay. - Các nguyên tử nước có hình cầu, nên nước có khả năng chảy một cách êm đềm. - Các nguyên tử lửa có những điểm sắc nhọn, đó là lí do vì sao lửa làm đau khi nó chạm vào da một người nào đó (Không có khái niệm nhiệt độ mãi cho đến hai ngàn năm sau này). - Cách hiểu hiện đại khác một cách cơ bản về cấu trúc của nguyên tử thu được trong giai đoạn cách mạng 10 năm từ 1895 đến 1905. - Bạn có bao giờ nghe nói tới thuyết nguyên tử chưa. - Câu nói hiện đại lém lĩnh đó ít nhiều mang cách hiểu nguyên tử về sự tiêu hóa. - Trái với những quan điểm siêu nhiên này, những nhà nguyên tử luận cổ đại có một cách hiểu hoàn toàn mang tính tự nhiên về sự tiêu hóa.. - Thức ăn cấu tạo từ các nguyên tử, và khi bạn tiêu hóa nó, bạn đã đơn giản là phóng thích một số nguyên tử ra khỏi nó và sắp xếp chúng vào những hợp chất cần thiết cho các mô cơ thể của bạn.. - Tuy nhiên, nỗ lực có vẻ ngây thơ nhằm giải thích sự tiêu hóa một cách tự nhiên cuối cùng khiến các nhà nguyên tử luận gặp rắc rối to với Giáo hội. - Thuyết nguyên tử được nhận thức là mâu thuẫn với thuyết hóa thể, vì thuyết nguyên tử phủ nhận phúc lành có thể làm thay đổi bản chất của các nguyên tử. - Mặc dù thông tin lịch sử cung cấp trong đa số sách giáo khoa khoa học nói về galileo miêu tả sự bất đồng của ông với Tòa án dị giáo là khơi mào cuộc tranh luận xem Trái Đất có chuyển động hay không, nhưng một số nhà sử học tin rằng sự bị trừng phạt của ông có nhiều thứ để tìm hiểu hơn là sự biện hộ của ông cho thuyết nguyên tử làm lật đổ thuyết hóa thể. - (Những vấn đề khác ở trong trạng thái phức tạp là phong cách đối đầu của galileo, vấn đề vũ trang của Tòa thánh, và tin đồn cho rằng nhân vật xuẩn ngốc trong tác phẩm của Galileo là ám chỉ đức giáo hoàng) Trong một thời gian dài, niềm tin vào thuyết nguyên tử đóng vai trò là biểu hiện của sự không theo lề thói đối với các nhà khoa học, một cách khẳng định sở thích hiểu. - Sự tán thành thuyết nguyên tử của Galileo và Newton là một hoạt động nổi loạn, giống như sự chấp nhận của các thế hệ sau này về học thuyết Darwin và Marxism.. - Một mâu thuẫn khác giữa triết học kinh viện và thuyết nguyên tử đến từ cái nằm giữa các nguyên tử. - “mọi thứ cấu thành từ các nguyên tử”, nhưng bây giờ chúng ta thấy hiển nhiên là từ “mọi thứ”. - Vật chất được bảo toàn, cả bảo toàn khối lượng và bảo toàn số nguyên tử của từng nguyên tố. - Các nguyên tử không thể chiếm. - cùng khoảng không gian như các nguyên tử khác, nên cách thuận tiện khảo sát cái gì đó không phải là vật chất là chỉ ra nó có thể truyền qua một chất rắn, trong đó các nguyên tử nhồi nhét rất gần nhau.. - Làm thế nào người ta khám phá được có bao nhiêu loại nguyên tử gì ? Ngày nay, việc tiến hành một chương trình thực nghiệm nhằm phân loại các loại nguyên tử không phải là việc gì quá khó.. - Đối với từng loại nguyên tử, phải có một nguyên tố tương ứng, tức là một chất tinh khiết cấu tạo từ không gì hơn ngoài loại nguyên tử đó. - Các nguyên tử được cho là không thể chia tách được, nên một chất như sữa chẳng hạn không có khả năng là cơ bản, vì khuấy mạnh nó sẽ làm nó tách thành hai chất khác nhau: bơ và nước sữa. - Các nhà giả kim thuật bị ngăn cản bởi tiếng tăm của thuyết nguyên tử lật đổ và bởi xu hướng nghiêng về chủ nghĩa thần bí và huyễn hoặc. - Họ cũng xác định được tỉ số khối lượng của các nguyên tử khác nhau một cách khá chính xác. - (Đấy là đã giả sử bạn đã biết dựa trên một bằng chứng khác rằng muối cấu tạo gồm số nguyên tử Na và Cl bằng nhau) Khối lượng của từng nguyên tử, khi so sánh với tỉ số khối lượng, được biết chỉ trong vài bậc độ lớn dựa trên bằng chứng gián tiếp, và nhiều nhà vật lí và hóa học phủ nhận rằng từng nguyên tử chẳng là cái gì khác hơn ngoài những kí hiệu cho tiện lợi.. - d/ Khối lượng một số nguyên tử so với khối lượng nguyên tử hydro. - Không bao lâu sau, người ta bắt đầu nhận thấy rằng nhiều khối lượng nguyên tử rất gần với bội số nguyên của khối lượng nguyên tử hydro, nguyên tố nhẹ nhất. - Tuy nhiên, không bao lâu sau thì những phép đo chính xác hơn đã bác bỏ luận điệu đó của họ, chúng cho thấy không phải tất cả các nguyên tố đều có khối lượng nguyên tử gần với bội số nguyên của khối lượng hydro, và những trường hợp gần với bội số nguyên của hydro cũng bị sai lệch một phần