trang nhà l trang sách l bản tin l thiền học l tiểu sử l trang thơ l hình ảnh l bài vở 

 NGUYÊN TỬ VÀ NGUYÊN TỬ LỰC

Soạn giả: BẠCH LIÊN PHẠM NGỌC ĐA

Hiệu Trưởng trường Trung Học CHÂU ĐỐC (NAM VIỆT)

1952

Xin kính tặng Vong linh Thân phụ tôi.

Mục Lục Lời Nói Đầu  Chương 1  Chương 2  Chương 3  Kết Luận  đầu sách  cuối sách ghi chú
 

VÀI LỜI NÓI ĐẦU

Mồng sáu tháng tám dương lịch 1945 (6 Août 1945), một trái bôm nguyên tử đầu tiên thả xuống Hiroshima, một căn cứ hải quân Nhựt, làm cho thành nầy hóa ra đất bằng. Qua ngày sau, mồng bảy tháng 8 dương lịch 1945, tin nầy bắn ra, khắp hoàn cầu đều xôn xao. Trừ ra các nhà bác học có khảo cứu Nguyên tử lực thì công chúng đều ngơ ngác, nhìn nhau mà hỏi: “Bôm Nguyên tử là Bôm gì ?”

Mồng 6 tháng 8 dương lịch 1945, tức là ngày khai mở một kỷ nguyên mới; kỷ nguyên Nguyên tử.

Hiện giờ, Nguyên tử, Nguyên tử lực và Bôm nguyên tử là ba danh từ được người ta nhắc nhở tới luôn luôn. Nhưng muốn thật hiểu về Nguyên tử lực thì phải biết sự cấu tạo vật chất, học lực phải từ bực trung học sắp lên.

Chi nên lần đầu tiên đem vấn đề nầy mà giải ra tiếng Việt thì gặp nhiều sự trở ngại, nhứt là những danh từ chuyên môn và những công thức (formule). Sau khi suy nghĩ kỹ lưỡng, tôi bèn tìm cách viết ra một cuốn theo loại sách phổ thông, bỏ hết những toán số khó khăn nhan đề : “NGUYÊN TỬ VÀ NGUYÊN TỬ LỰC”. Về sự khuyết điểm nó vẫn có, đó là lẽ dĩ nhiên. Nhờ các bạn chỉ giáo, qua lần xuất bản thứ nhì tôi sẽ sửa lại cho hoàn thiện. Hiện giờ cầu xin nó giúp ích được các bạn trong muôn một, khi các bạn muốn có những tài liệu đầy đủ về sự cấu tạo vật chất.

Đối với các bạn nào không có thì giờ đeo đuổi theo con đường học vấn tới bực trung học, tôi xin khuyên nên đọc đoạn : “Tóm lại” trước nhứt. Khi thật hiểu rồi sẽ xem trọn cuốn từ đầu chí đuôi, nhiều bận như vậy và chú ý cho lắm. Như thế thì không sanh ra buồn chán bỏ qua những điều cần thiết mà những người sanh vào thời đợi Nguyên tử nầy đều phải biết chút đỉnh.

Sau khi hiểu Nguyên tử lực là chi rồi thì chắc các bạn thấy rằng Hóa công vô cùng khéo léo. Cái điều mà người ta gọi là khoa học, là những luật Trời mà các nhà bác học khám phá ra được rồi sắp đặt cho có hệ thống. Dường như người ta hay quên rằng những luật đó đã có sẵn rồi từ ngày tạo thiên lập địa, chớ không phải mới hai thế kỷ nay các nhà bác học bày ra những luật rồi buộc Tạo vật phải tuân theo ý muốn của mấy Ngài. Có một điều chắc chắn là nếu mấy Ngài làm sai với luật Trời thì tự nhiên sẽ thất bại trong công cuộc thí nghiệm chẳng sai. Nhưng còn biết bao nhiêu điều bí ẩn khác của Tạo công mà con người chưa tìm ra. Lần lần con người sẽ vén được những bức màn vô minh, chừng đó cái quan niệm của con người đối với Đức Thượng Đế sẽ đổi hẳn và sẽ kính cẩn mà nói rằng: “Cái chi của Trời làm đều tồt đẹp cả”.

