ბრაუნის მოძრაობა. ბრაუნის მოძრაობა - კოლოიდური ქიმიის განვითარების ისტორია

შოტლანდიელმა ბოტანიკოსმა რობერტ ბრაუნმა (ზოგჯერ მისი გვარი გადაიწერება როგორც ბრაუნი) სიცოცხლის განმავლობაში, როგორც საუკეთესო მცენარეთა ექსპერტმა, მიიღო ტიტული "ბოტანიკოსთა პრინცი". მან ბევრი შესანიშნავი აღმოჩენა გააკეთა. 1805 წელს, ავსტრალიაში ოთხწლიანი ექსპედიციის შემდეგ, მან ინგლისში მეცნიერებისთვის უცნობი 4000-მდე სახეობის ავსტრალიური მცენარე ჩამოიტანა და მრავალი წელი გაატარა მათ შესწავლაში. აღწერილია ინდონეზიიდან ჩამოტანილი მცენარეები და ცენტრალური აფრიკა. მან შეისწავლა მცენარეთა ფიზიოლოგია და პირველად დეტალურად აღწერა მცენარეული უჯრედის ბირთვი. პეტერბურგის მეცნიერებათა აკადემიამ საპატიო წევრად აქცია. მაგრამ მეცნიერის სახელი ახლა ფართოდ არის ცნობილი არა ამ სამუშაოების გამო.

1827 წელს ბრაუნმა ჩაატარა კვლევა მცენარეთა მტვრის შესახებ. მას განსაკუთრებით აინტერესებდა, როგორ მონაწილეობს მტვერი განაყოფიერების პროცესში. ერთხელ მან მიკროსკოპით დახედა ჩრდილოეთ ამერიკის მცენარის მტვრის უჯრედებს. კლარკია პულჩელა(საკმაოდ კლარკია) წაგრძელებული ციტოპლაზმური მარცვლები შეჩერებულია წყალში. უცებ ბრაუნმა დაინახა, რომ უმცირესი მყარი მარცვლები, რომლებიც ძლივს ჩანდა წყლის წვეთში, გამუდმებით კანკალებდნენ და მოძრაობდნენ ადგილიდან ადგილზე. მან აღმოაჩინა, რომ ეს მოძრაობები, მისი სიტყვებით, „არ არის დაკავშირებული არც სითხეში ნაკადებთან და არც მის თანდათანობით აორთქლებასთან, არამედ თანდაყოლილია თავად ნაწილაკებში“.

ბრაუნის დაკვირვება სხვა მეცნიერებმაც დაადასტურეს. უმცირესი ნაწილაკები ისე იქცეოდნენ, თითქოს ცოცხლები იყვნენ, ხოლო ნაწილაკების „ცეკვა“ აჩქარდა ტემპერატურის მატებასთან და ნაწილაკების ზომის შემცირებით და აშკარად შენელდა წყლის უფრო ბლანტი გარემოთი ჩანაცვლებისას. ეს საოცარი ფენომენი არასოდეს შეჩერებულა: მისი დაკვირვება რამდენ ხანს გსურდა. თავდაპირველად, ბრაუნმა ისიც კი იფიქრა, რომ ცოცხალი არსებები რეალურად მოხვდნენ მიკროსკოპის ველში, მით უმეტეს, რომ მტვერი არის მცენარეების მამრობითი რეპროდუქციული უჯრედები, მაგრამ ასევე იყო ნაწილაკები მკვდარი მცენარეებიდან, თუნდაც ჰერბარიუმებში ასი წლით ადრე გამხმარებისგან. შემდეგ ბრაუნმა იფიქრა, იყო თუ არა ეს „ცოცხალი არსებების ელემენტარული მოლეკულები“, რაზეც ისაუბრა ცნობილმა ფრანგმა ბუფონმა (1707–1788), 36 ტომიანი წიგნის ავტორი. ბუნებრივი ისტორია. ეს ვარაუდი გაქრა, როდესაც ბრაუნმა დაიწყო აშკარად უსულო საგნების გამოკვლევა; თავდაპირველად ეს იყო ნახშირის ძალიან მცირე ნაწილაკები, ასევე ჭვარტლი და მტვერი ლონდონის ჰაერიდან, შემდეგ წვრილად დაფქული არაორგანული ნივთიერებები: მინა, ბევრი სხვადასხვა მინერალი. "აქტიური მოლეკულები" ყველგან იყო: "ყოველ მინერალში", წერდა ბრაუნი, "რომლის დაფხვრაც მოვახერხე ისე, რომ შეიძლება გარკვეული დროით შეჩერდეს წყალში, ვიპოვე ეს მოლეკულები დიდი თუ ნაკლები რაოდენობით. ."

უნდა ითქვას, რომ ბრაუნს არ ჰქონდა არცერთი უახლესი მიკროსკოპი. თავის სტატიაში ის კონკრეტულად ხაზს უსვამს იმას, რომ ჰქონდა ჩვეულებრივი ორმხრივამოზნექილი ლინზები, რომლებსაც რამდენიმე წელი იყენებდა. და ის განაგრძობს: „მთელი კვლევის განმავლობაში მე ვაგრძელებდი იმავე ლინზების გამოყენებას, რომლითაც დავიწყე მუშაობა, რათა მეტი სანდოობა მიმეცა ჩემს განცხადებებს და რაც შეიძლება ხელმისაწვდომი გამხდარიყო ჩვეულებრივი დაკვირვებისთვის“.

ახლა, რომ გავიმეოროთ ბრაუნის დაკვირვება, საკმარისია გქონდეთ არც თუ ისე ძლიერი მიკროსკოპი და გამოვიყენოთ კვამლის გამოსაკვლევად გაშავებულ ყუთში, რომელიც განათებულია გვერდითი ხვრელიდან ინტენსიური სინათლის სხივით. აირში ფენომენი ბევრად უფრო მკაფიოდ ვლინდება, ვიდრე სითხეში: ნაცრის ან ჭვარტლის მცირე ნაჭრები (კვამლის წყაროდან გამომდინარე) ჩანს, აფანტავს შუქს და განუწყვეტლივ ხტუნავს წინ და უკან.

როგორც ხშირად ხდება მეცნიერებაში, მრავალი წლის შემდეგ ისტორიკოსებმა აღმოაჩინეს, რომ ჯერ კიდევ 1670 წელს მიკროსკოპის გამომგონებელმა, ჰოლანდიელმა ანტონი ლეუვენჰუკმა, აშკარად დააფიქსირა მსგავსი ფენომენი, მაგრამ მიკროსკოპების იშვიათობა და არასრულყოფილება ჯერ კიდევ საწყის ეტაპზე იყო. მოლეკულური მეცნიერებალივენჰუკის დაკვირვება იმ დროს არ შენიშნა, ამიტომ აღმოჩენა სამართლიანად მიეწერება ბრაუნს, რომელმაც პირველად შეისწავლა და დეტალურად აღწერა.

ბრაუნის მოძრაობა და ატომურ-მოლეკულური თეორია.

ბრაუნის მიერ დაკვირვებული ფენომენი სწრაფად გახდა ფართოდ ცნობილი. მან თავად აჩვენა თავისი ექსპერიმენტები მრავალ კოლეგას (ბრაუნი ჩამოთვლის ორ ათეულ სახელს). მაგრამ არც თავად ბრაუნს და არც ბევრ სხვა მეცნიერს მრავალი წლის განმავლობაში არ შეეძლო აეხსნა ეს იდუმალი ფენომენი, რომელსაც "ბრაუნის მოძრაობა" ეწოდა. ნაწილაკების მოძრაობები სრულიად შემთხვევითი იყო: მათი პოზიციების ესკიზები, რომლებიც გაკეთებულია დროის სხვადასხვა მომენტში (მაგალითად, ყოველ წუთში) ერთი შეხედვით არ აძლევდა შესაძლებლობას რაიმე ნიმუშის პოვნა ამ მოძრაობებში.

ბრაუნის მოძრაობის ახსნა (როგორც ამ ფენომენს უწოდეს) უხილავი მოლეკულების მოძრაობით იქნა მოცემული მხოლოდ მე-19 საუკუნის ბოლო მეოთხედში, მაგრამ მაშინვე არ იქნა მიღებული ყველა მეცნიერის მიერ. 1863 წელს, აღწერითი გეომეტრიის მასწავლებელმა კარლსრუედან (გერმანია), ლუდვიგ კრისტიან ვინერმა (1826–1896), ვარაუდობდა, რომ ეს ფენომენი დაკავშირებულია უხილავი ატომების რხევად მოძრაობასთან. ეს იყო ბრაუნის მოძრაობის პირველი, თუმცა ძალიან შორს თანამედროვე ახსნა ატომებისა და მოლეკულების თვისებებით. მნიშვნელოვანია, რომ ვინერმა დაინახა შესაძლებლობა, გამოეყენებინა ეს ფენომენი მატერიის სტრუქტურის საიდუმლოებებში შესაღწევად. ის იყო პირველი, ვინც სცადა გაეზომა ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობის სიჩქარე და მისი დამოკიდებულება მათ ზომაზე. საინტერესოა, რომ 1921 წ აშშ-ს მეცნიერებათა ეროვნული აკადემიის მოხსენებებიგამოქვეყნდა ნაშრომი სხვა ვინერის - ნორბერტის, კიბერნეტიკის ცნობილი დამფუძნებლის ბრაუნის მოძრაობაზე.

L.K Wiener-ის იდეები მიიღეს და განავითარეს არაერთმა მეცნიერმა - ზიგმუნდ ექსნერმა ავსტრიაში (და 33 წლის შემდეგ - მისმა ვაჟმა ფელიქსმა), ჯოვანი კანტონიმ იტალიაში, კარლ ვილჰელმ ნეგელიმ გერმანიაში, ლუი ჟორჟ გუიმ საფრანგეთში, სამმა ბელგიელმა. მღვდლები - იეზუიტები კარბონელი, დელსო და ტირიონი და სხვები. ამ მეცნიერთა შორის იყო მოგვიანებით ცნობილი ინგლისელი ფიზიკოსი და ქიმიკოსი უილიამ რამზი. თანდათან გაირკვა, რომ მატერიის უმცირეს მარცვლებს ყველა მხრიდან ურტყამდა კიდევ უფრო პატარა ნაწილაკები, რომლებიც უკვე აღარ ჩანდა მიკროსკოპით - ისევე როგორც ტალღები, რომლებიც შორეულ ნავს ქანაობს, ნაპირიდან არ ჩანს, ხოლო ნავის მოძრაობა. თავად საკმაოდ ნათლად ჩანს. როგორც წერდნენ 1877 წლის ერთ-ერთ მუხლში „... კანონი დიდი რაოდენობითახლა არ ამცირებს შეჯახების ეფექტს საშუალო ერთგვაროვან წნევამდე, მათი შედეგი აღარ იქნება ნულის ტოლი, მაგრამ განუწყვეტლივ იცვლის მის მიმართულებას და სიდიდეს“.

ხარისხობრივად, სურათი საკმაოდ დამაჯერებელი და თუნდაც ვიზუალური იყო. დაახლოებით ისევე, როგორც პატარა ყლორტი ან ბუზი უნდა მოძრაობდეს შიგნით ჩასვლისას (ან გამოყვანისას). სხვადასხვა მხარეებიბევრი ჭიანჭველა. ეს პატარა ნაწილაკები რეალურად იყო მეცნიერთა ლექსიკაში, მაგრამ არავის უნახავს ისინი. მათ მოლეკულებს უწოდებდნენ; ლათინურიდან თარგმნილი ეს სიტყვა ნიშნავს "მცირე მასას". გასაოცარია, რომ ზუსტად ასე ახსნა მსგავსი ფენომენი რომაელი ფილოსოფოსი ტიტუს ლუკრეციუს კარუსი (დაახლოებით ძვ. წ. 99–55) თავის ცნობილ პოემაში. საგნების ბუნების შესახებ. მასში ის უწოდებს თვალისთვის უხილავ უმცირეს ნაწილაკებს საგნების „პირველ პრინციპებს“.

საგნების პრინციპები ჯერ თვითონ მოძრაობენ,
მათ შემდეგ არის სხეულები მათი უმცირესი კომბინაციიდან,
მიუახლოვდით, თითქოსდა, ძალით პირველ პრინციპებთან,
მათგან დამალული, შოკის მიღებით, ისინი იწყებენ ბრძოლას,
თავად გადაადგილდებიან, შემდეგ კი ხელს უწყობენ უფრო დიდ სხეულებს.
ასე რომ, თავიდან დაწყებული, მოძრაობა ნელ-ნელა
ის ეხება ჩვენს გრძნობებს და ასევე ხილული ხდება
ჩვენთვის და მტვრის ლაქებში, რომლებიც მზის შუქზე მოძრაობენ,
მიუხედავად იმისა, რომ კანკალი, საიდანაც ის ხდება, შეუმჩნეველია...

მოგვიანებით გაირკვა, რომ ლუკრეციუსი ცდებოდა: შეუძლებელია ბრაუნის მოძრაობა შეუიარაღებელი თვალით დაკვირვება და მტვრის ნაწილაკები. მზის სხივირომელიც შევიდა ბნელ ოთახში, "ცეკვა" ჰაერის მორევის გამო. მაგრამ გარეგნულად ორივე ფენომენს აქვს გარკვეული მსგავსება. და მხოლოდ მე-19 საუკუნეში. ბევრი მეცნიერისთვის ცხადი გახდა, რომ ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობა გამოწვეულია გარემოს მოლეკულების შემთხვევითი ზემოქმედებით. მოძრავი მოლეკულები ეჯახება მტვრის ნაწილაკებს და სხვა მყარ ნაწილაკებს, რომლებიც წყალშია. რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა, მით უფრო სწრაფია მოძრაობა. თუ მაგ. „იგრძენი“ ისინი - დაახლოებით ისეთივე, როგორც თეფშის ზომის ხის ნაჭერი არ „იგრძნობს“ მრავალი ჭიანჭველების ძალისხმევას, რომლებიც მას სხვადასხვა მიმართულებით გაიყვანენ ან უბიძგებენ. თუ მტვრის ნაწილაკი შედარებით მცირეა, ის მოძრაობს ამა თუ იმ მიმართულებით მიმდებარე მოლეკულების ზემოქმედების ქვეშ.

