Диалектический материализм

Значительную роль в разработке химической атомистики сыграли труды Дальтона. Атомистические представление о строении материи углублялись и уточнялись в дальнейшем развитии науки. Было установлено, что атомы могут соединяться в молекулы, представляющие собой относительно прочные образования, составленные из нескольких (часто очень большого числа) атомов. Теорию химического строения сложных молекул впервые создал русский химик А. М. Бутлеров.

Огромную роль в развитии научной атомистики сыграл великий русский учёный Д. И. Менделеев. Он раскрыл глубокую закономерную связь между химическими элементами. После открытия Д. И. Менделеевым периодического закона химические элементы стали рассматривать не как отдельные, ничем не связанные, абсолютно самостоятельные виды материи, но как единую закономерную систему качественно различных видов единой материи.

Процесс взаимопревращений атомов химических элементов, экспериментально подтверждённый современной физикой, помог проникнуть внутрь атома, обнаружить его сложную структуру. Крупные открытия в области физики, коренным образом изменившие прежние представления о неизменности атомов, начались в конце XIX в., когда была открыта ранее неизвестная мельчайшая материальная частица, несущая элементарный электрический заряд. Эта частица получила название электрона. В 1896 г. французский физик Беккерель открывает радиоактивность урана. В явлениях радиоактивности обнаруживается, что атомы некоторых элементов (уран, радий, торий и др.) непрерывно испускают различного рода лучи, несущие сравнительно большую энергию. Радиоактивные элементы испускают так называемые альфа-лучи, представляющие собой поток ядер атомов гелия; радиоактивные элементы также излучают так называемые бета-лучи, представляющие поток электронов, и гамма-лучи, являющиеся электромагнитным излучением большой энергии.

Детальное изучение радиоактивных явлений показало, что испускание альфа-, бета- и гамма-лучей связано с процессом возникновения новых химических элементов в результате превращения первоначального радиоактивного химического элемента в другой химический элемент. Физика раскрыла закономерности перехода одного химического элемента в другой, обнаружив, что испускание альфа-частицы уменьшает порядковый номер элемента на две единицы и, следовательно, смещает его в периодической системе на два номера влево, т. е. ближе к началу системы. Испускание бета-частицы (электрона) увеличивает порядковый номер элемента па единицу и, следовательно, смещает его на один номер вправо, т. е. дальше от начала системы. Физика открыла, что атомы одного и того же химического элемента могут незначительно различаться по атомному весу. Эти атомы с различным атомным весом, но имеющие одинаковый порядковый номер, одинаковые химические свойства и, следовательно, расположенные в одном и том же месте периодической системы Менделеева, получили название изотопов.

На основе экспериментальных и теоретических исследований начала разрабатываться новая теория строения атома. Согласно этой теории, атом любого химического элемента представляет собой сложное образование, состоящее из тяжёлого ядра и движущихся вокруг ядра электронов. При этом движение электронов в атоме подчиняется особым квантовым закономерностям, отличающимся от закономерностей так называемой классической физики. В частности было установлено, что электроны в атоме могут иметь только прерывный (дискретный) ряд значений энергии. В соответствии с этим атомы могут испускать свет (излучение) не непрерывно, а определёнными дискретными порциями (квантами).

Процессы излучения и поглощения света затрагивают только внешнюю оболочку атома, состоящую из электронов, движущихся вокруг ядра атома. То же самое можно сказать и о химических изменениях, происходящих с различными химическими элементами. Радиоактивные превращения атомов приводят к более глубоким изменениям, к изменениям самого ядра атома. Превращение одних атомов в другие, соответственно превращение одного химического элемента в другой химический элемент происходит вследствие перестройки ядер атомов.

Долгое время полагали, что атомы химических элементов построены из двух частиц: протонов и электронов; Протоны сосредоточены в ядре атомов. Считалось, что в ядре атома находится также часть электронов, другая часть которых обращается вокруг ядра на сравнительно больших расстояниях от него. Допущение существования протонов в ядрах приводило, однако, к большим теоретическим затруднениям.