Bạch Liên

Phạm ngọc Đa

Hiệu trưởng trường Trung học

(Nam Việt) CHÂU ĐỐC

Mục Lục Lời Nói Đầu  Chương 1  Chương 2  Chương 3  Kết Luận  đầu sách  cuối sách ghi chú
 

CHƯƠNG THỨ NHỨT

VẬT CHẤT TRỐNG KHÔNG

(Phân tử - Sự kết hợp và sự phân chia Phân tử)

Vật chất là gì ?

Ta gọi cây viết ta đương cầm, cái nón ta đương đội, đôi giày ta đương mang, cái nhà ta đương ở, cuốn sách ta đương đọc, là vật chất. Nhưng nếu bảo ta định nghĩa vật chất hay hỏi ta vật chất là gì thì ta rất bối rối, không biết phải trả lời làm sao bây giờ.

Sự định nghĩa vật chất của các từ điển đối với thời đợi nguyên tử nầy không còn dùng được nữa, nó sái xa.

Theo khoa học hiện kim, vật chất làm bằng những hột điển khí và nó đồng nghĩa với khí lực (énergie) bởi vì luôn luôn hễ khí lực hiện ra thì kèm theo sự tiêu tan của một số lượng vật chất.

Vật chất liền trơn hay gián đoạn ?

Ta rờ một miếng sắt, một tấm ván ta thấy và cảm biết nó liền trơn, ta nói: “Chúng nó đặc cứng”. Đối với con mắt chúng ta, chúng nó đặc cứng thật, vì đem cưa chúng nó ra, thì thấy chúng nó đâu có trống bộng.

Trước thế kỷ thứ 17 các nhà vật lý học thường lập đi lập lại câu: “Tạo vật kinh sợ sự trống không” (La nature a horreur du vide). Nhưng thật sự, vật chất là “trống không”, vật chất gián đoạn. Không có vật nào đặc cứng hay liền trơn.

Sự cấu tạo vật chất

Muốn rõ tại sao, ta phải biết sự cấu tạo vật chất.

Ngày nay người ta biết rằng vật chất, nghĩa là những vật bao bọc chung quanh ta, thậm chí đến thân mình ta, đều làm bằng những phần tử nhỏ xíu kết hợp lại: Những phần tử này gọi là Phân tử (molécules).

Phân tử là gì ?

Giải nghĩa liền hai chữ phân tử theo khoa học thì khó hiểu, vậy tôi xin đem vài thí dụ cụ thể trước đã.

1) Ta hãy lấy một khúc ván chia ra làm hai phần, rồi mỗi phần làm hai nữa, cứ như vậy mãi, nghĩa là lần lần nhỏ hơn trước. Tới một lúc kia ta không còn thể chia được nữa. Phần nhỏ chót hết nầy kêu là một phân tử. Phân tử tuy hết sức nhỏ nhưng còn giữ được tánh chất của khúc cây.

2) Một bầy trừu một trăm hai chục con. Nếu chia bầy đó ra thì mức chót của sự chia là một con trừu.

3) Một bao lúa đầy, cân nặng 60 kí lô. Trong bao có không biết bao nhiêu là hột lúa. Những hột nầy làm ra bao lúa. Bây giờ thí dụ những hột lúa đều dính cứng với nhau lại và làm ra một khối duy nhứt. Nếu ta chia khối nầy ra những phần càng ngày càng nhỏ thì mức chót, mức cuối cùng của sự chia, là một hột lúa. Một hột lúa là một phân tử đối với bao lúa.

Thế thì ta có thể định nghĩa phân tử như vầy: Phân tử là một hột vật chất hoặc phân tử là một phần nhỏ hơn hết của một chất thuần [1] có thể ở trong trạng thái tự  do

Sự kết hợp và sự phân chia phân tử.

Mỗi phân tử đều có đặc tánh riêng.

Nó có thể kết hợp với nhau và có thể bị phân chia ra nhiều phần nhỏ nữa. Ta vẫn biết rằng: nhiều phân tử hợp lại làm ra một tế bào (cellule); nhiều tế bào hợp lại làm ra một tổ chức (tissu), nhiều tổ chức hợp lại làm ra một cơ quan (organe), nhiều cơ quan hợp lại làm ra một cơ thể (organisme).

Trái lại phân tử của một chất thuần nào bị chia ra nhiều phần nhỏ khác nữa thì nó không còn giữ được đặc tánh của chất thuần đó.

