Как на самом деле выглядит атом и как его можно увидеть (4 фото + видео)

Человеку трудно представить, насколько крохотны атомы. В обычной офисной бумаге, формата А4, если рассматривать ее толщину, находится 500 тыс. атомов, хотя для наших глаз, ее толщина не превышает и 1 мм.

Один атом в сравнении с яблоком настолько мал, насколько яблоко мало в сравнении с Землей. Тем не менее ученые могут видеть эти мизерные частицы мироздания. Это, конечно, возможно не воочию, а с помощью специальных высокоточных инструментов.

Теорию о том, что вся Вселенная состоит из крошечных частиц, предложил примерно в 400 году до н.э. Демоктрит. Платон продолжил работу над теорией, но в его понимании разные материи, состоят из разных по форме атомов. Первые современные представления о строении субстанций появились в начале XIX века, когда английский ученый Джон Дальтон осуществил прорыв в области строения веществ. Он выяснил, что все вещества всегда содержат целые числа атомов. Именно поэтому формулы имеют вид: Na2SO4 и H2CrO4, а не Na2,8SO4,1 и H2CrO√4. Не может быть четверти атома или половины, а только целый атом.

Как на самом деле выглядит атом и как его можно увидеть (4 фото + видео)
Изучение атомных связей началось с наблюдения за сеткой атомов кристаллов

Дальтон совершил великий прорыв, который объясняет множество химических процессов, хотя его современникам успех казался сомнительным, потому что химики не могли видеть атомы. Они воспринимали их как отрицательные числа или идеальные газы, применяемые при расчетах, но не существующие в реальности. Даже Менделеев отрицал существование атомов долгие годы.

Несмотря на то, что микроскопы появились уже в XVII веке, ученым пришлось ждать появление рентгеновских лучей, которые были открыты в самом конце XIX века. Рассмотреть что-либо в микроскоп можно, если длина волны света в микроскопе не больше того на что мы смотрим. Но длина видимого света в тысячи раз больше атома, поэтому лишь рентгеновские лучи оказались пригодными для изучения микромолекул, так как они намного короче.

Как на самом деле выглядит атом и как его можно увидеть (4 фото + видео)
Технология наблюдения за атомами при помощи туннельного микроскопа

Сегодня рентгеновское излучение, ставшее прорывом после его открытия Вильгельмом Рентгеном, применяется повсюду, от стоматологических клиник до химических лабораторий. Химические опыты с этим видом излучения сводятся к бомбардировке электромагнитными волнами кристаллов. Эти прочные субстанции из слоев атомов отражают лучи, которые возвращаются к детектору. Основываясь на полученном при соударении рисунке, специалисты выстраивают структуры атомов. Процесс отражения и взаимодействия лучей света называется дифракцией.

В 1950-х кристаллографы начали совершать открытия. Во время работы со структурами на основе исследований, проведенных Розалинд Франклин, Джеймс Уотсон и Френсис Кирк открыли структуру ДНК. Хотя авторство открытия остается спорным, ведь Розалинд не желала, чтобы кто-то видел ее работы, но так или иначе им удалось показать миру, как расположены атомы в структуре ДНК.

Атом
Атом

Созданный в 1981 году сканирующий туннельный микроскоп Биннига и Рорера смог уловить сами атомы. СТМ оснащен иглой, которая двигается над поверхностью атомов, улавливая ландшафт. Благодаря СТМ выяснили, что атомы — это не кубы и пирамиды, а сферы разных размеров. В 1989 году ученые смогли манипулировать атомами. Была разработана сверхточная и сверхбыстрая камера, способная улавливать распад и формирование химических связей. Химик Ахмед Зевейл, создатель камеры, вывел науку на новый уровень. С тех пор научный мир получил ответы на многие вопросы: как работает сетчатка глаза, почему парят облака и истощается озоновый слой.

Прошло около 2,5 тыс. лет с того момента, когда первые ученые задумались о существовании мизерных частиц. Но лучше один раз увидеть, чем 100 раз услышать, и у специалистов это получилось. Теперь человечество точно знает, как выглядят атомы, формирующие нашу Вселенную.