trăm hoặc ngần ấy.. - Số nguyên tử hiện đại, sẽ nói tới trong phần 2.3, không được biết tới vào thời của Mendeleev, vì bảng có thể lật theo những. - Ngang qua từng hàng, hầu như luôn luôn đặt các nguyên tử trong chuỗi khối lượng tăng dần. - Một điều mà bảng tuần hoàn Mendeleev làm sáng tỏ là khối lượng không phải là đặc trưng cơ bản phân biệt các nguyên tử thuộc những nguyên tố khác nhau. - Chẳng hạn, nguyên tử iodine nhẹ hơn tellurium, nhưng Mendeleev phải đặt iodine sau tellurium sao cho nó nằm chung cột với các nguyên tố có tính chất hóa học tương tự.. - Bằng chứng trực tiếp cho thấy nguyên tử tồn tại. - Thành công của lí thuyết động lực học của nhiệt đã mang lại bằng chứng mạnh mẽ cho thấy, ngoài chuyển động của vật nói chung, còn có một loại chuyển động không nhìn thấy ở khắp nơi xung quanh chúng ta: chuyển động ngẫu nhiên của các nguyên tử bên trong mỗi vật. - Nhưng nhiều kẻ bảo thủ không bị thuyết phục rằng các nguyên tử thật sự tồn tại. - Xét cho cùng thì chưa ai từng nhìn thấy một nguyên tử cả. - Mãi cho đến khi thuyết nhiệt động lực học được phát triển chứng minh thuyết phục rằng các nguyên tử thật sự tồn tại và chúng tham gia vào những chuyển động liên tục không bao giờ ngưng nghỉ.. - Phát đạn chứng minh nguyên tử một cách trừu tượng hơn về mặt toán học phát nổ khi một số quan sát cũ kĩ, mờ mịt được xem xét lại bởi một viên thư kí không tiếng tăm gì ở phòng đăng kí phát minh Thụy Sĩ tên là Albert Einstein. - Làm thế nào từ sự hiểu biết kích thước của một nguyên tử nhôm có thể suy ra ước tính khối lượng của nó, và ngược lại. - Những người ủng hộ cách giải thích vật chất tưởng tượng tia catôt gồm một chùm nguyên tử bốc ra từ chất của catôt.. - Không ai có thể nghĩ ra cách nào tối ưu để cân tia catôt, nên cách hiển nhiên nhất tiếp theo giải quyết cuộc tranh cãi ánh sáng/vật chất là kiểm tra xem tia catôt có điện tích hay không. - Nếu tia catôt mang điện tích thì chúng dứt khoát là vật chất và không phải là ánh sáng, và chúng có thể được làm cho nhảy qua kẽ hở bằng lực đẩy đồng thời. - của điện tích âm ở catôt và lực hút của điện tích dương ở anôt. - Không chỉ thế, ông còn chứng minh rằng chúng có khối lượng, và đo được tỉ số khối lượng trên điện tích của chúng, m/q. - Lực điện tác dụng lên một hạt tia catôt trong khi nó nằm giữa các bản sẽ tỉ lệ với điện tích của nó F điện = (hằng số đã biết. - Lực từ tác dụng bởi một nam châm nhất định sẽ phụ thuộc vào cả điện tích của tia catôt và tốc độ của nó. - Tia catôt là một hạt hạ nguyên tử: electron. - Tuy nhiên, về thí nghiệm của Thomson, điều quan trọng không phải là giá trị bằng số thực tế của m/q, mà kết hợp với giá trị điện tích nguyên tố của Millikan, nó cho khối lượng của hạt tia catôt nhỏ hơn hàng ngàn lần khối lượng của cả những nguyên tử nhẹ nhất. - Ngay cả khi không có kết quả của Millikan, phải chờ tới 14 năm sau đó mới có, Thomson đã công nhận tỉ số m/q đối với tia catôt nhỏ hơn hàng ngàn lần tỉ số m/q đo được đối với các nguyên tử tích điện trong dung. - Ông giải thích đúng đắn đây là bằng chứng cho thấy tia catôt là những viên gạch cấu trúc còn nhỏ hơn nữa – ông gọi chúng là electron – hình thành nên chính các nguyên tử. - Đây là một khẳng định rất cấp tiến, được nêu ra vào lúc các nguyên tử chưa hề được chứng minh là tồn tại ! Cả những người sử dụng từ “nguyên tử” cũng thường xem chúng là sự trừu tượng hóa mang tính toán học nhiều hơn, chứ không phải là những đối tượng hiểu theo nghĩa đen. - Ý tưởng tìm kiếm cấu trúc bên trong của các nguyên tử “không thể chia tách” bị một số người xem là điên rồ, nhưng trong vòng có 10 năm, quan niệm của Thomson đã được xác nhận đầy đủ bởi nhiều thí nghiệm chi tiết hơn.. - Thomson bắt đầu trở nên bị thuyết phục trong thí nghiệm của ông rằng “tia catôt” quan sát thấy phát ra từ catôt của ống chân không là những viên gạch cấu trúc của nguyên tử - cái mà ngày nay chúng ta gọi là electron. - Thomson tìm thấy tỉ số m/q của một electron nhỏ hơn hàng ngàn lần tỉ số đó của các nguyên tử tích điện trong dung dịch hóa học. - Đây có phải là gợi ý rằng electron có điện tích lớn hơn hay không ? Hay là chúng có khối lượng nhỏ hơn ? Có phải là không có cách nào nói như vậy ? Hãy giải thích
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt