Thomas Graham
(18051869)

Töprengések az anyag természetérõl

Philosophical Magazine, S. 4. Vol. 27. p. 81. 1864
in: David M. Knight, ed., Classical Scientific Papers: Chemistry (New York: American Elsevier, 1968)


Elképzelhetõ, hogy az a sok anyagféleség, amelyet most különbözõ elemi szubsztanciaként tartanak számon, egy és ugyanazt a végsõ vagy atomos molekulát tartalmazza   különbözõ mozgásállapotban. Az anyag lényegi egységének hipotézise összhangban van azzal, hogy a gravitáció minden testre egyformán hat. Tudjuk, milyen gonddal vizsgálta meg ezt a kérdést Newton, milyen körültekintéssel bizonyosodott meg arról, hogy minden anyagfajta, "a fémek, a kövek, a faanyagok, a magok, a sók, az állati anyagok stb." mindegyike eséskor hasonlóan gyorsul, ezért egyformán súlyos.

Gázállapotban az anyag számos olyan tulajdonságát elveszíti, amelyet folyékony vagy szilárd állapotban vehetett fel. A gáz csak kevés jellegzetes és egyszerû tulajdonságot mutat. Ezek mindegyike ugyancsak az atomi vagy molekuláris mozgékonyságtól függhet. Képzeljük el, hogy csupán egyetlen fajta szubsztancia létezik, a ponderábilis anyag, továbbá hogy az anyag azonos méretû és súlyú végsõ atomokra osztható. Egyetlen szubsztanciát s egy közös atomot kapunk így. Ha az atom nyugalmi állapotban lenne, tökéletesen egyöntetû anyag állna elõ. De az atom többé-kevésbé mindig mozgásban van, és fel kell tennünk, hogy ezt az õsi impulzus idézi elõ. Az atomi mozgás térfogatot kelt. Minél gyorsabb a mozgás, annál nagyobb teret foglal el az atom, nagyjából úgy, ahogy a bolygó pályája is kiszélesedik, ha nagyobb a repülési sebesség. Az anyagok eszerint csak sûrûségükben különböznek. Miután az atom sajátos mozgása elidegeníthetetlen, a könnyû anyag többé nem alakítható át nehézzé. Összefoglalva, a különbözõ sûrûségû anyagok alkotják a különbözõ szubsztanciákat, vagyis a különbözõ, egymássá át nem alakítható elemeket.

Az eddigiek nem a gáztérfogatokra vonatkoznak, amelyeket megmérhetünk és megvizsgálhatunk, hanem a molekulák vagy atomok alacsonyabb rendjére. Az eddig tárgyalt, egymással vegyülõ atomok ezért nem azok a molekulák, amelyek mozgását érzékenyen befolyásolja a hõ, s ennek eredményeként a gáz kitágul. Magát a gázmolekulát úgy kell tekinteni, hogy az elõzõ, alsóbb rendû atomok rendszerébõl vagy csoportjából áll, s hasonló törvényeknek engedelmeskedik, mint amilyenek az õt alkotó atomokon uralkodnak. Valójában egy lépéssel visszaléptünk, és a gázmolekula által inspirált elképzeléseket az atomok alacsonyabb rendjére alkalmaztuk, amint a Naprendszerre vonatkozó elgondolásokat  kiterjesztjük a bolygókból és holdjaikból álló alrendszerekre. A tudomány haladása késõbb megkívánhatja a molekuláris osztás ilyetén lépéseinek tetszõleges számú ismétlését. A gázmolekula tehát az alsóbb rendû atom reprodukálása magasabb rendû skálán. A keletkezõ molekula vagy rendszer, mely a hõ hatása alatt áll, a diffuzív molekula, s ennek mozgása vizsgálat és mérés tárgya. A diffuzív molekulák a feltevés szerint ugyancsak azonos súlyúak, de mozgássebességük az õket alkotó atomoknak megfelelõen változó. Következésképp a különbözõ elemi szubsztanciák molekulatérfogatai ugyanolyan kapcsolatban állnak egymással, mint ugyanezen anyagok alsóbb rendû atomtérfogatai.

Sõt, az anyag eme többé-kevésbé mozgékony vagy könnyû és nehéz formái különleges kapcsolatban állnak egymással az egyenlõ térfogatok révén. Ha kettõ közülük egyenlõ térfogattal bír, összeolvadhat, egyesítheti mozgását, és új atomcsoportot alkothat, amely az eredeti mozgás és az ennek megfelelõ térfogat egészét, felét vagy valamely egyszerû hányadát megtartja. Ez a kémiai vegyülés; a térfogattal áll közvetlen kapcsolatban, s csak közvetve kapcsolódik a súlyhoz. A vegyülõ súlyok különbözõk, mert az atomi és molekuláris sûrûségek különbözõk. A vegyülõ térfogat egységes, de a mért fluidumok sûrûsége változó. Ennak az állandó vegyülõ mértéknek az egyszerû szubsztanciák metronjának a súlya 1 a hidrogén, 16 az oxigén esetében és így tovább a többi "elemre".

Az atomi és molekuláris mozgékonyságra vonatkozó elõzõ kijelentésekhez hozzá kell fûzni, hogy a hipotézis egy másik megfogalmazást is megenged. Amint a fény elméletében a sugárzás és a hullámzás két alternatív hipotézisével van dolgunk, a molekuláris mozgékonyság esetében is feltehetjük, hogy a mozgás az egyes atomokban és molekulákban, vagy a fluid közegben jelenik meg, amely hullámzásra kényszerül. Az az adott rezgési vagy pulzálási sebesség, amelyet a fluid közeg egy része a kezdet kezdetén felvett, egyediséget kölcsönöz ennek az anyagdarabnak, és a többitõl megkülönböztethetõ szubsztanciává vagy elemmé teszi.

A gázok, folyadékok és szilárd anyagok különbözõ állapotairól elmondható, hogy ezekben a fizikai állapotok valójában nem inkompatibilisek egymással. Sokszor egyszerre fordulnak elõ ugyanabban az anyagban. A folyékony és szilárd állapot inkább követi, mint helyettesíti a gázállapotot. Gay-Lussac nevéhez fûzódik az a figyelemre méltó megfigyelés, hogy a 0 oC-os jég és a 0 oC-os víz gõzének pontosan megegyezik a tenziója. Ha a folyadék fázis szilárd fázissá alakul át, a víz illékonysága változatlan marad. A folyékony és a szilárd állapot nem a gázállapot kioltása vagy elnyomása révén jöhet létre, hanem inkább valami hozzáadódik a gázállapothoz. A három állapot (vagy szervezõdés) valószínûleg mindig egyszerre áll fenn minden folyékony vagy szilárd anyagban, de az egyik uralkodik a többi fölött. Az anyag általános tulajdonságaihoz kell sorolnunk még (1) a gõzök rugalmasságában nagy nyomás hatására bekövetkezõ jelentõs csökkenést, amelyet Faraday úr felfedezõje után Caignard Latour-állapotnak nevez, és Dr. Andrews vizsgálatai várhatóan jobban megvilágítják majd a természetét, valamint (2) a kolloid állapotot vagy szervezõdést, amely a folyékony és a kristályos állapot között van, mindkettõbe belenyúlik, és kisebb-nagyobb mértékben valószínûleg minden szilárd vagy folyékony anyagot érint. Egy bizonyos fizikai állapot uralkodása egy anyagban feltehetõen azok közé a kiemelkedések közé tartozik, amelyeket a természettudományban az egyenlõtlen fejlõdésnek tulajdonítanak. A cseppfolyósodás vagy a megszilárdulás ezért esetleg sem az atomi, sem a molekuláris mozgást nem nyomja el, hanem csak a tartományukat korlátozza. Az atomi mozgás hipotézisét máshol vetették fel, a gázállapottól függetlenül, és Dr. Williamson a kémiai reakciók egy figyelemre méltó osztályának az értelmezésében használja; ezek a reakciók kevert folyadékokban játszódnak le.

Végül, a molekuláris vagy diffuzív mobilitás nyilvánvalóan hat a hõközlésre, ha a gázok folyékony vagy szilárd felülettel érintkeznek. Hõátadás feltehetõen akkor jön létre, ha a gázmolekula eltérõ hõmérsékletû felületbe ütközik. Minél gyorsabb a gáz molekuláris mozgása, annál gyakoribb az érintkezés, és ehhez igazodik a hõátadás. Valószínûleg innen ered, hogy a hidrogéngáz hûtõhatása nagy a levegõéhez vagy az oxigénéhez képest. Az említett gázok egyenlõ térfogatainak azonos a fajhõje, de a hidrogénbe helyezett meleg tárgyon 3,8-szor annyi érintés jön létre, mint a levegõbe helyezetten, és 4-szer annyi, mint az oxigéngázba helyezett tárgyon. A hidrogén különleges hatását Dalton a gáz nagy "mozgékonyságának" tulajdonította. Ennek a molekuláris tulajdonságnak az alapján javasolható a hidrogén a légmotorba, ahol adott térfogatú gázt kell gyorsan, váltakozva fûteni és hûteni.
 


Vissza http://www.kfki.hu/chemonet/
http://www.ch.bme.hu/chemonet/