Muốn hiểu tại sao ta phải trở lại hai cái thí dụ hồi nãy là: bao lúa và bầy trừu.

Nếu ta chia mỗi hột lúa trong bao ra trấu, cám và bột, thì khi ta đổ chung mấy phần đó lại, ta không có làm ra bao lúa như trước mà ta có một bao đầy ba thứ trộn lộn với nhau: trấu, cám và bột.

Như ta đem mỗi con trừu chặt ra nhiều khúc: đầu, mình, chơn, giò, ruột, gan v. v. . .  thì khi ta gom lại một đống, ta không có làm ra một bầy trừu như trước nữa. Ta có một đống: đầu, mình, chơn, giò, ruột, gan v. v. . . .

Cũng thế ấy, nếu ta chia phân tử của chất thuần nào ra nhiều phần nhỏ khác nhau thì ta thay đổi hoàn toàn đặc tánh của chất thuần đó.

Phân tử bao lớn ?

Muốn thấy tế bào ta phải dùng kiếng hiển vi, chớ không thể xem với cặp mắt thường đặng. Phân tử còn nhỏ hơn tế bào nhiều lắm, vì phải nhiều phân tử mới hợp thành một tế bào. Cho nên ta không thấy phân tử ra sao, nhưng các nhà bác học có những phương pháp để tìm được số phân tử trong một giọt nước hay trong một phân khối của một khối khí. Theo lời các Ngài thì một phân tử dầu (molécule d’huile) lớn bằng một min li mi cờ rông (millimicron) hay là một phần triệu của một ly (một ly chia ra một triệu lần nhỏ hơn; phân tử dầu lớn bằng một phần trong một triệu lần đó).

Phân tử dầu thuộc về thứ phân tử lớn, còn nhiều thứ phân tử nhỏ nữa. Ngày nay người ta khảo cứu được gần một triệu thứ phân tử khác nhau.

Số phân tử trong một giọt nước bề trực kính có hai ly

Kìa ! một giọt nước bề trực kính có hai ly mà thôi. Số phân tử trong một giọt nước nhỏ như thế bao nhiêu, các bạn có biết chăng ? Ôi thôi ! không thể tưởng tượng nổi: 120 ngàn triệu lần ngàn triệu hay 120 tỷ tỷ (120 milliards de milliards)[2].

Bây giờ ta hãy chia số phân tử đó ra từ đống, mỗi đống một ngàn triệu. Rồi ta khởi sự đếm, không ngừng không nghỉ, ta phải sống tới 40 thế kỷ hay là 4 ngàn năm mới đếm hết số phân tử trong một giọt nước như thế. Bốn chục thế kỷ ! mới nghe qua ta liên tưởng tới lời nói của Đại tướng Bô na bạt (Bonaparte) thốt ra với đạo quân viễn chinh ở Ai cập: “Hỡi các chiến sĩ ! trên mấy tòa Kim tháp nầy, 40 thế kỷ lặng nhìn các ngươi ! (Soldats ! du haut de ces Pyramides, quarante siècles vous contemplent). Nhưng 40 thế kỷ không phải để lặng nhìn đạo quân viễn chinh của Bô na bạt mà để đếm những số phân tử trong một giọt nước bề trực kính có hai ly mà thôi. Mới nghe qua phát giựt mình. Nếu ta thốt ra mấy lời nầy thì có hai điều: Hoặc thiên hạ nói ta là thằng điên, hoặc nói ta là đứa dốc tổ. Họ sẽ chế nhạo ta đủ điều. Nhưng đây là lời của các nhà bác học đã quả quyết như vậy sau khi dùng 6 phương pháp khác nhau tìm kiếm, như lúc hơi tuôn ra (écoulement des gaz), màu xanh da trời, sự phóng quang của chất cháy (nung) ra trắng (rayonnement des corps incandescent), sự tiêu tan của chất ra-đi-dum (désintégration du radium), thì cái kết quả vẫn giống in nhau.

Nhưng ta lại còn trình bày một cách cụ thể như vầy: Thí dụ mỗi phân tử trong giọt nước đó đều biến thành một hột cát, giọt nước đó sẽ hóa ra một đống cát to lớn cho đến đỗi đem cát trải ra thì nó thành một lớp bề dày hai tấc và bao phủ hết diện tích cả nước Pháp, từ Bắc Hải (Mer du Nord) tới núi Pyrénées, từ Bạch Sơn (Mont Blanc) tới Brest.