ბრაუნის ნაწილაკებს აქვთ 0,1–1 მკმ რიგის ზომა, ე.ი. მილიმეტრის მეათასედიდან მეათათასედამდე, რის გამოც ბრაუნმა შეძლო მათი მოძრაობის გარჩევა, რადგან ის უყურებდა ციტოპლაზმურ მარცვლებს და არა თავად მტვერს (რაზეც ხშირად შეცდომით წერენ). პრობლემა ის არის, რომ მტვრის უჯრედები ძალიან დიდია. ამრიგად, მდელოს ბალახების მტვერი, რომელსაც ქარი ატარებს და იწვევს ალერგიული დაავადებებიადამიანებში (თივის ცხელება), უჯრედის ზომა ჩვეულებრივ 20 - 50 მიკრონის ფარგლებშია, ე.ი. ისინი ძალიან დიდია ბრაუნის მოძრაობაზე დასაკვირვებლად. ასევე მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ბრაუნის ნაწილაკების ინდივიდუალური მოძრაობები ხდება ძალიან ხშირად და ძალიან მცირე დისტანციებზე, ასე რომ შეუძლებელია მათი დანახვა, მაგრამ მიკროსკოპის ქვეშ ჩანს მოძრაობები, რომლებიც მოხდა გარკვეული პერიოდის განმავლობაში.

როგორც ჩანს, ბრაუნის მოძრაობის არსებობის ფაქტი ნათლად დადასტურდა მოლეკულური სტრუქტურათუმცა, მე-20 საუკუნის დასაწყისშიც კი. იყვნენ მეცნიერები, მათ შორის ფიზიკოსები და ქიმიკოსები, რომლებსაც არ სჯეროდათ მოლეკულების არსებობის. ატომურ-მოლეკულური თეორიამხოლოდ ნელა და გაჭირვებით მოიპოვა აღიარება. ამრიგად, წამყვანი ფრანგი ორგანული ქიმიკოსი მარსელინ ბერტელო (1827–1907) წერდა: ”მოლეკულის კონცეფცია, ჩვენი ცოდნის თვალსაზრისით, გაურკვეველია, ხოლო სხვა კონცეფცია - ატომი - წმინდა ჰიპოთეტურია”. ცნობილმა ფრანგმა ქიმიკოსმა ა.სენ-კლერ დევილმა (1818–1881) კიდევ უფრო მკაფიოდ ისაუბრა: „მე არ ვიღებ ავოგადროს კანონს, არც ატომს და არც მოლეკულას, რადგან უარს ვამბობ იმის დაჯერებაზე, რასაც ვერც ვხედავ და ვერც ვაკვირდები. ” და გერმანელი ფიზიკოსი ვილჰელმ ოსტვალდი (1853–1932), ლაურეატი ნობელის პრემიაფიზიკური ქიმიის ერთ-ერთი ფუძემდებელი, ჯერ კიდევ მე-20 საუკუნის დასაწყისში. მტკიცედ უარყო ატომების არსებობა. მან მოახერხა სამტომიანი ქიმიის სახელმძღვანელოს დაწერა, რომელშიც სიტყვა "ატომი" არც კი არის ნახსენები. 1904 წლის 19 აპრილს სამეფო ინსტიტუტში დიდი მოხსენებით ინგლისის ქიმიური საზოგადოების წევრებთან საუბრისას, ოსტვალდი ცდილობდა დაემტკიცებინა, რომ ატომები არ არსებობს და „რასაც ჩვენ მატერიას ვუწოდებთ არის მხოლოდ ენერგიათა კრებული, რომლებიც ერთად შეგროვებულია მოცემულობაში. ადგილი.”

მაგრამ იმ ფიზიკოსებსაც კი, რომლებმაც მიიღეს მოლეკულური თეორია, ვერ დაიჯერებდნენ, რომ ასეთი მარტივი გზითატომურ-მოლეკულური თეორიის მართებულობა დადასტურდა, ამიტომ ფენომენის ასახსნელად სხვადასხვა ალტერნატიული მიზეზი წამოაყენეს. და ეს არის სრულიად მეცნიერების სულისკვეთებით: სანამ ფენომენის მიზეზი ცალსახად არ იქნება იდენტიფიცირებული, შესაძლებელია (და აუცილებელიც კი) ვივარაუდოთ სხვადასხვა ჰიპოთეზა, რომლებიც, თუ ეს შესაძლებელია, უნდა შემოწმდეს ექსპერიმენტულად ან თეორიულად. ასე რომ, ჯერ კიდევ 1905 წ ენციკლოპედიური ლექსიკონიბროკჰაუსმა და ეფრონმა გამოაქვეყნეს სანქტ-პეტერბურგის ფიზიკის პროფესორის ნ.ა.გეზეჰუსის, ცნობილი აკადემიკოს A.F.Ioffe-ის მასწავლებლის მოკლე სტატია. გესეჰუსი წერდა, რომ ზოგიერთი მეცნიერის აზრით, ბრაუნის მოძრაობა გამოწვეულია „სინათლის ან სითბოს სხივებით, რომლებიც გადის სითხეში“ და იშლება „უბრალო დინებად სითხეში, რომელსაც საერთო არაფერი აქვს მოლეკულების მოძრაობასთან“ და ეს ნაკადებია. შეიძლება გამოწვეული იყოს „აორთქლების, დიფუზიის და სხვა მიზეზების გამო“. ყოველივე ამის შემდეგ, უკვე ცნობილი იყო, რომ ჰაერში მტვრის ნაწილაკების ძალიან მსგავსი მოძრაობა გამოწვეულია სწორედ მორევის ნაკადებით. მაგრამ გესეჰუსის მიერ მიცემული ახსნა ადვილად შეიძლება ექსპერიმენტულად უარყოფილიყო: თუ ძლიერი მიკროსკოპის საშუალებით დააკვირდებით ერთმანეთთან ძალიან ახლოს მდებარე ორ ბრაუნის ნაწილაკს, მათი მოძრაობები სრულიად დამოუკიდებელი აღმოჩნდება. თუ ეს მოძრაობები გამოწვეული იყო სითხეში რაიმე ნაკადით, მაშინ ასეთი მეზობელი ნაწილაკები ერთობლივად მოძრაობდნენ.

ბრაუნის მოძრაობის თეორია.

მე-20 საუკუნის დასაწყისში. მეცნიერთა უმეტესობას ესმოდა ბრაუნის მოძრაობის მოლეკულური ბუნება. მაგრამ ყველა ახსნა დარჩა წმინდა ხარისხობრივად, არა რაოდენობრივი თეორიავერ გაუძლო ექსპერიმენტულ ტესტირებას. გარდა ამისა, თავად ექსპერიმენტის შედეგები გაურკვეველი იყო: ფანტასტიკური ფანტასტიკური სპექტაკლი აჩქარებული ნაწილაკების ჰიპნოზირებას ახდენდა ექსპერიმენტატორებს და მათ არ იცოდნენ, თუ რა მახასიათებლების გაზომვა იყო საჭირო ფენომენისთვის.

მიუხედავად აშკარა სრული აშლილობისა, მაინც შესაძლებელი იყო ბრაუნის ნაწილაკების შემთხვევითი მოძრაობების აღწერა მათემატიკური ურთიერთობით. პირველად ბრაუნის მოძრაობის მკაცრი ახსნა 1904 წელს მისცა პოლონელმა ფიზიკოსმა მარიან სმოლუჩოვსკიმ (1872–1917), რომელიც იმ წლებში მუშაობდა ლვოვის უნივერსიტეტში. ამავდროულად, ამ ფენომენის თეორია შეიმუშავა ალბერტ აინშტაინმა (1879–1955), მაშინდელი ნაკლებად ცნობილი მე-2 კლასის ექსპერტი შვეიცარიის ქალაქ ბერნის საპატენტო ოფისში. მისი სტატია, რომელიც გამოქვეყნდა 1905 წლის მაისში გერმანულ ჟურნალში Annalen der Physik, იყო სათაური. მოსვენებულ სითხეში შეჩერებული ნაწილაკების მოძრაობაზე, რაც საჭიროა სითბოს მოლეკულური კინეტიკური თეორიით. ამ სახელით აინშტაინს სურდა ეჩვენებინა, რომ მატერიის სტრუქტურის მოლეკულური კინეტიკური თეორია აუცილებლად გულისხმობს სითხეებში უმცირესი მყარი ნაწილაკების შემთხვევითი მოძრაობის არსებობას.

საინტერესოა, რომ ამ სტატიის დასაწყისშივე აინშტაინი წერს, რომ იცნობს თავად ფენომენს, თუმცა ზედაპირულად: „შესაძლებელია, რომ აღნიშნული მოძრაობები ე.წ. ბრაუნის მოლეკულური მოძრაობის იდენტური იყოს, მაგრამ მონაცემები ხელმისაწვდომია. ჩემთვის ეს უკანასკნელი იმდენად არაზუსტია, რომ მე ვერ ჩამოვაყალიბე ეს არის გარკვეული აზრი“. და ათწლეულების შემდეგ, უკვე გვიან ცხოვრებაში, აინშტაინმა დაწერა რაღაც განსხვავებული თავის მემუარებში - რომ მან საერთოდ არ იცოდა ბრაუნის მოძრაობის შესახებ და რეალურად "აღმოაჩინა" იგი წმინდა თეორიულად: "არ იცოდა, რომ "ბრაუნის მოძრაობის" დაკვირვებები დიდი ხანია. როგორც ცნობილია, მე აღმოვაჩინე, რომ ატომური თეორია იწვევს მიკროსკოპული შეჩერებული ნაწილაკების დაკვირვებად მოძრაობას, როგორც ეს შეიძლება იყოს, აინშტაინის თეორიული სტატია დასრულდა ექსპერიმენტებით მისი დასკვნების შესამოწმებლად: ”თუ რომელიმე მკვლევარი მალე უპასუხებს. აქ წამოჭრილი კითხვები.” – ამთავრებს სტატიას ასეთი უჩვეულო ძახილით.

აინშტაინის მგზნებარე მიმართვაზე პასუხი არ დააყოვნა.

სმოლუჩოვსკი-აინშტაინის თეორიის მიხედვით, ბრაუნის ნაწილაკების კვადრატული გადაადგილების საშუალო მნიშვნელობა ( ს 2) დროისთვის ტტემპერატურის პირდაპირპროპორციულია თდა უკუპროპორციულია თხევადი სიბლანტის h, ნაწილაკების ზომა რდა ავოგადროს მუდმივი

ნ A: ს 2 = 2RTt/ 6სთ rN A,

სად რ- გაზის მუდმივი. ასე რომ, თუ 1 წუთში 1 მკმ დიამეტრის ნაწილაკი მოძრაობს 10 მკმ-ით, მაშინ 9 წუთში - 10 = 30 მკმ-ით, 25 წუთში - 10 = 50 მკმ-ით და ა.შ. მსგავს პირობებში, 0,25 მკმ დიამეტრის მქონე ნაწილაკი დროის იმავე პერიოდებში (1, 9 და 25 წთ) იმოძრავებს შესაბამისად 20, 60 და 100 μm-ით, ვინაიდან = 2. მნიშვნელოვანია, რომ ზემოაღნიშნული ფორმულა მოიცავს ავოგადროს მუდმივი, რომელიც ამდენად, შეიძლება განისაზღვროს ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობის რაოდენობრივი გაზომვებით, რაც გააკეთა ფრანგმა ფიზიკოსმა ჟან ბატისტ პერენმა (1870–1942).

1908 წელს პერინმა დაიწყო რაოდენობრივი დაკვირვება ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობაზე მიკროსკოპის ქვეშ. მან გამოიყენა 1902 წელს გამოგონილი ულტრამიკროსკოპი, რამაც შესაძლებელი გახადა უმცირესი ნაწილაკების აღმოჩენა მძლავრი გვერდითი განათების საშუალებით მათზე სინათლის გაფანტვით. პერინმა მიიღო თითქმის სფერული ფორმის და დაახლოებით იგივე ზომის პაწაწინა ბურთულები რეზინისგან, ზოგიერთი ტროპიკული ხის შედედებული წვენისგან (იგი ასევე გამოიყენება როგორც ყვითელი აკვარელის საღებავი). ეს პატარა მძივები შეჩერებულია გლიცეროლში, რომელიც შეიცავს 12% წყალს; ბლანტი სითხე ხელს უშლიდა მასში შიდა ნაკადების გაჩენას, რაც სურათს დაბინდავდა. წამზომით შეიარაღებული პერინი აღნიშნავდა და შემდეგ ხაზს უსვამდა (რა თქმა უნდა, დიდად გადიდებული მასშტაბით) გრაფიკულ ფურცელზე ნაწილაკების პოზიციას რეგულარული ინტერვალებით, მაგალითად, ყოველ ნახევარ წუთში. მიღებული წერტილების სწორ ხაზებთან შეერთებით მან მიიღო რთული ტრაექტორიები, ზოგიერთი მათგანი ნაჩვენებია ფიგურაში (ისინი აღებულია პერინის წიგნიდან ატომებიგამოქვეყნდა 1920 წელს პარიზში). ნაწილაკების ასეთი ქაოტური, უწესრიგო მოძრაობა იწვევს იმ ფაქტს, რომ ისინი სივრცეში მოძრაობენ საკმაოდ ნელა: სეგმენტების ჯამი გაცილებით მეტია, ვიდრე ნაწილაკების გადაადგილება პირველი წერტილიდან ბოლომდე.

ბრაუნის სამი ნაწილაკის თანმიმდევრული პოზიციები ყოველ 30 წამში - რეზინის ბურთულები დაახლოებით 1 მიკრონი ზომით. ერთი უჯრედი შეესაბამება 3 μm მანძილს. თუ პერინს შეეძლო ბრაუნის ნაწილაკების პოზიციის დადგენა არა 30, არამედ 3 წამის შემდეგ, მაშინ სწორი ხაზები თითოეულ მეზობელ წერტილებს შორის გადაიქცევა იმავე რთულ ზიგზაგ გატეხილ ხაზად, მხოლოდ უფრო მცირე მასშტაბით.

თეორიული ფორმულისა და მისი შედეგების გამოყენებით პერინმა მიიღო ავოგადროს რიცხვის მნიშვნელობა, რომელიც იმ დროისთვის საკმაოდ ზუსტი იყო: 6.8 . 10 23 . პერინმა ასევე გამოიყენა მიკროსკოპი ბრაუნის ნაწილაკების ვერტიკალური განაწილების შესასწავლად ( სმ. ავოგადროს კანონი) და აჩვენა, რომ გრავიტაციის მოქმედების მიუხედავად, ისინი ხსნარში შეჩერებულნი რჩებიან. პერინს ეკუთვნის სხვა მნიშვნელოვანი ნამუშევრებიც. 1895 წელს მან დაამტკიცა, რომ კათოდური სხივები უარყოფითი ელექტრული მუხტებია (ელექტრონები) და 1901 წელს მან პირველად შემოგვთავაზა ატომის პლანეტარული მოდელი. 1926 წელს მიენიჭა ნობელის პრემია ფიზიკაში.

პერინის მიერ მიღებულმა შედეგებმა დაადასტურა აინშტაინის თეორიული დასკვნები. ძლიერი შთაბეჭდილება მოახდინა. როგორც ამერიკელი ფიზიკოსი ა. პაისი წერდა მრავალი წლის შემდეგ, „არ წყვეტთ გაოცებას ასეთი მარტივი გზით მიღებული ამ შედეგით: საკმარისია მოამზადოთ ბურთების სუსპენზია, რომლის ზომა ზომასთან შედარებით დიდია. მარტივი მოლეკულებისგან, აიღე წამზომი და მიკროსკოპი და შეგიძლია დაადგინო ავოგადროს მუდმივი!” შეიძლება სხვა რამ გაგიკვირდეს: ჯერ კიდევ სამეცნიერო ჟურნალები(Nature, Science, Journal of Chemical Education) დროდადრო ჩნდება ბრაუნის მოძრაობის შესახებ ახალი ექსპერიმენტების აღწერა! პერინის შედეგების გამოქვეყნების შემდეგ, ოსტვალდმა, ატომიზმის ყოფილმა მოწინააღმდეგემ, აღიარა, რომ „ბრაუნის მოძრაობის დამთხვევა კინეტიკური ჰიპოთეზის მოთხოვნებთან... ახლა ყველაზე ფრთხილ მეცნიერს უფლებას აძლევს ისაუბროს ატომური თეორიის ექსპერიმენტულ დადასტურებაზე. მატერიის. ამრიგად, ატომური თეორია ამაღლდა მეცნიერულ, კარგად დასაბუთებულ თეორიამდე“. მას ეხმიანება ფრანგი მათემატიკოსი და ფიზიკოსი ანრი პუანკარე: „პერენის მიერ ატომების რაოდენობის ბრწყინვალე განსაზღვრამ დაასრულა ატომიზმის ტრიუმფი... ქიმიკოსთა ატომი ახლა რეალობად იქცა“.

ბრაუნის მოძრაობა და დიფუზია.

ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობა გარეგნულად ძალიან ჰგავს ცალკეული მოლეკულების მოძრაობას მათი თერმული მოძრაობის შედეგად. ამ მოძრაობას დიფუზია ეწოდება. ჯერ კიდევ სმოლუჩოვსკის და აინშტაინის მუშაობამდე, მოლეკულური მოძრაობის კანონები დამყარდა მატერიის აირისებრი მდგომარეობის უმარტივეს შემთხვევაში. აღმოჩნდა, რომ აირებში მოლეკულები ძალიან სწრაფად მოძრაობენ - ტყვიის სიჩქარით, მაგრამ მათ არ შეუძლიათ შორს ფრენა, რადგან ისინი ძალიან ხშირად ეჯახებიან სხვა მოლეკულებს. მაგალითად, ჰაერში ჟანგბადის და აზოტის მოლეკულები, რომლებიც მოძრაობენ დაახლოებით 500 მ/წმ საშუალო სიჩქარით, ყოველ წამში მილიარდზე მეტ შეჯახებას განიცდიან. მაშასადამე, მოლეკულის გზა, თუ მისი გაყოლა შესაძლებელი იქნებოდა, რთული გატეხილი ხაზი იქნებოდა. ბრაუნის ნაწილაკები ასევე აღწერენ მსგავს ტრაექტორიას, თუ მათი პოზიცია აღირიცხება გარკვეული დროის ინტერვალებით. ორივე დიფუზია და ბრაუნის მოძრაობა არის მოლეკულების ქაოტური თერმული მოძრაობის შედეგი და, შესაბამისად, აღწერილია მსგავსი მათემატიკური ურთიერთობებით. განსხვავება ისაა, რომ აირებში მოლეკულები მოძრაობენ სწორი ხაზით მანამ, სანამ სხვა მოლეკულებს არ შეეჯახებიან, რის შემდეგაც ისინი მიმართულებას იცვლიან. ბრაუნის ნაწილაკი, მოლეკულისგან განსხვავებით, არ ასრულებს არანაირ „თავისუფალ ფრენებს“, მაგრამ განიცდის ძალიან ხშირ მცირე და არარეგულარულ „რხევებს“, რის შედეგადაც იგი ქაოტურად ინაცვლებს ერთი მიმართულებით ან სხვა მიმართულებით. გამოთვლებმა აჩვენა, რომ 0,1 მიკრონი ზომის ნაწილაკისთვის, ერთი მოძრაობა ხდება წამის სამ მილიარდი ნაწილით მხოლოდ 0,5 ნმ მანძილზე (1 ნმ = 0,001 მიკრონი). როგორც ერთი ავტორი სწორად ამბობს, ეს მოძრაობას მოგვაგონებს ცარიელი ქილალუდის ქვეშ მოედნიდან, სადაც ხალხის ბრბო იყო შეკრებილი.

დიფუზიის დაკვირვება ბევრად უფრო ადვილია, ვიდრე ბრაუნის მოძრაობა, რადგან მას არ სჭირდება მიკროსკოპი: მოძრაობები შეინიშნება არა ცალკეულ ნაწილაკებზე, არამედ მათ უზარმაზარ მასებზე, თქვენ უბრალოდ უნდა დარწმუნდეთ, რომ დიფუზია არ არის გადანაწილებული კონვექციით - მატერიის შერევით. მორევის ნაკადების შედეგი (ასეთი ნაკადები ადვილად შესამჩნევია, ფერადი ხსნარის წვეთი, როგორიცაა მელანი, ჩადეთ ჭიქა ცხელ წყალში).

დიფუზია მოსახერხებელია სქელ გელებში დაკვირვებისთვის. ასეთი გელის მომზადება შესაძლებელია, მაგალითად, პენიცილინის ქილაში, მასში 4–5% ჟელატინის ხსნარის მომზადებით. ჟელატინი ჯერ რამდენიმე საათის განმავლობაში უნდა აფუვდეს, შემდეგ კი მთლიანად იხსნება მორევით ქილაში ჩაშვებით. ცხელი წყალი. გაციების შემდეგ მიიღება უნაყოფო გელი გამჭვირვალე, ოდნავ მოღრუბლული მასის სახით. თუ ბასრი პინცეტის გამოყენებით ამ მასის ცენტრში ფრთხილად ჩასვით კალიუმის პერმანგანატის პატარა კრისტალი („კალიუმის პერმანგანატი“), კრისტალი ჩამოკიდებული დარჩება იმ ადგილას, სადაც ის დარჩა, რადგან გელი ხელს უშლის მის დაცემას. რამდენიმე წუთში კრისტალის ირგვლივ დაიწყებს ზრდას ფერადი კრისტალი. მეწამულიბურთი, დროთა განმავლობაში ის უფრო და უფრო დიდი ხდება, სანამ ქილის კედლები არ ამახინჯებს მის ფორმას. იგივე შედეგის მიღება შესაძლებელია სპილენძის სულფატის კრისტალის გამოყენებით, მხოლოდ ამ შემთხვევაში ბურთი აღმოჩნდება არა მეწამული, არამედ ლურჯი.

გასაგებია, რატომ აღმოჩნდა ბურთი: MnO 4 – იონები წარმოიქმნება კრისტალის დაშლისას, შედიან ხსნარში (გელი ძირითადად წყალია) და დიფუზიის შედეგად თანაბრად მოძრაობენ ყველა მიმართულებით, ხოლო გრავიტაცია პრაქტიკულად არ მოქმედებს დიფუზიის სიჩქარე. სითხეში დიფუზია ძალიან ნელია: ბურთის რამდენიმე სანტიმეტრით გაზრდას მრავალი საათი დასჭირდება. აირებში დიფუზია ბევრად უფრო სწრაფად მიდის, მაგრამ მაინც, თუ ჰაერი არ იყო შერეული, მაშინ სუნამოს სუნი ან ამიაკიგავრცელდა ოთახში საათობით.

ბრაუნის მოძრაობის თეორია: შემთხვევითი სიარული.

სმოლუჩოვსკი-აინშტაინის თეორია ხსნის როგორც დიფუზიის, ისე ბრაუნის მოძრაობის კანონებს. ჩვენ შეგვიძლია განვიხილოთ ეს შაბლონები დიფუზიის მაგალითის გამოყენებით. თუ მოლეკულის სიჩქარე არის u, მაშინ, სწორი ხაზით მოძრაობა, დროში ტგაივლის მანძილს ლ = ut, მაგრამ სხვა მოლეკულებთან შეჯახების გამო ეს მოლეკულა არ მოძრაობს სწორი ხაზით, არამედ განუწყვეტლივ იცვლის მოძრაობის მიმართულებას. თუ შესაძლებელი იქნებოდა მოლეკულის გზის დახატვა, ის ფუნდამენტურად არაფრით განსხვავდებოდა პერინის მიერ მიღებული ნახატებისაგან. ამ ფიგურებიდან ირკვევა, რომ ქაოტური მოძრაობის გამო მოლეკულა გადაადგილებულია მანძილით ს, მნიშვნელოვნად ნაკლებია ვიდრე ლ. ეს რაოდენობები დაკავშირებულია ურთიერთობით ს= , სადაც l არის მანძილი, რომელსაც მოლეკულა გადის ერთი შეჯახებიდან მეორეზე, საშუალო თავისუფალი გზა. გაზომვებმა აჩვენა, რომ ჰაერის მოლეკულებისთვის ნორმალური ატმოსფერული წნევის დროს l ~ 0,1 μm, რაც ნიშნავს, რომ 500 მ/წმ სიჩქარით აზოტის ან ჟანგბადის მოლეკულა მანძილს გაივლის 10000 წამში (სამ საათზე ნაკლები). ლ= 5000 კმ და გადაინაცვლებს საწყისი პოზიციიდან მხოლოდ ს= 0,7 მ (70 სმ), რის გამოც ნივთიერებები ასე ნელა მოძრაობენ დიფუზიის გამო, თუნდაც აირებში.

დიფუზიის (ან ბრაუნის ნაწილაკების გზას) მოლეკულის გზას შემთხვევითი სიარული ეწოდება. მახვილგონივრული ფიზიკოსები ხელახლა განმარტეს ეს გამოთქმა, როგორც მთვრალი - "მთვრალის გზა, მართლაც, ნაწილაკების მოძრაობა ერთი პოზიციიდან მეორეში (ან მოლეკულის გზა, რომელიც განიცდის ბევრ შეჯახებას) წააგავს მთვრალი ადამიანის მოძრაობას. ეს ანალოგია საშუალებას აძლევს ადამიანს საკმაოდ მარტივად გამოიტანოს ასეთი პროცესის ძირითადი განტოლება, რომელიც ეფუძნება ერთგანზომილებიანი მოძრაობის მაგალითს, რომლის განზოგადება ადვილია სამგანზომილებიანად.

დავუშვათ, ცბიერი მეზღვაური გვიან ღამით გამოვიდა ტავერნიდან და გაემართა ქუჩის გასწვრივ. გაიარა გზა l უახლოეს ფარანამდე, დაისვენა და წავიდა... ან უფრო შორს, შემდეგ ფარანამდე, ან უკან, ტავერნისკენ - ბოლოს და ბოლოს, მას არ ახსოვს, საიდან მოვიდა. საკითხავია, დატოვებს თუ არა ოდესმე ყაბაყს, თუ უბრალოდ დახეტიალდება, ხან მოშორდება, ხან მიუახლოვდება? (პრობლემის სხვა ვერსიაში ნათქვამია, რომ ქუჩის ორივე ბოლოში არის ჭუჭყიანი თხრილები, სადაც მთავრდება შუქნიშანი და სვამს კითხვას, შეძლებს თუ არა მეზღვაური თავიდან აიცილოს ერთ-ერთ მათგანში ჩავარდნა.) ინტუიციურად, როგორც ჩანს, მეორე პასუხი სწორია. მაგრამ ეს არასწორია: გამოდის, რომ მეზღვაური თანდათან უფრო და უფრო შორდება ნულოვან წერტილს, თუმცა ბევრად უფრო ნელა, ვიდრე მხოლოდ ერთი მიმართულებით რომ დადიოდა. აი, როგორ დავამტკიცოთ ეს.

როდესაც პირველად გაივლის უახლოეს ნათურას (მარჯვნივ ან მარცხნივ), მეზღვაური იქნება მანძილზე ს 1 = ± ლ საწყისი წერტილიდან. ვინაიდან ჩვენ გვაინტერესებს მხოლოდ მისი მანძილი ამ წერტილიდან, მაგრამ არა მისი მიმართულება, ამ გამოთქმის კვადრატში მოხსნის ნიშნებს მოვიშორებთ: ს 1 2 = ლ 2. გარკვეული დროის შემდეგ, მეზღვაურმა უკვე დაასრულა ნ"მოხეტიალე", იქნება დისტანციაზე

ს ნ= თავიდანვე. და ისევ ფეხით (ერთი მიმართულებით) უახლოეს ფარანამდე, შორს ს ნ+1 = ს ნ± l, ან გადაადგილების კვადრატის გამოყენებით, ს 2 ნ+1 = ს 2 ნ± 2 ს ნლ + ლ 2. თუ მეზღვაური ბევრჯერ გაიმეორებს ამ მოძრაობას (დან ნრომ ნ+ 1), შემდეგ საშუალოდ (ის გადის თანაბარი ალბათობით ნე ნაბიჯი მარჯვნივ ან მარცხნივ), ვადა ± 2 ს ნგავაუქმებ, ამიტომ s 2 ნ+1 = s2 ნ+ l 2> (კუთხის ფრჩხილებში მითითებულია საშუალო მნიშვნელობა L = 3600 m = 3,6 კმ, ხოლო გადაადგილება ნულოვანი წერტილიდან იმავე დროისთვის ტოლი იქნება მხოლოდ). ს= = 190 მ სამ საათში გაივლის ლ= 10,8 კმ და გადაინაცვლებს ს= 330 მ და ა.შ.

მუშაობა u l მიღებულ ფორმულაში შეიძლება შევადაროთ დიფუზიის კოეფიციენტს, რომელიც, როგორც ირლანდიელმა ფიზიკოსმა და მათემატიკოსმა ჯორჯ გაბრიელ სტოკსმა (1819–1903) აჩვენა, დამოკიდებულია ნაწილაკების ზომაზე და გარემოს სიბლანტეზე. მსგავსი მოსაზრებებიდან გამომდინარე, აინშტაინმა გამოიტანა თავისი განტოლება.

ბრაუნის მოძრაობის თეორია რეალურ ცხოვრებაში.

შემთხვევითი სიარულის თეორიას აქვს მნიშვნელოვანი პრაქტიკული გამოყენება. ისინი ამბობენ, რომ ღირსშესანიშნაობების არარსებობის შემთხვევაში (მზე, ვარსკვლავები, გზატკეცილის ხმაური ან რკინიგზადა ა.შ.) ადამიანი ხეტიალობს ტყეში, მინდორზე ქარბუქში ან სქელ ნისლში წრეებში, მუდმივად ბრუნდება ძველი ადგილი. სინამდვილეში, ის არ დადის წრეებში, მაგრამ დაახლოებით იგივე გზით მოძრაობს მოლეკულები ან ბრაუნის ნაწილაკები. მას შეუძლია დაუბრუნდეს საწყის ადგილს, მაგრამ მხოლოდ შემთხვევით. მაგრამ ის ბევრჯერ კვეთს თავის გზას. ისინი ასევე ამბობენ, რომ ქარბუქში გაყინული ადამიანები იპოვეს უახლოესი საცხოვრებლიდან ან გზიდან "რამდენიმე კილომეტრში", მაგრამ სინამდვილეში ადამიანს არ ჰქონდა ამ კილომეტრის გავლის შანსი და აი რატომ.

რომ გამოვთვალოთ რამდენს გადაინაცვლებს ადამიანი შემთხვევითი სიარულის შედეგად, უნდა იცოდეთ l-ის მნიშვნელობა, ე.ი. მანძილი, რომელსაც ადამიანს შეუძლია სწორი ხაზის გავლა ყოველგვარი ღირშესანიშნაობების გარეშე. ეს მნიშვნელობა გაზომა გეოლოგიურ და მინერალოგიურ მეცნიერებათა დოქტორმა ბ.ს. მან, რა თქმა უნდა, არ დატოვა ისინი უღრან ტყეში ან დათოვლილ მოედანზე, ყველაფერი უფრო მარტივი იყო - სტუდენტი მოათავსეს ცარიელი სტადიონის ცენტრში, თვალებმოჭუტული და სთხოვეს ფეხბურთის მოედნის ბოლომდე გაევლო სრული ჩუმად. (ბგერით ორიენტაციის გამორიცხვა). გაირკვა, რომ საშუალოდ სტუდენტი სწორ ხაზზე მხოლოდ დაახლოებით 20 მეტრს დადიოდა (იდეალური სწორი ხაზიდან გადახრა არ აღემატებოდა 5°-ს), შემდეგ კი თავდაპირველი მიმართულებიდან უფრო და უფრო დაიწყო გადახრა. ბოლოს კიდემდე შორს გაჩერდა.

მოდით, ახლა ადამიანმა იაროს (უფრო სწორად, იხეტიალოს) ტყეში 2 კილომეტრი საათში სიჩქარით (გზისთვის ეს ძალიან ნელია, მაგრამ უღრანი ტყისთვის ძალიან სწრაფია), მაშინ თუ l-ის მნიშვნელობა არის 20. მეტრს, შემდეგ საათში დაფარავს 2 კმ-ს, მაგრამ გადავა მხოლოდ 200 მ, ორ საათში - დაახლოებით 280 მ, სამ საათში - 350 მ, 4 საათში - 400 მ და ა.შ. და სწორი ხაზით მოძრაობს ქ. ასეთი სიჩქარით ადამიანი 4 საათში დაფარავს 8 კილომეტრს, შესაბამისად, საველე სამუშაოების უსაფრთხოების ინსტრუქციებში შემდეგი წესია: თუ ღირშესანიშნაობები დაიკარგება, თქვენ უნდა დარჩეთ ადგილზე, მოაწყოთ თავშესაფარი და დაელოდოთ დასასრულს. ცუდი ამინდის (შეიძლება მზე ამოვიდეს) ან დახმარებისთვის. ტყეში, ღირშესანიშნაობები - ხეები ან ბუჩქები - დაგეხმარებათ სწორი ხაზით გადაადგილებაში და ყოველ ჯერზე დაგჭირდებათ ორი ასეთი ღირშესანიშნაობა - ერთი წინ, მეორე უკან. მაგრამ, რა თქმა უნდა, უმჯობესია თან წაიღოთ კომპასი...

ილია ლენსონი

ლიტერატურა:

მარიო ლიოზი. ფიზიკის ისტორია. მ., მირი, 1970 წ
კერკერ მ. ბრაუნის მოძრაობები და მოლეკულური რეალობა 1900 წლამდე. ჟურნალი ქიმიური განათლების, 1974, ტ. 51, No12
Leenson I.A. ქიმიური რეაქციები . მ., ასტრელი, 2002 წ

შოტლანდიელმა ბოტანიკოსმა რობერტ ბრაუნმა (ზოგჯერ მისი გვარი გადაიწერება როგორც ბრაუნი) სიცოცხლის განმავლობაში, როგორც საუკეთესო მცენარეთა ექსპერტმა, მიიღო ტიტული "ბოტანიკოსთა პრინცი". მან ბევრი შესანიშნავი აღმოჩენა გააკეთა. 1805 წელს, ავსტრალიაში ოთხწლიანი ექსპედიციის შემდეგ, მან ინგლისში მეცნიერებისთვის უცნობი 4000-მდე სახეობის ავსტრალიური მცენარე ჩამოიტანა და მრავალი წელი გაატარა მათ შესწავლაში. აღწერილია ინდონეზიიდან და ცენტრალური აფრიკიდან ჩამოტანილი მცენარეები. მან შეისწავლა მცენარეთა ფიზიოლოგია და პირველად დეტალურად აღწერა მცენარეული უჯრედის ბირთვი. პეტერბურგის მეცნიერებათა აკადემიამ საპატიო წევრად აქცია. მაგრამ მეცნიერის სახელი ახლა ფართოდ არის ცნობილი არა ამ სამუშაოების გამო.

ბრაუნის დაკვირვება სხვა მეცნიერებმაც დაადასტურეს. უმცირესი ნაწილაკები ისე იქცეოდნენ, თითქოს ცოცხლები იყვნენ, ხოლო ნაწილაკების „ცეკვა“ აჩქარდა ტემპერატურის მატებასთან და ნაწილაკების ზომის შემცირებით და აშკარად შენელდა წყლის უფრო ბლანტი გარემოთი ჩანაცვლებისას. ეს საოცარი ფენომენი არასოდეს შეჩერებულა: მისი დაკვირვება რამდენ ხანს გსურდა. თავდაპირველად, ბრაუნმა ისიც კი იფიქრა, რომ ცოცხალი არსებები რეალურად მოხვდნენ მიკროსკოპის ველში, მით უმეტეს, რომ მტვერი არის მცენარეების მამრობითი რეპროდუქციული უჯრედები, მაგრამ ასევე იყო ნაწილაკები მკვდარი მცენარეებიდან, თუნდაც ჰერბარიუმებში ასი წლით ადრე გამხმარებისგან. შემდეგ ბრაუნმა იფიქრა, იყო თუ არა ეს „ცოცხალი არსებების ელემენტარული მოლეკულები“, რაზეც ისაუბრა ცნობილმა ფრანგმა ბუფონმა (1707–1788), 36 ტომიანი წიგნის ავტორი. ბუნებრივი ისტორია. ეს ვარაუდი გაქრა, როდესაც ბრაუნმა დაიწყო აშკარად უსულო საგნების გამოკვლევა; თავდაპირველად ეს იყო ნახშირის ძალიან მცირე ნაწილაკები, ასევე ჭვარტლი და მტვერი ლონდონის ჰაერიდან, შემდეგ წვრილად დაფქული არაორგანული ნივთიერებები: მინა, მრავალი სხვადასხვა მინერალი. "აქტიური მოლეკულები" ყველგან იყო: "ყოველ მინერალში", წერდა ბრაუნი, "რომლის დაფხვრაც მოვახერხე ისე, რომ შეიძლება გარკვეული დროით შეჩერდეს წყალში, ვიპოვე ეს მოლეკულები დიდი თუ ნაკლები რაოდენობით. ."

როგორც ხშირად ხდება მეცნიერებაში, მრავალი წლის შემდეგ ისტორიკოსებმა აღმოაჩინეს, რომ ჯერ კიდევ 1670 წელს, მიკროსკოპის გამომგონებელმა, ჰოლანდიელმა ანტონი ლეუვენჰუკმა, აშკარად დააფიქსირა მსგავსი ფენომენი, მაგრამ მიკროსკოპების იშვიათობა და არასრულყოფილება, იმ დროს მოლეკულური მეცნიერების ემბრიონული მდგომარეობა. არ მიიპყრო ყურადღება ლეუვენჰუკის დაკვირვებამ, ამიტომ აღმოჩენა სამართლიანად მიეწერება ბრაუნს, რომელმაც პირველმა შეისწავლა და დეტალურად აღწერა.

ბრაუნის მოძრაობა და ატომურ-მოლეკულური თეორია.

L.K Wiener-ის იდეები მიიღეს და განავითარეს არაერთმა მეცნიერმა - ზიგმუნდ ექსნერმა ავსტრიაში (და 33 წლის შემდეგ - მისმა ვაჟმა ფელიქსმა), ჯოვანი კანტონიმ იტალიაში, კარლ ვილჰელმ ნეგელიმ გერმანიაში, ლუი ჟორჟ გუიმ საფრანგეთში, სამმა ბელგიელმა. მღვდლები - იეზუიტები კარბონელი, დელსო და ტირიონი და სხვები. ამ მეცნიერთა შორის იყო მოგვიანებით ცნობილი ინგლისელი ფიზიკოსი და ქიმიკოსი უილიამ რამზი. თანდათან გაირკვა, რომ მატერიის უმცირეს მარცვლებს ყველა მხრიდან ურტყამდა კიდევ უფრო პატარა ნაწილაკები, რომლებიც უკვე აღარ ჩანდა მიკროსკოპით - ისევე როგორც ტალღები, რომლებიც შორეულ ნავს ქანაობს, ნაპირიდან არ ჩანს, ხოლო ნავის მოძრაობა. თავად საკმაოდ ნათლად ჩანს. როგორც ისინი წერდნენ 1877 წლის ერთ-ერთ სტატიაში, „...დიდი რიცხვების კანონი აღარ ამცირებს შეჯახების ეფექტს საშუალო ერთგვაროვან წნევამდე, მათი შედეგი აღარ იქნება ნულის ტოლი, არამედ მუდმივად იცვლის მის მიმართულებას და მის მიმართულებას მასშტაბები.”

ხარისხობრივად, სურათი საკმაოდ დამაჯერებელი და თუნდაც ვიზუალური იყო. პატარა ყლორტი ან ბუზი უნდა მოძრაობდეს დაახლოებით ერთნაირად, უბიძგებს (ან გამოათრევს) სხვადასხვა მიმართულებით მრავალი ჭიანჭველა. ეს პატარა ნაწილაკები რეალურად იყო მეცნიერთა ლექსიკაში, მაგრამ არავის უნახავს ისინი. მათ მოლეკულებს უწოდებდნენ; ლათინურიდან თარგმნილი ეს სიტყვა ნიშნავს "მცირე მასას". გასაოცარია, რომ ზუსტად ასე ახსნა მსგავსი ფენომენი რომაელი ფილოსოფოსი ტიტუს ლუკრეციუს კარუსი (დაახლოებით ძვ. წ. 99–55) თავის ცნობილ პოემაში. საგნების ბუნების შესახებ. მასში ის უწოდებს თვალისთვის უხილავ უმცირეს ნაწილაკებს საგნების „პირველ პრინციპებს“.

შემდგომში აღმოჩნდა, რომ ლუკრეციუსი ცდებოდა: შეუძლებელია ბრაუნის მოძრაობის დაკვირვება შეუიარაღებელი თვალით და მტვრის ნაწილაკები მზის სხივში, რომელიც შეაღწია ბნელ ოთახში „ცეკვა“ ჰაერის მორევის მოძრაობების გამო. მაგრამ გარეგნულად ორივე ფენომენს აქვს გარკვეული მსგავსება. და მხოლოდ მე-19 საუკუნეში. ბევრი მეცნიერისთვის ცხადი გახდა, რომ ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობა გამოწვეულია გარემოს მოლეკულების შემთხვევითი ზემოქმედებით. მოძრავი მოლეკულები ეჯახება მტვრის ნაწილაკებს და სხვა მყარ ნაწილაკებს, რომლებიც წყალშია. რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა, მით უფრო სწრაფია მოძრაობა. თუ მაგ. „იგრძენი“ ისინი - დაახლოებით ისეთივე, როგორც თეფშის ზომის ხის ნაჭერი არ „იგრძნობს“ მრავალი ჭიანჭველების ძალისხმევას, რომლებიც მას სხვადასხვა მიმართულებით გაიყვანენ ან უბიძგებენ. თუ მტვრის ნაწილაკი შედარებით მცირეა, ის მოძრაობს ამა თუ იმ მიმართულებით მიმდებარე მოლეკულების ზემოქმედების ქვეშ.

ბრაუნის ნაწილაკებს აქვთ 0,1–1 მკმ რიგის ზომა, ე.ი. მილიმეტრის მეათასედიდან მეათათასედამდე, რის გამოც ბრაუნმა შეძლო მათი მოძრაობის გარჩევა, რადგან ის უყურებდა ციტოპლაზმურ მარცვლებს და არა თავად მტვერს (რაზეც ხშირად შეცდომით წერენ). პრობლემა ის არის, რომ მტვრის უჯრედები ძალიან დიდია. ამრიგად, მდელოს ბალახის მტვერში, რომელსაც ქარი ატარებს და იწვევს ადამიანებში ალერგიულ დაავადებებს (თივის ცხელება), უჯრედის ზომა ჩვეულებრივ 20 - 50 მიკრონის ფარგლებშია, ე.ი. ისინი ძალიან დიდია ბრაუნის მოძრაობაზე დასაკვირვებლად. ასევე მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ბრაუნის ნაწილაკების ინდივიდუალური მოძრაობები ხდება ძალიან ხშირად და ძალიან მცირე დისტანციებზე, ასე რომ შეუძლებელია მათი დანახვა, მაგრამ მიკროსკოპის ქვეშ ჩანს მოძრაობები, რომლებიც მოხდა გარკვეული პერიოდის განმავლობაში.

როგორც ჩანს, ბრაუნის მოძრაობის არსებობის ფაქტი ცალსახად ამტკიცებდა მატერიის მოლეკულურ სტრუქტურას, მაგრამ მე-20 საუკუნის დასაწყისშიც კი. იყვნენ მეცნიერები, მათ შორის ფიზიკოსები და ქიმიკოსები, რომლებსაც არ სჯეროდათ მოლეკულების არსებობის. ატომურ-მოლეკულურმა თეორიამ მხოლოდ ნელა და გაჭირვებით მოიპოვა აღიარება. ამრიგად, წამყვანი ფრანგი ორგანული ქიმიკოსი მარსელინ ბერტელო (1827–1907) წერდა: ”მოლეკულის კონცეფცია, ჩვენი ცოდნის თვალსაზრისით, გაურკვეველია, ხოლო სხვა კონცეფცია - ატომი - წმინდა ჰიპოთეტურია”. ცნობილმა ფრანგმა ქიმიკოსმა ა.სენ-კლერ დევილმა (1818–1881) კიდევ უფრო მკაფიოდ ისაუბრა: „მე არ ვიღებ ავოგადროს კანონს, არც ატომს და არც მოლეკულას, რადგან უარს ვამბობ იმის დაჯერებაზე, რასაც ვერც ვხედავ და ვერც ვაკვირდები. ” და გერმანელი ფიზიკოსი ვილჰელმ ოსტვალდი (1853–1932), ნობელის პრემიის ლაურეატი, ფიზიკური ქიმიის ერთ-ერთი ფუძემდებელი, ჯერ კიდევ მე-20 საუკუნის დასაწყისში. მტკიცედ უარყო ატომების არსებობა. მან მოახერხა სამტომიანი ქიმიის სახელმძღვანელოს დაწერა, რომელშიც სიტყვა "ატომი" არც კი არის ნახსენები. 1904 წლის 19 აპრილს სამეფო ინსტიტუტში დიდი მოხსენებით ინგლისის ქიმიური საზოგადოების წევრებთან საუბრისას, ოსტვალდი ცდილობდა დაემტკიცებინა, რომ ატომები არ არსებობს და „რასაც ჩვენ მატერიას ვუწოდებთ არის მხოლოდ ენერგიათა კრებული, რომლებიც ერთად შეგროვებულია მოცემულობაში. ადგილი.”

მაგრამ იმ ფიზიკოსებსაც კი, რომლებმაც მიიღეს მოლეკულური თეორია, ვერ სჯეროდათ, რომ ატომურ-მოლეკულური თეორიის მართებულობა დადასტურდა ასეთი მარტივი გზით, ამიტომ ფენომენის ასახსნელად სხვადასხვა ალტერნატიული მიზეზი იქნა წამოყენებული. და ეს არის სრულიად მეცნიერების სულისკვეთებით: სანამ ფენომენის მიზეზი ცალსახად არ იქნება იდენტიფიცირებული, შესაძლებელია (და აუცილებელიც კი) ვივარაუდოთ სხვადასხვა ჰიპოთეზა, რომლებიც, თუ ეს შესაძლებელია, უნდა შემოწმდეს ექსპერიმენტულად ან თეორიულად. ასე რომ, ჯერ კიდევ 1905 წელს ბროკჰაუზისა და ეფრონის ენციკლოპედიურ ლექსიკონში გამოქვეყნდა სანქტ-პეტერბურგის ფიზიკის პროფესორის ნ.ა.გეზეჰუსის, ცნობილი აკადემიკოს A.F.Ioffe-ის მასწავლებლის მოკლე სტატია. გესეჰუსი წერდა, რომ ზოგიერთი მეცნიერის აზრით, ბრაუნის მოძრაობა გამოწვეულია „სინათლის ან სითბოს სხივებით, რომლებიც გადის სითხეში“ და იშლება „უბრალო დინებად სითხეში, რომელსაც საერთო არაფერი აქვს მოლეკულების მოძრაობასთან“ და ეს ნაკადებია. შეიძლება გამოწვეული იყოს „აორთქლების, დიფუზიის და სხვა მიზეზების გამო“. ყოველივე ამის შემდეგ, უკვე ცნობილი იყო, რომ ჰაერში მტვრის ნაწილაკების ძალიან მსგავსი მოძრაობა გამოწვეულია სწორედ მორევის ნაკადებით. მაგრამ გესეჰუსის მიერ მიცემული ახსნა ადვილად შეიძლება ექსპერიმენტულად უარყოფილიყო: თუ ძლიერი მიკროსკოპის საშუალებით დააკვირდებით ერთმანეთთან ძალიან ახლოს მდებარე ორ ბრაუნის ნაწილაკს, მათი მოძრაობები სრულიად დამოუკიდებელი აღმოჩნდება. თუ ეს მოძრაობები გამოწვეული იყო სითხეში რაიმე ნაკადით, მაშინ ასეთი მეზობელი ნაწილაკები ერთობლივად მოძრაობდნენ.

ბრაუნის მოძრაობის თეორია.

აინშტაინის მგზნებარე მიმართვაზე პასუხი არ დააყოვნა.

ნ A: ს 2 = 2RTt/ 6სთ rN A,

პერინის მიერ მიღებულმა შედეგებმა დაადასტურა აინშტაინის თეორიული დასკვნები. ძლიერი შთაბეჭდილება მოახდინა. როგორც ამერიკელი ფიზიკოსი ა. პაისი წერდა მრავალი წლის შემდეგ, „არ წყვეტთ გაოცებას ასეთი მარტივი გზით მიღებული ამ შედეგით: საკმარისია მოამზადოთ ბურთების სუსპენზია, რომლის ზომა ზომასთან შედარებით დიდია. მარტივი მოლეკულებისგან, აიღე წამზომი და მიკროსკოპი და შეგიძლია დაადგინო ავოგადროს მუდმივი!” შეიძლება ასევე გაგიკვირდეთ: ბრაუნის მოძრაობის შესახებ ახალი ექსპერიმენტების აღწერა დროდადრო ჯერ კიდევ ჩნდება სამეცნიერო ჟურნალებში (Nature, Science, Journal of Chemical Education)! პერინის შედეგების გამოქვეყნების შემდეგ, ოსტვალდმა, ატომიზმის ყოფილმა მოწინააღმდეგემ, აღიარა, რომ „ბრაუნის მოძრაობის დამთხვევა კინეტიკური ჰიპოთეზის მოთხოვნებთან... ახლა ყველაზე ფრთხილ მეცნიერს უფლებას აძლევს ისაუბროს ატომური თეორიის ექსპერიმენტულ დადასტურებაზე. მატერიის. ამრიგად, ატომური თეორია ამაღლდა მეცნიერულ, კარგად დასაბუთებულ თეორიამდე“. მას ეხმიანება ფრანგი მათემატიკოსი და ფიზიკოსი ანრი პუანკარე: „პერენის მიერ ატომების რაოდენობის ბრწყინვალე განსაზღვრამ დაასრულა ატომიზმის ტრიუმფი... ქიმიკოსთა ატომი ახლა რეალობად იქცა“.

ბრაუნის მოძრაობა და დიფუზია.

ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობა გარეგნულად ძალიან ჰგავს ცალკეული მოლეკულების მოძრაობას მათი თერმული მოძრაობის შედეგად. ამ მოძრაობას დიფუზია ეწოდება. ჯერ კიდევ სმოლუჩოვსკის და აინშტაინის მუშაობამდე, მოლეკულური მოძრაობის კანონები დამყარდა მატერიის აირისებრი მდგომარეობის უმარტივეს შემთხვევაში. აღმოჩნდა, რომ აირებში მოლეკულები ძალიან სწრაფად მოძრაობენ - ტყვიის სიჩქარით, მაგრამ მათ არ შეუძლიათ შორს ფრენა, რადგან ისინი ძალიან ხშირად ეჯახებიან სხვა მოლეკულებს. მაგალითად, ჰაერში ჟანგბადის და აზოტის მოლეკულები, რომლებიც მოძრაობენ დაახლოებით 500 მ/წმ საშუალო სიჩქარით, ყოველ წამში მილიარდზე მეტ შეჯახებას განიცდიან. მაშასადამე, მოლეკულის გზა, თუ მისი გაყოლა შესაძლებელი იქნებოდა, რთული გატეხილი ხაზი იქნებოდა. ბრაუნის ნაწილაკები ასევე აღწერენ მსგავს ტრაექტორიას, თუ მათი პოზიცია აღირიცხება გარკვეული დროის ინტერვალებით. ორივე დიფუზია და ბრაუნის მოძრაობა არის მოლეკულების ქაოტური თერმული მოძრაობის შედეგი და, შესაბამისად, აღწერილია მსგავსი მათემატიკური ურთიერთობებით. განსხვავება ისაა, რომ აირებში მოლეკულები მოძრაობენ სწორი ხაზით მანამ, სანამ სხვა მოლეკულებს არ შეეჯახებიან, რის შემდეგაც ისინი მიმართულებას იცვლიან. ბრაუნის ნაწილაკი, მოლეკულისგან განსხვავებით, არ ასრულებს არანაირ „თავისუფალ ფრენებს“, მაგრამ განიცდის ძალიან ხშირ მცირე და არარეგულარულ „რხევებს“, რის შედეგადაც იგი ქაოტურად ინაცვლებს ერთი მიმართულებით ან სხვა მიმართულებით. გამოთვლებმა აჩვენა, რომ 0,1 მიკრონი ზომის ნაწილაკისთვის, ერთი მოძრაობა ხდება წამის სამ მილიარდი ნაწილით მხოლოდ 0,5 ნმ მანძილზე (1 ნმ = 0,001 მიკრონი). როგორც ერთ-ერთი ავტორი სწორად ამბობს, ეს მოგაგონებთ ლუდის ცარიელი ქილის გადაადგილებას მოედანზე, სადაც ხალხის ბრბოა შეკრებილი.

დიფუზია მოსახერხებელია სქელ გელებში დაკვირვებისთვის. ასეთი გელის მომზადება შესაძლებელია, მაგალითად, პენიცილინის ქილაში, მასში 4–5% ჟელატინის ხსნარის მომზადებით. ჟელატინი ჯერ რამდენიმე საათის განმავლობაში უნდა ადიდებდეს, შემდეგ კი სრულად იხსნება მორევით, ქილა ცხელ წყალში ჩაშვებით. გაციების შემდეგ მიიღება უნაყოფო გელი გამჭვირვალე, ოდნავ მოღრუბლული მასის სახით. თუ ბასრი პინცეტის გამოყენებით ამ მასის ცენტრში ფრთხილად ჩასვით კალიუმის პერმანგანატის პატარა კრისტალი („კალიუმის პერმანგანატი“), კრისტალი ჩამოკიდებული დარჩება იმ ადგილას, სადაც ის დარჩა, რადგან გელი ხელს უშლის მის დაცემას. რამდენიმე წუთში იისფერი ბურთი დაიწყებს კრისტალის ირგვლივ ზრდას, ის უფრო და უფრო დიდი ხდება, სანამ ქილის კედლები არ ამახინჯებს მის ფორმას. იგივე შედეგის მიღება შესაძლებელია სპილენძის სულფატის კრისტალის გამოყენებით, მხოლოდ ამ შემთხვევაში ბურთი აღმოჩნდება არა მეწამული, არამედ ლურჯი.

გასაგებია, რატომ აღმოჩნდა ბურთი: MnO 4 – იონები წარმოიქმნება კრისტალის დაშლისას, შედიან ხსნარში (გელი ძირითადად წყალია) და დიფუზიის შედეგად თანაბრად მოძრაობენ ყველა მიმართულებით, ხოლო გრავიტაცია პრაქტიკულად არ მოქმედებს დიფუზიის სიჩქარე. სითხეში დიფუზია ძალიან ნელია: ბურთის რამდენიმე სანტიმეტრით გაზრდას მრავალი საათი დასჭირდება. აირებში დიფუზია ბევრად უფრო სწრაფია, მაგრამ მაინც, ჰაერი რომ არ შერეულიყო, ოთახში საათობით გავრცელდებოდა პარფიუმის ან ამიაკის სუნი.

ბრაუნის მოძრაობის თეორია: შემთხვევითი სიარული.

ბრაუნის მოძრაობის თეორია რეალურ ცხოვრებაში.

შემთხვევითი სიარულის თეორიას აქვს მნიშვნელოვანი პრაქტიკული გამოყენება. ისინი ამბობენ, რომ ღირშესანიშნაობების არარსებობის შემთხვევაში (მზე, ვარსკვლავები, გზატკეცილის ან რკინიგზის ხმაური და ა. ორიგინალური ადგილი. სინამდვილეში, ის არ დადის წრეებში, მაგრამ დაახლოებით იგივე გზით მოძრაობს მოლეკულები ან ბრაუნის ნაწილაკები. მას შეუძლია დაუბრუნდეს საწყის ადგილს, მაგრამ მხოლოდ შემთხვევით. მაგრამ ის ბევრჯერ კვეთს თავის გზას. ისინი ასევე ამბობენ, რომ ქარბუქში გაყინული ადამიანები იპოვეს უახლოესი საცხოვრებლიდან ან გზიდან "რამდენიმე კილომეტრში", მაგრამ სინამდვილეში ადამიანს არ ჰქონდა ამ კილომეტრის გავლის შანსი და აი რატომ.

ილია ლენსონი

ლიტერატურა:

რობერტ ბრაუნი, ცნობილი ბრიტანელი ბოტანიკოსი, დაიბადა 1773 წლის 21 დეკემბერს შოტლანდიის ქალაქ მონტროზში, სწავლობდა აბერდინში და სწავლობდა მედიცინასა და ბოტანიკას ედინბურგის უნივერსიტეტში 1789-1795 წლებში.

შრომისმოყვარეობის წყალობით საბუნებისმეტყველო მეცნიერებებიდა ბოტანიკოს ჯოზეფ ბენკსთან მეგობრობით, იგი დაინიშნა ბოტანიკოსად 1801 წელს გაგზავნილ ექსპედიციაში ავსტრალიის სანაპიროების შესასწავლად. 1805 წელს ბრაუნი დაბრუნდა ინგლისში, თან მოიყვანა ავსტრალიური მცენარეების დაახლოებით 4000 სახეობა, მრავალი ფრინველი და მინერალი და შემდგომში გამოაქვეყნა თავისი ნამუშევრები მცენარეთა სამყაროს შესახებ.

ლონდონის სამეფო საზოგადოების წევრი (1810 წლიდან). 1810 წლიდან 1820 წლამდე რობერტ ბრაუნი ხელმძღვანელობდა ლინინის ბიბლიოთეკას. 1820 წელს იგი გახდა ბიბლიოთეკარი და ბრიტანეთის მუზეუმის ბოტანიკური განყოფილების კურატორი, სადაც ბენქსის გარდაცვალების შემდეგ გადაეცა ამ უკანასკნელის კოლექციები. ამ კოლექციებისა და ბიბლიოთეკისა და მცენარეების მასის წყალობით სხვადასხვა ქვეყნიდან, რომლითაც ის ყოველთვის იყო გარშემორტყმული, ბრაუნი მცენარეების საუკეთესო ექსპერტი იყო.

ბრაუნის მოძრაობა

ეს ფენომენი, რომელიც აღმოაჩინა რ. ბრაუნმა 1827 წელს მცენარეთა მტვერზე კვლევის დროს, არის მიკროსკოპული ნაწილაკების შემთხვევითი მოძრაობა (ბრაუნის ნაწილაკები) მყარი(მტვრის ნაწილაკები, მცენარის მტვრის ნაწილაკები და სხვ.) გამოწვეული თხევადი (ან აირის) ნაწილაკების თერმული მოძრაობით. ბრაუნის მოძრაობა არის თერმული მოძრაობის არსებობის შედეგი და მტკიცებულება.

ერთხელ მან მიკროსკოპით დახედა წაგრძელებულ ციტოპლაზმურ მარცვლებს, რომლებიც იზოლირებულია ჩრდილოეთ ამერიკის მცენარის მტვრის უჯრედებიდან წყალში შეჩერებული. უცებ ბრაუნმა დაინახა, რომ უმცირესი მყარი მარცვლები, რომლებიც ძლივს ჩანდა წყლის წვეთში, გამუდმებით კანკალებდნენ და მოძრაობდნენ ადგილიდან ადგილზე. მან აღმოაჩინა, რომ ეს მოძრაობები, მისი სიტყვებით, „არ არის დაკავშირებული არც სითხეში ნაკადებთან და არც მის თანდათანობით აორთქლებასთან, არამედ თანდაყოლილია თავად ნაწილაკებში“.

მცენარეული უჯრედის ბირთვები

ბრაუნმა პირველმა დაადგინა ბირთვი მცენარის უჯრედში და გამოაქვეყნა ეს ინფორმაცია 1831 წელს. მან მას დაარქვა სახელი "ბირთვი", ანუ "არეოლა". პირველი ტერმინი საყოველთაოდ მიღებული გახდა და დღემდე შემორჩენილია, მაგრამ მეორე ფართოდ არ გამოიყენებოდა და დავიწყებას მიეცა. ძალიან მნიშვნელოვანია, რომ ბრაუნი დაჟინებით მოითხოვდა ბირთვის მუდმივ არსებობას ყველა ცოცხალ უჯრედში.

ბრაუნის აღმოჩენა.

შოტლანდიელმა ბოტანიკოსმა რობერტ ბრაუნმა (ზოგჯერ მისი გვარი გადაიწერება როგორც ბრაუნი) სიცოცხლის განმავლობაში, როგორც საუკეთესო მცენარეთა ექსპერტმა, მიიღო ტიტული "ბოტანიკოსთა პრინცი". მან ბევრი შესანიშნავი აღმოჩენა გააკეთა. 1805 წელს, ავსტრალიაში ოთხწლიანი ექსპედიციის შემდეგ, მან ინგლისში მეცნიერებისთვის უცნობი 4000-მდე სახეობის ავსტრალიური მცენარე ჩამოიტანა და მრავალი წელი გაატარა მათ შესწავლაში. აღწერილია ინდონეზიიდან და ცენტრალური აფრიკიდან ჩამოტანილი მცენარეები. მან შეისწავლა მცენარეთა ფიზიოლოგია და პირველად დეტალურად აღწერა მცენარეული უჯრედის ბირთვი. პეტერბურგის მეცნიერებათა აკადემიამ საპატიო წევრად აქცია. მაგრამ მეცნიერის სახელი ახლა ფართოდ არის ცნობილი არა ამ სამუშაოების გამო.

1827 წელს ბრაუნმა ჩაატარა კვლევა მცენარეთა მტვრის შესახებ. მას განსაკუთრებით აინტერესებდა, როგორ მონაწილეობს მტვერი განაყოფიერების პროცესში. ერთხელ, მიკროსკოპის ქვეშ, მან გამოიკვლია ჩრდილოეთ ამერიკის მცენარის Clarkia pulchella-ს მტვრის უჯრედებიდან წყალში შეჩერებული წაგრძელებული ციტოპლაზმური მარცვლები. უცებ ბრაუნმა დაინახა, რომ უმცირესი მყარი მარცვლები, რომლებიც ძლივს ჩანდა წყლის წვეთში, გამუდმებით კანკალებდნენ და მოძრაობდნენ ადგილიდან ადგილზე. მან აღმოაჩინა, რომ ეს მოძრაობები, მისი სიტყვებით, „არ არის დაკავშირებული არც სითხეში ნაკადებთან და არც მის თანდათანობით აორთქლებასთან, არამედ თანდაყოლილია თავად ნაწილაკებში“.

ბრაუნის დაკვირვება სხვა მეცნიერებმაც დაადასტურეს. უმცირესი ნაწილაკები ისე იქცეოდნენ, თითქოს ცოცხლები იყვნენ, ხოლო ნაწილაკების „ცეკვა“ აჩქარდა ტემპერატურის მატებასთან და ნაწილაკების ზომის შემცირებით და აშკარად შენელდა წყლის უფრო ბლანტი გარემოთი ჩანაცვლებისას. ეს საოცარი ფენომენი არასოდეს შეჩერებულა: მისი დაკვირვება რამდენ ხანს გსურდა. თავდაპირველად, ბრაუნმა ისიც კი იფიქრა, რომ ცოცხალი არსებები რეალურად მოხვდნენ მიკროსკოპის ველში, მით უმეტეს, რომ მტვერი არის მცენარეების მამრობითი რეპროდუქციული უჯრედები, მაგრამ ასევე იყო ნაწილაკები მკვდარი მცენარეებიდან, თუნდაც ჰერბარიუმებში ასი წლით ადრე გამხმარებისგან. შემდეგ ბრაუნმა დაფიქრდა, იყო თუ არა ეს „ცოცხალი არსებების ელემენტარული მოლეკულები“, რომლებზეც ისაუბრა ცნობილმა ფრანგმა ნატურალისტმა ჟორჟ ბუფონმა (1707–1788), 36 ტომიანი ბუნებრივი ისტორიის ავტორი. ეს ვარაუდი გაქრა, როდესაც ბრაუნმა დაიწყო აშკარად უსულო საგნების გამოკვლევა; თავდაპირველად ეს იყო ნახშირის ძალიან მცირე ნაწილაკები, ასევე ჭვარტლი და მტვერი ლონდონის ჰაერიდან, შემდეგ წვრილად დაფქული არაორგანული ნივთიერებები: მინა, მრავალი სხვადასხვა მინერალი. "აქტიური მოლეკულები" ყველგან იყო: "ყოველ მინერალში", წერდა ბრაუნი, "რომლის დაფხვრაც მოვახერხე ისე, რომ შეიძლება გარკვეული დროით შეჩერდეს წყალში, ვიპოვე ეს მოლეკულები დიდი თუ ნაკლები რაოდენობით. ."

ბრაუნის მოძრაობა და ატომურ-მოლეკულური თეორია.

ბრაუნის მოძრაობის ახსნა (როგორც ამ ფენომენს უწოდეს) უხილავი მოლეკულების მოძრაობით იქნა მოცემული მხოლოდ მე-19 საუკუნის ბოლო მეოთხედში, მაგრამ მაშინვე არ იქნა მიღებული ყველა მეცნიერის მიერ. 1863 წელს, აღწერითი გეომეტრიის მასწავლებელმა კარლსრუედან (გერმანია), ლუდვიგ კრისტიან ვინერმა (1826–1896), ვარაუდობდა, რომ ეს ფენომენი დაკავშირებულია უხილავი ატომების რხევად მოძრაობასთან. ეს იყო ბრაუნის მოძრაობის პირველი, თუმცა ძალიან შორს თანამედროვე ახსნა ატომებისა და მოლეკულების თვისებებით. მნიშვნელოვანია, რომ ვინერმა დაინახა შესაძლებლობა, გამოეყენებინა ეს ფენომენი მატერიის სტრუქტურის საიდუმლოებებში შესაღწევად. ის იყო პირველი, ვინც სცადა გაეზომა ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობის სიჩქარე და მისი დამოკიდებულება მათ ზომაზე. საინტერესოა, რომ 1921 წელს, ამერიკის შეერთებული შტატების მეცნიერებათა ეროვნული აკადემიის შრომებში, გამოქვეყნდა ნაშრომი სხვა ვინერის, კიბერნეტიკის ცნობილი დამფუძნებლის, ნორბერტის ბრაუნის მოძრაობის შესახებ.

L.K Wiener-ის იდეები მიიღეს და განავითარეს არაერთმა მეცნიერმა - ზიგმუნდ ექსნერმა ავსტრიაში (და 33 წლის შემდეგ - მისმა ვაჟმა ფელიქსმა), ჯოვანი კანტონიმ იტალიაში, კარლ ვილჰელმ ნეგელიმ გერმანიაში, ლუი ჟორჟ გუიმ საფრანგეთში, სამმა ბელგიელმა. მღვდლები - იეზუიტები კარბონელი, დელსო და ტირიონი და სხვები. ამ მეცნიერთა შორის იყო მოგვიანებით ცნობილი ინგლისელი ფიზიკოსი და ქიმიკოსი უილიამ რამზი. თანდათან გაირკვა, რომ მატერიის უმცირეს მარცვლებს ყველა მხრიდან ურტყამდა კიდევ უფრო პატარა ნაწილაკები, რომლებიც უკვე აღარ ჩანდა მიკროსკოპით - ისევე როგორც ტალღები, რომლებიც შორეულ ნავს ქანაობს, ნაპირიდან არ ჩანს, ხოლო ნავის მოძრაობა. თავად საკმაოდ ნათლად ჩანს. როგორც ისინი წერდნენ 1877 წლის ერთ-ერთ სტატიაში, „...დიდი რიცხვების კანონი აღარ ამცირებს შეჯახების ეფექტს საშუალო ერთგვაროვან წნევამდე, მათი შედეგი აღარ იქნება ნულის ტოლი, არამედ მუდმივად იცვლის მის მიმართულებას და მის მიმართულებას მასშტაბები.”

ხარისხობრივად, სურათი საკმაოდ დამაჯერებელი და თუნდაც ვიზუალური იყო. პატარა ყლორტი ან ბუზი უნდა მოძრაობდეს დაახლოებით ერთნაირად, უბიძგებს (ან გამოათრევს) სხვადასხვა მიმართულებით მრავალი ჭიანჭველა. ეს პატარა ნაწილაკები რეალურად იყო მეცნიერთა ლექსიკაში, მაგრამ არავის უნახავს ისინი. მათ მოლეკულებს უწოდებდნენ; ლათინურიდან თარგმნილი ეს სიტყვა ნიშნავს "მცირე მასას". საოცარია, მაგრამ ზუსტად ასე ახსნა მსგავს ფენომენს რომაელი ფილოსოფოსი ტიტუს ლუკრეციუს კარუსი (დაახლ. ძვ. წ. 99–55) თავის ცნობილ პოემაში „ნივთების ბუნების შესახებ“. მასში ის უწოდებს თვალისთვის უხილავ უმცირეს ნაწილაკებს საგნების „პირველ პრინციპებს“.

საგნების პრინციპები ჯერ თვითონ მოძრაობენ,

მათ შემდეგ არის სხეულები მათი უმცირესი კომბინაციიდან,

მიუახლოვდით, თითქოსდა, ძალით პირველ პრინციპებთან,

მათგან დამალული, შოკის მიღებით, ისინი იწყებენ ბრძოლას,

თავად გადაადგილდებიან, შემდეგ კი ხელს უწყობენ უფრო დიდ სხეულებს.

ასე რომ, თავიდან დაწყებული, მოძრაობა ნელ-ნელა

ის ეხება ჩვენს გრძნობებს და ასევე ხილული ხდება

ჩვენთვის და მტვრის ლაქებში, რომლებიც მზის შუქზე მოძრაობენ,

მიუხედავად იმისა, რომ კანკალი, საიდანაც ის ხდება, შეუმჩნეველია...

ბრაუნის ნაწილაკებს აქვთ 0,1–1 მკმ რიგის ზომა, ე.ი. მილიმეტრის მეათასედიდან მეათათასედამდე, რის გამოც ბრაუნმა შეძლო მათი მოძრაობის გარჩევა, რადგან ის უყურებდა ციტოპლაზმურ მარცვლებს და არა თავად მტვერს (რაზეც ხშირად შეცდომით წერენ). პრობლემა ის არის, რომ მტვრის უჯრედები ძალიან დიდია. ამრიგად, მდელოს ბალახის მტვერში, რომელსაც ქარი ატარებს და იწვევს ადამიანებში ალერგიულ დაავადებებს (თივის ცხელება), უჯრედის ზომა ჩვეულებრივ 20 - 50 მიკრონის ფარგლებშია, ე.ი. ისინი ძალიან დიდია ბრაუნის მოძრაობაზე დასაკვირვებლად. ასევე მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ბრაუნის ნაწილაკების ინდივიდუალური მოძრაობები ხდება ძალიან ხშირად და ძალიან მცირე დისტანციებზე, ასე რომ შეუძლებელია მათი დანახვა, მაგრამ მიკროსკოპის ქვეშ ჩანს მოძრაობები, რომლებიც მოხდა გარკვეული პერიოდის განმავლობაში.

როგორც ჩანს, ბრაუნის მოძრაობის არსებობის ფაქტი ცალსახად ამტკიცებდა მატერიის მოლეკულურ სტრუქტურას, მაგრამ მე-20 საუკუნის დასაწყისშიც კი. იყვნენ მეცნიერები, მათ შორის ფიზიკოსები და ქიმიკოსები, რომლებსაც არ სჯეროდათ მოლეკულების არსებობის. ატომურ-მოლეკულურმა თეორიამ მხოლოდ ნელა და გაჭირვებით მოიპოვა აღიარება. ამრიგად, წამყვანი ფრანგი ორგანული ქიმიკოსი მარსელინ ბერტელო (1827–1907) წერდა: ”მოლეკულის კონცეფცია, ჩვენი ცოდნის თვალსაზრისით, გაურკვეველია, ხოლო სხვა კონცეფცია - ატომი - წმინდა ჰიპოთეტურია”. ცნობილმა ფრანგმა ქიმიკოსმა ა.სენ-კლერ დევილმა (1818–1881) კიდევ უფრო მკაფიოდ ისაუბრა: „არ ვიღებ ავოგადროს კანონს, არც ატომს და არც მოლეკულას, რადგან უარს ვამბობ იმის დაჯერებაზე, რასაც ვერც ვხედავ და ვერც ვაკვირდები. ” და გერმანელი ფიზიკოსი ვილჰელმ ოსტვალდი (1853–1932), ნობელის პრემიის ლაურეატი, ფიზიკური ქიმიის ერთ-ერთი ფუძემდებელი, ჯერ კიდევ მე-20 საუკუნის დასაწყისში. მტკიცედ უარყო ატომების არსებობა. მან მოახერხა სამტომიანი ქიმიის სახელმძღვანელოს დაწერა, რომელშიც სიტყვა "ატომი" არც კი არის ნახსენები. 1904 წლის 19 აპრილს სამეფო ინსტიტუტში დიდი მოხსენებით ინგლისის ქიმიური საზოგადოების წევრებთან საუბრისას, ოსტვალდი ცდილობდა დაემტკიცებინა, რომ ატომები არ არსებობს და „რასაც ჩვენ მატერიას ვუწოდებთ არის მხოლოდ ენერგიათა კრებული, რომლებიც ერთად შეგროვებულია მოცემულობაში. ადგილი.”

მაგრამ იმ ფიზიკოსებსაც კი, რომლებმაც მიიღეს მოლეკულური თეორია, ვერ სჯეროდათ, რომ ატომურ-მოლეკულური თეორიის მართებულობა დადასტურდა ასეთი მარტივი გზით, ამიტომ ფენომენის ასახსნელად სხვადასხვა ალტერნატიული მიზეზი იქნა წამოყენებული. და ეს არის სრულიად მეცნიერების სულისკვეთებით: სანამ ფენომენის მიზეზი ცალსახად არ იქნება იდენტიფიცირებული, შესაძლებელია (და აუცილებელიც კი) ვივარაუდოთ სხვადასხვა ჰიპოთეზა, რომლებიც, თუ ეს შესაძლებელია, უნდა შემოწმდეს ექსპერიმენტულად ან თეორიულად. ამგვარად, ჯერ კიდევ 1905 წელს ბროკჰაუზისა და ეფრონის ენციკლოპედიურ ლექსიკონში გამოქვეყნდა პეტერბურგის ფიზიკის პროფესორის ნ.ა.გეზეჰუსის, ცნობილი აკადემიკოს A.F.Ioffe-ის მასწავლებლის მოკლე სტატია. გესეჰუსი წერდა, რომ ზოგიერთი მეცნიერის აზრით, ბრაუნის მოძრაობა გამოწვეულია „სინათლის ან სითბოს სხივებით, რომლებიც გადის სითხეში“ და იშლება „უბრალო დინებად სითხეში, რომელსაც საერთო არაფერი აქვს მოლეკულების მოძრაობასთან“ და ეს ნაკადებია. შეიძლება გამოწვეული იყოს „აორთქლების, დიფუზიის და სხვა მიზეზების გამო“. ყოველივე ამის შემდეგ, უკვე ცნობილი იყო, რომ ჰაერში მტვრის ნაწილაკების ძალიან მსგავსი მოძრაობა გამოწვეულია სწორედ მორევის ნაკადებით. მაგრამ გესეჰუსის მიერ მიცემული ახსნა ადვილად შეიძლება ექსპერიმენტულად უარყოფილიყო: თუ ძლიერი მიკროსკოპის საშუალებით დააკვირდებით ერთმანეთთან ძალიან ახლოს მდებარე ორ ბრაუნის ნაწილაკს, მათი მოძრაობები სრულიად დამოუკიდებელი აღმოჩნდება. თუ ეს მოძრაობები გამოწვეული იყო სითხეში რაიმე ნაკადით, მაშინ ასეთი მეზობელი ნაწილაკები ერთობლივად მოძრაობდნენ.

ბრაუნის მოძრაობის თეორია.

მე-20 საუკუნის დასაწყისში. მეცნიერთა უმეტესობას ესმოდა ბრაუნის მოძრაობის მოლეკულური ბუნება. მაგრამ ყველა ახსნა დარჩა წმინდა ხარისხობრივად, ვერც ერთი რაოდენობრივი თეორია ვერ გაუძლებდა ექსპერიმენტულ ტესტირებას. გარდა ამისა, თავად ექსპერიმენტის შედეგები გაურკვეველი იყო: ფანტასტიკური ფანტასტიკური სპექტაკლი აჩქარებული ნაწილაკების ჰიპნოზირებას ახდენდა ექსპერიმენტატორებს და მათ არ იცოდნენ, თუ რა მახასიათებლების გაზომვა იყო საჭირო ფენომენისთვის.
მიუხედავად აშკარა სრული აშლილობისა, მაინც შესაძლებელი იყო ბრაუნის ნაწილაკების შემთხვევითი მოძრაობების აღწერა მათემატიკური ურთიერთობით. პირველად ბრაუნის მოძრაობის მკაცრი ახსნა 1904 წელს მისცა პოლონელმა ფიზიკოსმა მარიან სმოლუჩოვსკიმ (1872–1917), რომელიც იმ წლებში მუშაობდა ლვოვის უნივერსიტეტში. ამავდროულად, ამ ფენომენის თეორია შეიმუშავა ალბერტ აინშტაინმა (1879–1955), მაშინდელი ნაკლებად ცნობილი მე-2 კლასის ექსპერტი შვეიცარიის ქალაქ ბერნის საპატენტო ოფისში. მისი სტატია, რომელიც გამოქვეყნდა 1905 წლის მაისში, გერმანულ ჟურნალში Annalen der Physik, ერქვა მოსვენებულ სითხეში შეჩერებული ნაწილაკების მოძრაობის შესახებ, რაც მოთხოვნილი იყო სითბოს მოლეკულური კინეტიკური თეორიით. ამ სახელით აინშტაინს სურდა ეჩვენებინა, რომ მატერიის სტრუქტურის მოლეკულური კინეტიკური თეორია აუცილებლად გულისხმობს სითხეებში უმცირესი მყარი ნაწილაკების შემთხვევითი მოძრაობის არსებობას.

აინშტაინის მგზნებარე მიმართვაზე პასუხი არ დააყოვნა.

სმოლუჩოვსკი-აინშტაინის თეორიის მიხედვით, ბრაუნის ნაწილაკების (s2) კვადრატული გადაადგილების საშუალო მნიშვნელობა t დროის განმავლობაში პირდაპირპროპორციულია T ტემპერატურისა და უკუპროპორციულია სითხის h სიბლანტის, ნაწილაკების ზომაზე r და ავოგადროს მუდმივზე.

NA: s2 = 2RTt/6phrNA,

სადაც R არის გაზის მუდმივი. ასე რომ, თუ 1 წუთში 1 მიკრონი დიამეტრის ნაწილაკი მოძრაობს 10 მიკრონი, მაშინ 9 წუთში - 10 = 30 მიკრონი, 25 წუთში - 10 = 50 მიკრონი და ა.შ. მსგავს პირობებში, 0,25 მკმ დიამეტრის მქონე ნაწილაკი დროის იმავე პერიოდებში (1, 9 და 25 წთ) იმოძრავებს შესაბამისად 20, 60 და 100 μm-ით, ვინაიდან = 2. მნიშვნელოვანია, რომ ზემოაღნიშნული ფორმულა მოიცავს ავოგადროს მუდმივი, რომელიც ამდენად, შეიძლება განისაზღვროს ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობის რაოდენობრივი გაზომვებით, რაც გააკეთა ფრანგმა ფიზიკოსმა ჟან ბატისტ პერენმა (1870–1942).

1908 წელს პერინმა დაიწყო რაოდენობრივი დაკვირვება ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობაზე მიკროსკოპის ქვეშ. მან გამოიყენა 1902 წელს გამოგონილი ულტრამიკროსკოპი, რამაც შესაძლებელი გახადა უმცირესი ნაწილაკების აღმოჩენა მძლავრი გვერდითი განათების საშუალებით მათზე სინათლის გაფანტვით. პერინმა მიიღო თითქმის სფერული ფორმის და დაახლოებით იგივე ზომის პაწაწინა ბურთულები რეზინისგან, ზოგიერთი ტროპიკული ხის შედედებული წვენისგან (იგი ასევე გამოიყენება როგორც ყვითელი აკვარელის საღებავი). ეს პატარა მძივები შეჩერებულია გლიცეროლში, რომელიც შეიცავს 12% წყალს; ბლანტი სითხე ხელს უშლიდა მასში შიდა ნაკადების გაჩენას, რაც სურათს დაბინდავდა. წამზომით შეიარაღებული პერინი აღნიშნავდა და შემდეგ ხაზს უსვამდა (რა თქმა უნდა, დიდად გადიდებული მასშტაბით) გრაფიკულ ფურცელზე ნაწილაკების პოზიციას რეგულარული ინტერვალებით, მაგალითად, ყოველ ნახევარ წუთში. მიღებული წერტილების სწორ ხაზებთან შეერთებით მან მიიღო რთული ტრაექტორიები, რომელთაგან ზოგიერთი ნაჩვენებია ფიგურაში (ისინი აღებულია პერინის წიგნიდან 1920 წელს პარიზში გამოქვეყნებული ატომი). ნაწილაკების ასეთი ქაოტური, უწესრიგო მოძრაობა იწვევს იმ ფაქტს, რომ ისინი სივრცეში მოძრაობენ საკმაოდ ნელა: სეგმენტების ჯამი გაცილებით მეტია, ვიდრე ნაწილაკების გადაადგილება პირველი წერტილიდან ბოლომდე.

ბრაუნის სამი ნაწილაკის თანმიმდევრული პოზიციები ყოველ 30 წამში - რეზინის ბურთულები დაახლოებით 1 მიკრონი ზომით. ერთი უჯრედი შეესაბამება 3 μm მანძილს.
ბრაუნის სამი ნაწილაკის თანმიმდევრული პოზიციები ყოველ 30 წამში - რეზინის ბურთულები დაახლოებით 1 მიკრონი ზომით. ერთი უჯრედი შეესაბამება 3 μm მანძილს. თუ პერინს შეეძლო ბრაუნის ნაწილაკების პოზიციის დადგენა არა 30, არამედ 3 წამის შემდეგ, მაშინ სწორი ხაზები თითოეულ მეზობელ წერტილებს შორის გადაიქცევა იმავე რთულ ზიგზაგ გატეხილ ხაზად, მხოლოდ უფრო მცირე მასშტაბით.

თეორიული ფორმულისა და მისი შედეგების გამოყენებით, პერინმა მიიღო იმ დროისთვის ავოგადროს რიცხვის საკმაოდ ზუსტი მნიშვნელობა: 6.8.1023. პერინმა ასევე გამოიყენა მიკროსკოპი ბრაუნის ნაწილაკების ვერტიკალური განაწილების შესასწავლად (იხ. ავოგადროს კანონი) და აჩვენა, რომ მიუხედავად გრავიტაციის მოქმედებისა, ისინი რჩებიან შეჩერებულნი ხსნარში. პერინს ეკუთვნის სხვა მნიშვნელოვანი ნამუშევრებიც. 1895 წელს მან დაამტკიცა, რომ კათოდური სხივები უარყოფითი ელექტრული მუხტებია (ელექტრონები) და 1901 წელს მან პირველად შემოგვთავაზა ატომის პლანეტარული მოდელი. 1926 წელს მიენიჭა ნობელის პრემია ფიზიკაში.

პერინის მიერ მიღებულმა შედეგებმა დაადასტურა აინშტაინის თეორიული დასკვნები. ძლიერი შთაბეჭდილება მოახდინა. როგორც ამერიკელი ფიზიკოსი ა. პაისი წერდა მრავალი წლის შემდეგ, „არ წყვეტთ გაოცებას ასეთი მარტივი გზით მიღებული ამ შედეგით: საკმარისია მოამზადოთ ბურთების სუსპენზია, რომლის ზომა ზომასთან შედარებით დიდია. მარტივი მოლეკულებისგან, აიღე წამზომი და მიკროსკოპი და შეგიძლია დაადგინო ავოგადროს მუდმივი!” შეიძლება ასევე გაგიკვირდეთ: ბრაუნის მოძრაობის შესახებ ახალი ექსპერიმენტების აღწერა დროდადრო ჯერ კიდევ ჩნდება სამეცნიერო ჟურნალებში (Nature, Science, Journal of Chemical Education)! პერინის შედეგების გამოქვეყნების შემდეგ, ოსტვალდმა, ატომიზმის ყოფილმა მოწინააღმდეგემ, აღიარა, რომ „ბრაუნის მოძრაობის დამთხვევა კინეტიკური ჰიპოთეზის მოთხოვნებთან... ახლა ყველაზე ფრთხილ მეცნიერს უფლებას აძლევს ისაუბროს ატომური თეორიის ექსპერიმენტულ დადასტურებაზე. მატერიის. ამრიგად, ატომური თეორია ამაღლდა მეცნიერულ, კარგად დასაბუთებულ თეორიამდე“. მას ეხმიანება ფრანგი მათემატიკოსი და ფიზიკოსი ანრი პუანკარე: „პერენის მიერ ატომების რაოდენობის ბრწყინვალე განსაზღვრამ დაასრულა ატომიზმის ტრიუმფი... ქიმიკოსთა ატომი ახლა რეალობად იქცა“.

ბრაუნის მოძრაობა და დიფუზია.

ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობა გარეგნულად ძალიან ჰგავს ცალკეული მოლეკულების მოძრაობას მათი თერმული მოძრაობის შედეგად. ამ მოძრაობას დიფუზია ეწოდება. ჯერ კიდევ სმოლუჩოვსკის და აინშტაინის მუშაობამდე, მოლეკულური მოძრაობის კანონები დამყარდა მატერიის აირისებრი მდგომარეობის უმარტივეს შემთხვევაში. აღმოჩნდა, რომ აირებში მოლეკულები ძალიან სწრაფად მოძრაობენ - ტყვიის სიჩქარით, მაგრამ მათ არ შეუძლიათ შორს ფრენა, რადგან ისინი ძალიან ხშირად ეჯახებიან სხვა მოლეკულებს. მაგალითად, ჰაერში ჟანგბადის და აზოტის მოლეკულები, რომლებიც მოძრაობენ დაახლოებით 500 მ/წმ საშუალო სიჩქარით, ყოველ წამში მილიარდზე მეტ შეჯახებას განიცდიან. მაშასადამე, მოლეკულის გზა, თუ მისი გაყოლა შესაძლებელი იქნებოდა, რთული გატეხილი ხაზი იქნებოდა. ბრაუნის ნაწილაკები ასევე აღწერენ მსგავს ტრაექტორიას, თუ მათი პოზიცია აღირიცხება გარკვეული დროის ინტერვალებით. ორივე დიფუზია და ბრაუნის მოძრაობა არის მოლეკულების ქაოტური თერმული მოძრაობის შედეგი და, შესაბამისად, აღწერილია მსგავსი მათემატიკური ურთიერთობებით. განსხვავება ისაა, რომ აირებში მოლეკულები მოძრაობენ სწორი ხაზით მანამ, სანამ სხვა მოლეკულებს არ შეეჯახებიან, რის შემდეგაც ისინი მიმართულებას იცვლიან. ბრაუნის ნაწილაკი, მოლეკულისგან განსხვავებით, არ ასრულებს არანაირ „თავისუფალ ფრენებს“, მაგრამ განიცდის ძალიან ხშირ მცირე და არარეგულარულ „რხევებს“, რის შედეგადაც იგი ქაოტურად ინაცვლებს ერთი მიმართულებით ან სხვა მიმართულებით. გამოთვლებმა აჩვენა, რომ 0,1 მიკრონი ზომის ნაწილაკისთვის, ერთი მოძრაობა ხდება წამის სამ მილიარდი ნაწილით მხოლოდ 0,5 ნმ მანძილზე (1 ნმ = 0,001 მიკრონი). როგორც ერთ-ერთი ავტორი სწორად ამბობს, ეს მოგაგონებთ ლუდის ცარიელი ქილის გადაადგილებას მოედანზე, სადაც ხალხის ბრბოა შეკრებილი.
დიფუზიის დაკვირვება ბევრად უფრო ადვილია, ვიდრე ბრაუნის მოძრაობა, რადგან მას არ სჭირდება მიკროსკოპი: მოძრაობები შეინიშნება არა ცალკეულ ნაწილაკებზე, არამედ მათ უზარმაზარ მასებზე, თქვენ უბრალოდ უნდა დარწმუნდეთ, რომ დიფუზია არ არის გადანაწილებული კონვექციით - მატერიის შერევით. მორევის ნაკადების შედეგი (ასეთი ნაკადები ადვილად შესამჩნევია, ფერადი ხსნარის წვეთი, როგორიცაა მელანი, ჩადეთ ჭიქა ცხელ წყალში).

დიფუზია მოსახერხებელია სქელ გელებში დაკვირვებისთვის. ასეთი გელის მომზადება შესაძლებელია, მაგალითად, პენიცილინის ქილაში, მასში 4–5% ჟელატინის ხსნარის მომზადებით. ჟელატინი ჯერ რამდენიმე საათის განმავლობაში უნდა ადიდებდეს, შემდეგ კი სრულად იხსნება მორევით, ქილა ცხელ წყალში ჩაშვებით. გაციების შემდეგ მიიღება უნაყოფო გელი გამჭვირვალე, ოდნავ მოღრუბლული მასის სახით. თუ ბასრი პინცეტის გამოყენებით ამ მასის ცენტრში ფრთხილად ჩასვით კალიუმის პერმანგანატის პატარა კრისტალი („კალიუმის პერმანგანატი“), კრისტალი ჩამოკიდებული დარჩება იმ ადგილას, სადაც ის დარჩა, რადგან გელი ხელს უშლის მის დაცემას. რამდენიმე წუთში იისფერი ბურთი დაიწყებს კრისტალის ირგვლივ ზრდას, ის უფრო და უფრო დიდი ხდება, სანამ ქილის კედლები არ ამახინჯებს მის ფორმას. იგივე შედეგის მიღება შესაძლებელია სპილენძის სულფატის კრისტალის გამოყენებით, მხოლოდ ამ შემთხვევაში ბურთი აღმოჩნდება არა მეწამული, არამედ ლურჯი.

გასაგებია, რატომ აღმოჩნდა ბურთი: ბროლის დაშლის დროს წარმოქმნილი MnO4– იონები გადადიან ხსნარში (გელი ძირითადად წყალია) და დიფუზიის შედეგად თანაბრად მოძრაობენ ყველა მიმართულებით, ხოლო გრავიტაციას პრაქტიკულად არანაირი ეფექტი არ აქვს. დიფუზიის სიჩქარეზე. სითხეში დიფუზია ძალიან ნელია: ბურთის რამდენიმე სანტიმეტრით გაზრდას მრავალი საათი დასჭირდება. აირებში დიფუზია ბევრად უფრო სწრაფია, მაგრამ მაინც, ჰაერი რომ არ შერეულიყო, ოთახში საათობით გავრცელდებოდა პარფიუმის ან ამიაკის სუნი.

ბრაუნის მოძრაობის თეორია: შემთხვევითი სიარული.

სმოლუჩოვსკი-აინშტაინის თეორია ხსნის როგორც დიფუზიის, ისე ბრაუნის მოძრაობის კანონებს. ჩვენ შეგვიძლია განვიხილოთ ეს შაბლონები დიფუზიის მაგალითის გამოყენებით. თუ მოლეკულის სიჩქარე არის u, მაშინ, სწორი ხაზით მოძრაობს, ის დაფარავს მანძილს L = ut დროში t, მაგრამ სხვა მოლეკულებთან შეჯახების გამო ეს მოლეკულა არ მოძრაობს სწორი ხაზით, მაგრამ მუდმივად იცვლება. მისი მოძრაობის მიმართულება. თუ შესაძლებელი იქნებოდა მოლეკულის გზის დახატვა, ის ფუნდამენტურად არაფრით განსხვავდებოდა პერინის მიერ მიღებული ნახატებისაგან. ასეთი ფიგურებიდან ირკვევა, რომ ქაოტური მოძრაობის გამო, მოლეკულა გადაადგილებულია s მანძილით, L-ზე მნიშვნელოვნად ნაკლები. სხვა, საშუალო უფასო გზა. გაზომვებმა აჩვენა, რომ ნორმალური ატმოსფერული წნევის დროს ჰაერის მოლეკულებისთვის l ~ 0,1 μm, რაც ნიშნავს, რომ 500 მ/წმ სიჩქარით აზოტის ან ჟანგბადის მოლეკულა გაფრინდება 10000 წამში (სამ საათზე ნაკლებ) მანძილზე L = 5000 კმ და გადაადგილება საწყისი პოზიციებიდან მხოლოდ s = 0,7 მ (70 სმ), რის გამოც ნივთიერებები ასე ნელა მოძრაობენ დიფუზიის გამო, თუნდაც გაზებში.

პირველად რომ გაიაროს უახლოეს ფარანამდე (მარჯვნივ ან მარცხნივ), მეზღვაური აღმოჩნდება საწყისი წერტილიდან s1 = ± l მანძილზე. ვინაიდან ჩვენ გვაინტერესებს მხოლოდ მისი მანძილი ამ წერტილიდან, მაგრამ არა მისი მიმართულება, ამ გამოთქმის კვადრატში გაყვანის გზით მოვიშორებთ ნიშნებს: s12 = l2. გარკვეული პერიოდის შემდეგ, მეზღვაური, რომელმაც უკვე დაასრულა N "ხეტიალი", იქნება დისტანციაზე

SN = დასაწყისიდან. და ისევ (ერთი მიმართულებით) უახლოეს ნათურაზე გადასვლის შემდეგ, მანძილიდან sN+1 = sN ± l, ან გადაადგილების კვადრატის გამოყენებით, s2N+1 = s2N ±2sN l + l2. თუ მეზღვაური ბევრჯერ გაიმეორებს ამ მოძრაობას (N-დან N + 1-მდე), მაშინ საშუალოდ გაანგარიშების შედეგად (იგი თანაბარი ალბათობით დგამს N-ე ნაბიჯს მარჯვნივ ან მარცხნივ) ტერმინი ±2sNl შემცირდება, ასე რომ. რომ (კუთხის ფრჩხილებში მითითებულია საშუალო მნიშვნელობა).

ვინაიდან s12 = l2, მაშინ

S22 = s12 + l2 = 2l2, s32 = s22 + l2 = 3ll2 და ა.შ., ე.ი. s2N = Nl2 ან sN =l. გავლილი მთლიანი მანძილი L შეიძლება ჩაიწეროს როგორც მეზღვაურის სიჩქარისა და მოგზაურობის დროის ნამრავლი (L = ut), ასევე როგორც ხეტიალის რაოდენობისა და ფარნებს შორის მანძილის ნამრავლი (L = Nl), შესაბამისად, ut. = Nl, საიდანაც N = ut/l და ბოლოს sN = . ამრიგად, ჩვენ ვიღებთ მეზღვაურის (ასევე მოლეკულის ან ბრაუნის ნაწილაკების) გადაადგილების დამოკიდებულებას დროზე. მაგალითად, თუ ნათურებს შორის არის 10 მ და მეზღვაური დადის 1 მ/წმ სიჩქარით, მაშინ ერთ საათში ის საერთო გზაიქნება L = 3600 m = 3,6 კმ, ხოლო გადაადგილება ნულოვანი წერტილიდან იმავე დროს უდრის მხოლოდ s = 190 მ სამ საათში დაფარავს L = 10,8 კმ-ს და გადაინაცვლებს s = 330 მ და ა.შ.

შედეგად მიღებული ფორმულა ul შეიძლება შევადაროთ დიფუზიის კოეფიციენტს, რომელიც, როგორც ირლანდიელმა ფიზიკოსმა და მათემატიკოსმა ჯორჯ გაბრიელ სტოკსმა (1819–1903) აჩვენა, დამოკიდებულია ნაწილაკების ზომაზე და გარემოს სიბლანტეზე. მსგავსი მოსაზრებებიდან გამომდინარე, აინშტაინმა გამოიტანა თავისი განტოლება.

ბრაუნის მოძრაობის თეორია რეალურ ცხოვრებაში.

რობერტ ბრაუნი დაიბადა 1773 წლის 21 დეკემბერს პროტესტანტი მინისტრის ოჯახში. სწავლობდა აბერდინის უნივერსიტეტის მარიშალის კოლეჯში, შემდეგ ედინბურგის უნივერსიტეტში, სადაც სწავლობდა მედიცინასა და ბოტანიკას. 1795 წელს შეუერთდა შოტლანდიის მილიციის ჩრდილოეთ პოლკს ქირურგის თანაშემწედ, რომელთანაც ის იმყოფებოდა ირლანდიაში. აქ ბრაუნმა შეაგროვა ადგილობრივი მცენარეები და გაიცნო ინგლისელი ნატურალისტი ჯოზეფ ბენკსი (1743-1820), რომლის რეკომენდაციით დაინიშნა ბოტანიკოსად ექსპედიციაზე, რომელიც გაგზავნეს 1801 წელს გემზე Investigator ავსტრალიის სანაპიროების შესასწავლად. 1805 წელს ბრაუნი დაბრუნდა ინგლისში და თან წაიყვანა დაახლოებით 4000 სახეობის ავსტრალიური მცენარე, ბევრი ფრინველი და მინერალი ბანკის კოლექციისთვის.

1810-1820 წლებში. ბრაუნი ხელმძღვანელობდა ლინინის ბიბლიოთეკას და ბენქსის ვრცელ კოლექციებს, რომელიც მაშინ იყო ლონდონის სამეფო საზოგადოების პრეზიდენტი. 1820 წელს იგი გახდა ბიბლიოთეკარი და ბრიტანეთის მუზეუმის ბოტანიკური განყოფილების კურატორი, სადაც მისი კოლექციები გადაეცა ბენქსის გარდაცვალების შემდეგ. 1849 წლიდან 1853 წლამდე რობერტ ბრაუნი იყო ლონდონის Linnean Society-ის პრეზიდენტი.

მეცნიერის მორფოლოგიური და ემბრიოლოგიური კვლევები ჰქონდა დიდი ღირებულებაბუნებრივი მცენარეული სისტემის ასაშენებლად. ბრაუნმა აღმოაჩინა ემბრიონის ტომარა კვერცხუჯრედში (1825), აჩვენა, რომ წიწვოვანებსა და ციკადებში კვერცხუჯრედები არ არის ჩასმული საკვერცხეში, რამაც დაადგინა მთავარი განსხვავება ანგიოსპერმებსა და გიმნოსპერმებს შორის; მან აღმოაჩინა არქეგონია წიწვოვანი მცენარეების კვერცხუჯრედებში. ბრაუნი იყო პირველი, ვინც სწორად აღწერა ბირთვი მცენარეული უჯრედები (1831).

1827 წელს მეცნიერმა ჩაატარა კვლევა მცენარეთა მტვრის შესახებ. მას განსაკუთრებით აინტერესებდა, როგორ მონაწილეობს მტვერი განაყოფიერების პროცესში. ერთხელ მან მიკროსკოპის ქვეშ დახედა წაგრძელებულ ციტოპლაზმურ მარცვლებს, რომლებიც იზოლირებულია ჩრდილოეთ ამერიკის მცენარის Clarkia pulchella-ს მტვრის უჯრედებიდან, წყალში შეჩერებული. უცებ ბრაუნმა დაინახა, რომ უმცირესი მყარი მარცვლები, რომლებიც ძლივს ჩანდა წყლის წვეთში, გამუდმებით კანკალებდნენ და მოძრაობდნენ ადგილიდან ადგილზე. მან აღმოაჩინა, რომ ეს მოძრაობები, მისი სიტყვებით, „არ არის დაკავშირებული არც სითხეში ნაკადებთან და არც მის თანდათანობით აორთქლებასთან, არამედ თანდაყოლილია თავად ნაწილაკებში“. ბრაუნის დაკვირვება სხვა მეცნიერებმაც დაადასტურეს. ამ აღმოჩენას მოგვიანებით მისი სახელი ეწოდა (