Atom 

Atomlar ko‘z bilan ko‘rib bo‘lmaydigan zarralardir, shunday ekan ularning mavjudligini biz qayerdan bilamiz? Ushbu maqolada yunonlarning atom haqidagi falsafiy nazariyalaridan boshlab, ularning mavjudligining birinchi to‘g‘ridan-to‘g‘ri dalili topilishi va atom haqidagi ta’limotning rivojlanishi haqida gaplashamiz.

Eramizdan avvalgi davrlarda ham materiyaning tuzilishi va atomlar to‘g‘risida turli taxminlar mavjud bo‘lgan. Atomlar haqidagi eng qadimgi g‘oyalar miloddan avvalgi V asrda yashagan qadimgi yunon olimlari, ayniqsa faylasuflar Levkipp va Demokritga tegishli (Hindistonda ham, Xitoyda ham faylasuflar taxminan bir vaqtning o‘zida xuddi shunday taxminlarni ilgari surganliklari haqida ba’zi dalillar mavjud.) Ular moddani cheksiz kichik bo‘laklarga bo‘lish mumkinmi degan savolga yechim izlagan. Bu masala ustida olimlar turlicha qarashlarga ega edi. Ba‘zilar moddalarni cheksiz mayda bo‘laklarga bo‘lish mumkin deb hisoblagan. Demokrit esa keyinchalik bo‘lib bo‘lmaydigan eng kichik birlik bor deb ishongan va bu birlikni “atom” deb nomlagan. “Atom” so‘zi yunonchadan tarjima qilinganda “bo‘linmas” degan ma’noni anglatadi. Bugungi kunda atomlar bo‘linishi mumkinligi aniqlangan, ammo ular bu jarayonda o‘ziga xosligini yo‘qotadi, shuning uchun bir jihatdan yunonlarning fikrini to‘g‘ri deb hisoblash mumkin. Shuningdek, yunonlar atomlar doimiy harakatda bo‘ladi degan yana bir to‘g‘ri tushunchaga ega bo‘lishgan.

Yunonlar va boshqa qadimgi olimlar faqat bir nechta atom turlari mavjud va barcha moddalar bu atomlarning har xil birikmalaridan hosil bo‘lgan degan fikrda bo‘lgan. Asosiy elementlar tuproq, havo, olov va suv ekanligi haqidagi mashhur, ammo xato qarash mavjud edi. Yunonlar asosiy elementlarni kashf etmagan bo‘lsalarda, materiyaning to‘rtta holatining (qattiq, gaz, plazma va suyuqlik) eng keng tarqalgan namunalarini aniqlaganlar. Atomlarning asl mohiyatini ochib beradigan asbob-uskunalar yordamida kuzatishlar amalga oshirilgunga qadar 2000 yildan ko‘proq vaqt o‘tdi.

Asrlar davomida moddalarning xossalari va ularning kimyoviy reaksiyalari bo‘yicha ko‘plab kashfiyotlar qilindi. Moddalarning ba’zi bir o‘xshashliklari, tizimli xususiyatlari aniqlaganidan so‘ng, bir moddani boshqa qimmatbaho moddaga (xususan, oltinga) aylantirish uchun urinishlar boshlandi. Har kim o‘zi boyib ketishni istagani sababli bu davrda har bir tajriba, kashfiyot o‘ta maxfiy saqlandi. Alkimyogarlar ko‘plab xossalarni, reaksiyalarni kashf etgan bo‘lsa-da, ularni keng ommaga taqdim etmadi. O‘rta asrlar oxirida alkimyo o‘rniga kimyo fani paydo bo‘lishi bilan kashfiyotlarni sir saqlash to‘xtadi, kollektiv bilimlar o‘sib bordi. Buning natijasida XIX asrning boshlariga kelib, muhim fakt — o‘ziga xos kimyoviy reaksiyalardagi reaktivlarning massalari har doim ma’lum bir massa nisbatiga ega bo‘lishi aniqlandi. Bu bir xil massa nisbatlariga ega bo‘lgan asosiy birliklar (atomlar va molekulalar) mavjudligiga juda kuchli bilvosita dalildir. Ingliz kimyogari Jon Dalton (1766-1844) bu ishning katta qismini bajardi. U ma’lum bir kimyoviy elementni o‘z ichiga olgan kimyoviy birikmalardagi ushbu elementning tarkibi kichik butun sonlar nisbati bilan og‘irlik jihatidan farq qilishini aniqlaydi. Buning natijasida olim har bir kimyoviy element boshqa element bilan asosiy og‘irlik birligi orqali birikadi degan xulosaga keladi. Dalton bu birliklarni moddaning fundamental birligi deb o‘ylagani uchun uni “atom” deb nomlashga qaror qiladi. Shuningdek, atom haqidagi bilimlar rivojlanishiga italiyalik fizik Amedeo Avogadro (1776-1856) tomonidan katta hissa qo‘shildi. Aynan Avogadro moldagi atomlar va molekulalarning qat’iy soni haqidagi g‘oyani ishlab chiqdi (bu maxsus raqam uning sharafiga Avogadro soni deb ataladi). Avstriyalik fizik Yohan Yozef Loshmidt 1865-yilda gazlarning kinetik nazariyasidan foydalangan holda birinchi bo‘lib doimiy qiymatni o‘lchadi.Elementlar va birikmalarning xossalari haqidagi bilimlar XIX asr oʻrtalarida buyuk rus kimyogari Dmitriy Mendeleyev (1834-1907) tomonidan elementlar davriy sistemasining tuzilishi bilan yakunlandi.

Shuningdek, XIX asrda gazlarning kinetik nazariyasi ishlab chiqildi. Kinetik nazariya tasodifiy issiqlik harakatida atomlar va molekulalarning mavjudligiga asoslangan bo‘lib, gaz qonunlari, issiqlik uzatish va termodinamikani mikroskopik izohlab berdi. Kinetik nazariya juda yaxshi ishlashi atomlar mavjudligining yana bir kuchli belgisidir. Ammo u ham bilvosita dalil bo‘lib, alohida atomlar va molekulalar hali kuzatilmagan edi. Atomlar mavjudligi haqidagi to‘g‘ridan-to‘g‘ri dalillar kashf etilmaguncha, kinetik nazariyaning haqiqiyligi haqida qizg‘in bahslar davom etdi.

Atomlar mavjudligini isbotlovchi birinchi haqiqiy to‘g‘ridan-to‘g‘ri dalillar shotlandiyalik botanik Robert Braunga tomonidan topildi. Olim 1827-yilda tinch suvda muallaq turgan mayda gulchanglar murakkab yo‘nalishlar bo‘ylab harakatlanishini payqaydi. Gulchanglarning harakatiga suyuqlik molekulalarining suyuqlikdagi zarrachalar bilan to‘qnashuvi natijasida hosil bo‘lgan tasodifiy issiqlik harakati sabab bo‘lishi aniqlandi. Bu harakat hozirda “Braun harakati” deb ataladi. Ko‘rinadigan zarrachaning yon tomonlariga urilgan molekulalar sonining statistik tebranishlari uni avval bu tomonga, keyin esa narigi tomonga harakatlantiradi. Bu tajribada molekulalarni bevosita kuzatish imkoni bo‘lmasa-da, ularning bevosita zarrachaga ta’sirini ko‘rish mumkin. Broun harakatini o‘rganib, molekulalarning hajmini hisoblasa bo‘ladi. Ular qanchalik kichik va ko‘p bo‘lsa, turli tomonlarga harakatlantiradigan tebranishlar shunchalik kam bo‘ladi.

1905-yildan boshlab Albert Eynshteyn atomlar va molekulalarning o‘lchamlarini o‘lchashda Broun harakatidan qanday foydalanish mumkinligini aniq tushuntirib beradigan bir nechta maqolalar nashr etdi (aynan 1905-yilda Eynshteyn maxsus nisbiylik nazariyasini yaratdi, EM nurlanish kvantlari sifatida fotonlarni taklif qildi va atomlar hajmini aniqlash imkonini beruvchi Broun harakati nazariyasini yaratdi. U patent nazoratchisi sifatida kun bo‘yi ishlagani sababli, yuqoridagi salmoqli ishlarning barchasini bo‘sh vaqtida amalga oshirgan). Bu paytgacha atomlarning o‘lchami taxminan 10^-10 metrga teng deb hisoblanardi. Bu taxminiy o‘lcham 1805-yilda Tomas Yang va Simon Laplas tomonidan moddalar bug‘lanishining yashirin issiqligi va sirt tarangligini solishtirib topilgan edi.

Eynshteyn g‘oyalaridan foydalangan, fransuz fizigi Jan-Batist Perren (1870-1942) Broun harakatini diqqat bilan o‘rganadi. Keyinchalik u nafaqat Eynshteyn nazariyasini tasdiqladi, balki atomlar va molekulalar uchun aniq o‘lchamlarni ham yaratdi. Moddalarning molekulyar og‘irliklari va zichligi yaxshi aniqlanganligi sababli, atom va molekulalar o‘lchamlarni bilish Avogadro sonining aniq qiymatini hisoblash imkonini berdi. Perrin mazkur g‘oyalarni cho‘kishda atom va molekulalar qo‘zg‘alish ta’sirini tushuntirish uchun ishlatdi. Perren yutuqlari uchun 1926-yilda Nobel mukofotini oldi. Aksariyat olimlar atomlarning mavjudligiga allaqachon amin bo‘lgan bo‘lsalar-da, Broun harakatining aniq kuzatilishi va tahlili atomlar mavjudligini to‘g‘ridan-to‘g‘ri isbotlab berdi.

Hozirgi vaqtda atomlarning mavjudligini tasdiqlovchi to‘g‘ridan-to‘g‘ri va bilvosita dalillarning katta to‘plami mavjud. Masalan, hozirda ionlarni tezlashtirish (masalan, katod-nurli naychalarda elektronlarni tezlashtirish), ularni alohida aniqlash hamda ularning massalarini o‘lchash mumkin. Skanerli tunnel elektron mikroskopi yordamida alohida atomlarni kuzatish mumkin. Zamonaviy fanda moddaning xossalari haqidagi barcha tushunchalar atomga asoslanadi. 

Discovery of the Atom