Số phân tử trong một phân khối khí trời (1 cm³ d’air)

Một phân khối khí trời (1 cm³ d’air) cân nặng hơn một phần ngàn cà ram (un milligramme). Số phân tử trong phân khối nầy theo các nhà bác học đã tính thì như vầy:

3 X 10¹⁹

Nghĩa là số 3 thêm đàng sau 19 con số không (zéro) 30.000.000.000.000.000.000, đọc 30 ngàn triệu lần ngàn triệu (30 milliards de milliards) hay là 30 tỷ tỷ. Ba chục ngàn triệu lần ngàn triệu là số phân tử trong một phân khối khí trời, nhưng nó chỉ bằng một phần tư số phân tử ở trong một giọt nước bề trực kính có hai ly mà ta đã nói hồi nãy.

Muốn đếm nó và làm y như cách nói trên đây thì chỉ mất 10 thế kỷ hay là 1.000 năm thôi.

Người ta cho rằng ông Langmuir có thí dụ như vầy: Ta hãy tưởng tượng nhờ chiếc đũa phép của bà Tiên mỗi phân tử trong phân khối khí trời biến thành một hột cát, ta sẽ có đủ cát đặng lấp một cái mương bề sâu hai phân, bề ngang 1.600 thước và chạy dài từ Nữu Ước (New York) qua tới Cựu Kim Sơn (San Francisco) 5.000 cây số. Mới có một phân khối khí trời mà tới 30 tỷ tỷ phân tử thì làm sao ta tưởng tượng nỗi số phân tử trong lớp không khí bao bọc trái đất của ta đương ở đây.

Số Avogadro [3]

(Nombre d’Avogadro)

Nói đến phân tử, tưởng ta cũng nên biết số Avogadro. Số Avogadro là số gì ? Ấy là số phân tử trong một phân tử cà ram (molécule gramme) [4]. Nó là: 6, 02 X 10²³ hay là 6,02 thêm 23 con số không đàng sau, nhưng sau khi bôi cái phết của số lẻ thì còn lại số 602 với 21 con số không:

602.000.000.000.000.000.000.000 phân tử (sáu trăm lẻ hai ngàn ngàn triệu lần ngàn triệu phân tử).

Đọc (602.000 milliards de milliards) 602.000 tỷ tỷ phân tử. Cũng như phân tử cà ram, một nguyên tử cà ram (atome gramme) cũng có 602.000 tỷ tỷ nguyên tử vậy.

Trong cuốn Nguyên tử lực (Energie atomique), trương 8, ông Emile Bouzat có nói như vầy: Số 6,02 X 10²³ gọi là số Avogadro; thật là khó tưởng tượng được.

“Chúng ta sẽ có cái quan niệm số phân tử ở trong một khối khí mỗi cạnh bề dài có một ly ở không độ (0⁰ C) và dưới áp lực không khí bình thường do theo ngày giờ dùng mà đếm chúng nó. Nếu một người thật khéo léo và không biết mệt mỏi, mỗi giây đồng hồ đếm được 100 phân tử, cứ đếm cả ngày lẫn đêm, không nghỉ không ngừng thì trong 90 ngàn thế kỷ hay là 9 triệu năm mới hết số đó”.

Chín chục ngàn thế kỷ ! Ai sống tới chừng đó mà đếm.

Nhưng ngày nay khoa học có phương pháp toán ra. Theo ông Marcel Boll thì số Avogadro là 602.270 ngàn triệu lần ngàn triệu [5] hay 602,270 tỷ tỷ.

Một cái thí dụ nghe qua rất lạ [6] thuộc về số Avogadro

Người ta có toán ra số phân tử trong mười phân khối muối ăn (10 cm³) hay là mười cà ram muối ăn đựng trong một muỗng đết se (dessert) [7]; số đó lối:

50 X 10²² hay là

50 thêm 22 con số không đàng sau.

599.000.000.000.000.000.000.000.

500 ngàn ngàn triệu lần ngàn triệu hay 500 ngàn tỷ tỷ.

Các nhà khoa học thí dụ như vầy mới nghe qua rất lạ.

Thí dụ người ta đem muỗng muối nầy thảy xuống sông và người ta có phương thế phân biệt được phân tử của nó với phân tử cả thứ muối khác sau khi vớt chúng nó lên. Xuống nước muối tan đi, nhưng phân tử của nó theo dòng nước trôi ra biển cả, rồi từ biển nầy sang biển kia: sau một thời gian chúng nó rải rác đều đủ trong khắp các mặt biển trên địa cầu.

Bây giờ người ta mới múc một ly nước biển bất cứ là chỗ nào, hoặc ở tại Bắc Hải thuộc về Đại Tây Dương, hoặc ở tại Nam Hải thuộc về Thái Bình Dương cũng vậy; trong ly nước đều có cả triệu phân tử muối của ta đã vứt xuống sông cách ít  lâu đây.

Trong thí dụ nầy, người ta muốn nói tới số phân tử trong một muỗng đết se muối nhiều cho đến đỗi đem rải cùng khắp hết mặt biển trên địa cầu thì chỗ nào cũng có nó.

Mới nghe qua thì khó tin lắm, nhưng sau khi biết được diện tích mặt địa cầu thì không còn ngờ vực nữa.

Mặt địa cầu của ta ở đây diện tích được 510 triệu cây số vuông (Km²); trong số đó biển choán hết 374 triệu, còn đất có 136 triệu; tính ra đất choán có một phần tư diện tích toàn thể, còn biển hết ba phần.

Diện tích của các biển được 374.000.000 km² hay là 3.740.000.000.000.000.000 phân vuông [8] (cm²).

3 ngàn 740 triệu lần ngàn triệu phân vuông hay là

3 tỷ 740 triệu tỷ phân vuông.

Còn số phân tử trong cái muỗng tới 500 ngàn ngàn triệu lần ngàn triệu hay là 500 ngàn tỷ tỷ.

Nếu chia số 500 ngàn tỷ tỷ cho 3 tỷ 740 triệu tỷ thì ta biết số phân tử muối trong một phân vuông mặt biển.

Cho nên cái thí dụ nầy không phải là chuyện vu vơ đâu, nó vẫn đầy ý nghĩa đối với các nhà có học thức.

Bề dài những phân tử khinh khí hợp lại

trong một phân khối (1 cm³)

Ta đã biết số phân tử trong một phân khối khí trời, bây giờ ta kiếm coi bề dài những phân tử khinh khí hợp lại trong một phân khối được bao nhiêu.

Thí dụ mỗi phân tử khinh khí đều hình tròn như viên đạn. Bề trực kính của nó gần 14 phần trăm của một phần triệu ly (14 centièmes de millionième de millimètre).

Nếu ta sắp nó khít nhau như một xâu chuỗi hột thì bề dài chúng nó bằng 100 lần vòng quanh trái đất hay là 4 triệu cây số (vòng quanh trái đất 40.000 cây số).

Sao gọi là Chất lỏng, Chất đặc và Chất hơi ?

Phân tử không chứa âm điện hay dương điện, nghĩa là không có phân tử âm hay phân tử dương, nó vẫn là trung hòa (neutre). Hai phân tử khác nhau gặp nhau, không rút nhau lại hay dang ra xa như hai thứ điện. Song chúng cũng hợp lại với nhau, có lẽ vì đồng tánh, đặng làm ra tế bào. Khi những phân tử hợp với nhau, người ta cho là chúng hút lẫn nhau.

Thế thường thì sự hút lẫn nhau (attraction mutuelle) làm cho các phân tử rút lại gần nhau, trái lại sự vận động của chúng nó lại làm chúng nó dang xa nhau. Hai sự hành động đối kháng nầy có thể bằng nhau hay chênh lệch nhau.

Khi chúng nó cân đồng với nhau thì những phân tử được tự do, cái nầy chạy trợt lên cái kia. Chúng nó lấy hình dạng của cái bầu chứa đựng chúng nó, bề mặt phía trên của chúng nó thì bằng thẳng. Người ta gọi chúng nó ở vào trạng thái Lỏng hay là chất lỏng (liquide). Khi sự hút lẫn nhau thắng sự vận động thì nó dường như dính với nhau: người ta gọi chúng nó ở trạng thái Cứng rắn hay là chất đặc (solide). Trái lại, nếu sự vận động thắng sự hút lẫn nhau thì chúng nó dang xa nhau. Chúng nó ở vào trạng thái Hơi hay là khí thể (gaz).

Những đặc tánh của phân tử

Đặc tánh của chúng nó là vận động không ngừng, mau lẹ và lộn xộn.

Đây là thuyết: Vận động của vật chất (Théorie cinétique de la matière) mà cách đây hai thế kỷ có ông Daniel Bernoulli (1737) đã nghĩ tới rồi.

Ít ai tin rằng: Trong các chất khí những phân tử vận động có khi một cách dữ dội phi thường; trong chất lỏng, chúng nó ít hung hăn hơn, còn khi chúng nó đâu dính lại ở một chỗ đặng làm ra chất cứng rắn thì chúng nó nhảy múa và tự quay tít luôn luôn.

Sự thí nghiệm của nhà thông thái Bỉ Spring

chứng chắc những phân tử của chất cứng rắn xao động luôn luôn

Nhà thông thái Bỉ Spring có thí nghiệm như vầy:

Ngài làm nhiều ống nhỏ bằng những loại kim khác nhau, tỷ như chì và thiếc. Ngài chồng cái nầy lên cái kia, cái vành của hai ống đâu mí với nhau thì rất láng và sạch sẽ. Ngài bỏ chúng nó trong một cái lò hấp nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ làm cho các loài kim chảy ra. Như chì và thiếc thì nhiệt độ trong lò hấp có năm chục độ mà thôi (50⁰). Trong một chập, mấy ống tròn nầy đều dính lại với nhau, làm ra một thứ hợp kim chì thiếc tại chỗ đâu mí.

Hiện tượng nầy chứng chắc rằng phân tử của ống tròn nầy dời chỗ qua nhập với phân tử của ống tròn kia đặng làm ra hợp kim.

Chúng ta nên biết rằng chì chảy ra khi bị đốt với một sức nóng từ 320 độ (320⁰) sắp lên, còn thiếc thì 231 độ. Thiếc là thứ mau chảy hơn hết trong các loài kim, sức nóng 50 độ không có làm hề hấn nó chút nào.

Nếu ông Spring dùng sức nóng rất cao đặng đốt chì và thiếc cho chúng nó chảy ra rồi mấy ống dính lại với nhau thì sự thí ngiệm của ông không có nghĩa chi cả, không ai đem vô sách đặng dạy đời. Nhưng ông dùng sức nóng có 50 độ mà cái kết quả như thế, người ta mới công nhận rằng phân tử của các chất cứng rắn xao động luôn luôn.

Sự thí nghiệm gọi là của ông Berthollet

về tánh bành trướng của những chất hơi

Người ta cho hai cái bình thông đồng với nhau, một cái ở trên, một cái ở dưới. Cái ở trên chứa khinh khí, mười bốn lần rưởi nhẹ hơn không khí; cái dưới đựng thán khí, một lần rưởi nặng hơn không khí. Hai thứ khí nầy không có ảnh hưởng hóa học với nhau.

Người ta tưởng rằng khí nào nằm trong bình nấy im lìm bởi vì thứ nặng ở dưới, thứ nhẹ ở trên. Nhưng trái lại, không bao lâu, vì sự vận động không ngừng nghỉ của chúng nó, cho nên những phân tử thán khí trộn lộn mật thiết với những phân tử khinh khí, rồi cả hai thành ra một thứ khí hỗn hợp đồng chất (mélange homogène).

Nếu hai thứ khi không bành trướng thì chúng nằm đâu nằm đó, thán khí cứ ở trong bình dưới, còn khnh khí thì ở trong bình trên luôn luôn, trừ khi nào người ta lắc hai cái bình chúng nó mới pha trộn lẫn nhau.

Sự thí nghiệm nầy gọi là của ông Berthollet chứng chắc tánh bành trướng của các chất hơi, nghĩa là phân tử của chúng nó rời rạc và vận động luôn luôn đặng choán một dung tích rộng lớn.

Thuyết vận động khí thể

(Théorie cinétique des gaz)

Từ nửa thế kỷ thứ 19 tới nay, các nhà bác học Clausius, Maxwel, Gibbs, Jeans, Einstein, biện giải rành mạch sự vận động của các thứ khí và lập thành một học thuyết gọi “thuyết vận động khí thể” (Théorie cinétique des gaz).

