Als je inkt of verf in water mengt en dit water vervolgens onder een microscoop bekijkt, kun je de snelle beweging van de kleinste deeltjes roet of verf in verschillende richtingen zien. Wat veroorzaakt zulke bewegingen?
Wie ontdekte en wanneer
In 1827 observeerde de Engelse bioloog Robert Brown door een microscoop een druppel water, die per ongeluk een kleine hoeveelheid stuifmeel kreeg. Hij zag dat de kleinste stuifmeeldeeltjes dansten, chaotisch in de vloeistof bewogen. Dus de Brownse beweging genoemd naar deze wetenschapper werd ontdekt - de beweging van de kleinste deeltjes opgelost in een vloeistof of gas. Na het observeren van de verschillende soorten stuifmeel in zijn verzameling, loste de bioloog de poedervormige mineralen op in water.
Als resultaat was Brown ervan overtuigd dat een dergelijke chaotische beweging niet werd veroorzaakt door de vloeistof zelf en niet door externe invloeden op de vloeistof, maar direct door de interne beweging van het kleinste deeltje. Dit deeltje werd, naar analogie met de waargenomen beweging, het "Brownse deeltje" genoemd.
Ontwikkeling van de theorie, haar volgers
Later werd Browns ontdekking bevestigd, uitgebreid en gespecificeerd, gebaseerd op de moleculaire kinetische theorie, door A. Einstein en M. Smoluchowski. En de Franse natuurkundige Perrin bevestigde twintig jaar later, dankzij de verbetering van microscopen tijdens het bestuderen van de willekeurige beweging van een Browniaans deeltje, het bestaan van eigenlijke moleculen. Door de Brownse beweging te observeren, kon Perrin het aantal moleculen in 1 mol van een gas berekenen en de barometrische formule afleiden.
De ontdekking van de beweging van een Browniaans deeltje diende als bewijs voor het bestaan van veel kleinere deeltjes, zelfs niet zichtbaar in een microscoop - moleculen van een vloeistof en een andere substantie. Het zijn de moleculen die, met hun constante beweging, deeltjes stuifmeel, roet of verf in beweging brengen.
Definitie en grootte
Als je door een microscoop naar de karkasdeeltjes kijkt die in water zijn gesuspendeerd, zul je merken dat korrels van verschillende groottes zich anders gedragen. Relatief volumineuze deeltjes, die gedurende een bepaalde periode hetzelfde aantal schokken van alle kanten ervaren, beginnen niet te bewegen. En kleine deeltjes voor hetzelfde tijdsinterval ontvangen eenzijdige niet-gecompenseerde impact, duwen ze opzij en bewegen.
Hoe groot is een Browniaans deeltje dat wordt blootgesteld aan moleculen? Het is empirisch bewezen dat cytoplasmatische stuifmeelkorrels niet groter zijn dan 3 micrometer (µm), of 10-6 meter, of 10-3millimeter. Grotere deeltjes worden geen deelnemers aan de constante beweging die Brown heeft ontdekt.
Dus laten we de vraag beantwoorden "wat is een Browniaans deeltje". Dit zijn de kleinste korrels van een stof met een grootte van niet meer dan 3 micron, die in een vloeistof of gas gesuspendeerd zijn en constant chaotische bewegingen maken onder invloed van de moleculen van het medium waarin ze zich bevinden.
Moleculaire kinetische theorie
Brownse beweging stopt niet, vertraagt niet in de tijd. Dit verklaart het concept van de moleculaire kinetische theorie, die zegt dat de moleculen van elke stof in constante thermische beweging zijn. Met een toename van de temperatuur van het medium neemt de bewegingssnelheid van moleculen toe, en dienovereenkomstig versnelt ook het Brownse deeltje, dat wordt onderworpen aan moleculaire effecten.
Naast de temperatuur van de materie, hangt de snelheid van de Brownse beweging ook af van de viscositeit van het medium en de grootte van het zwevende deeltje. De beweging bereikt zijn maximale snelheid wanneer de temperatuur van de stof die het deeltje omringt hoog is, de stof zelf niet viskeus is en de stofdeeltjes het kleinst zijn.
Moleculen van een stof waarin de kleinste deeltjes zich bevinden, die willekeurig botsen, oefenen een resulterende kracht uit (produceren een duw), waardoor de richting van de stuifmeelbeweging verandert. Maar zulke fluctuaties zijn van zeer korte duur en vrijwel onmiddellijk verandert de richting van de uitgeoefende kracht, wat leidt tot een verandering in de bewegingsrichting.
Het eenvoudigste en duidelijkste voorbeeld waarmee je kunt begrijpen wat een Browniaans deeltje is, is de beweging van stofdeeltjes, zichtbaar in een schuine zonnestraal. Over 99-55 jaar. BC e. de oude Romeinse dichter Lucretius legde de oorzaak van de grillige beweging nauwkeurig uit in het filosofische gedicht 'Over de aard der dingen'.
Kijk hier: wanneer het zonlicht doorkomt
In onze woningen en duisternis snijdt door met zijn stralen, Veel kleine lichamen in de leegte, je zult zien, flikkerend, Haast heen en weer in een stralende gloed van licht.
Begrijp je hieruit hoe onvermoeibaar
Het begin van de dingen in de enorme leegte is rusteloos.
Dus over geweldige dingen helpen om te begrijpen
Kleine dingen, die het pad schetsen voor hun begrip.
Trouwens, omdat je moet opletten
Naar de onrust in de lichamen die flikkeren in het zonlicht
Wat weet jij van materie en beweging, Wat erin gebeurt in het geheim en aan het zicht onttrokken.
Want daar zie je hoeveel stofdeeltjes er veranderen
De weg van de verborgen schokken en weer terug vliegen, Voor altijd heen en weer rennend in alle richtingen.
Lang voor de komst van moderne vergrotingstechnologie kwam Lucretius, die een analoog van de beweging van Brown observeerde, tot de conclusie dat de kleinste deeltjes materie bestaan. Brown bevestigde dit door een van de belangrijkste wetenschappelijke ontdekkingen te doen.