Một cái bình đậy kín chứa một thứ khí. Những phân tử của khí nầy trong lúc vận động, đụng vành trong của cái bình, chúng nó dội ra, nhảy lên rồi đụng với mấy phân tử khác. Chúng nó đụng đi đụng lại như vậy mãi không bao giờ thôi. Những sự đụng chạm các phân tử với vành trong của cái bình, tổng hợp lại làm ra áp lực của khí đó đối với cái bình [9].

Tốc độ của phân tử không khí

Dầu lúc trời êm lặng, phân tử của không khí cũng đi rất nhanh. Tốc độ nó là 500 thước trong một giây đồng hồ hay là một ngàn tám trăm cây số (1.800 km) trong một giờ, không kém phi cơ phản lực.

Phân tử cứ đi ngay tới, song trong không khí có không biết bao nhiêu phân tử, cho nên chúng đụng với nhau luôn luôn, và trong một giây đồng hồ, mỗi phân tử phải đổi chiều hướng 5.000 triệu lần. Thành ra đường chúng nó đi là đường gãy mà mấy đường gãy nầy không bằng với nhau, có cái dài, có cái vắn.

Khoa học gọi khoảng giữa hai lần đụng chạm của phân tử là khoảng đường tự do bực trung (libre parcours moyen). Muốn biết khoảng đường tự do bực trung nầy dài bao nhiêu thì cứ chia tốc độ 500 thước trong một giây đồng hồ cho số 5 ngàn triệu lần đổi chiều hướng, thành ra:

 = 0 m.000.000.1 = một phần mười ngàn của một ly

                                         (1 dix millième de millimètre)

Ta đi trong rừng nghe tiếng lá xào xạc, nhưng ngay chung quanh ta bây giờ, dầu ta ở thành thị hay thôn quê, hay bất cứ chốn nào, cả đêm lẫn ngày tiếng các phân tử không khí vẫn xào xạc luôn luôn bên tai ta mà ta không nghe không biết, cũng như máu huyết trong mình ta chạy ầm ầm mà ta không để ý tới vậy. Trong trời đất không có sự ngừng nghỉ ? Dứt sự vận động thì vạn vật đều tan ra tro mạt.

Khoảng giữa trung tâm hai phân tử

Người ta cũng đo được khoảng chia trung tâm hai phân tử in nhau, khi chúng nó đụng chạm. Trong không khí khoảng nhỏ hơn hết nầy là ba phần mười triệu ly (3 dix millionièmes de millimètre) nhằm 300 lần nhỏ hơn khoảng đường tự do bực trung.

Tốc độ các phân tử không giống nhau

Khinh khí (hydrogène) nhẹ hơn không khí 14 lần rưởi, tốc độ phân tử của nó mau hơn tốc độ phân tử của không khí, nghĩa là trong một giây đồng hồ nó đi được 2.000 thước, nhằm 7.200 cây số trong một giờ. Thán khí nặng hơn một lần rưởi không khí, tốc độ phân tử của nó 400 thước trong một giây đồng hồ và cũng trong thời gian ấy các phân tử đụng nhau 7 ngàn lần. Tốc độ bực trung của phân tử dưỡng khí là 425 thước trong một giây đồng hồ, tính ra 1.530 cây số trong một giờ.

Tại sao ta đi trong không khí dễ dàng

Ta biết rằng trong một phân khối khí trời có tới 30 ngàn triệu lần ngàn triệu hay là 30 tỷ tỷ phân tử thì một khoảng đường 100 thước bề dài có không biết bao nhiêu phân tử mà kể. Vậy tại làm sao ta đi trong không khí rất dễ dàng ? Chúng nó không thành những chướng ngại vật để cản trở bước đường của ta sao ?

Ấy tại trong không khí chỗ trống nhiều hơn chỗ đặc 2.000 lần. Nhờ vậy ta đi thong thả trên các con đường và ở trong nhà ta.

Sự sanh ra gió bão

Ta chớ nên quên bão tố làm sập nhà cửa, bẻ gãy cây cối, vật ngã các cột đèn, các cột dây thép. Đó là sức mạnh của phân tử không khí dồn đống lại thành một khối và đi một lượt với nhau.

Nếu trong một giây đồng hồ, khối nầy đi có 5 thước thì thành ra gió hiu hiu, tới 10 thước thì thành ra gió khá mạnh, bay đồ đạt, tới 20 thước thì thành ra cuồng phong, tới 50 thước thì thành ra bão tố ầm ầm, vì như thế nầy tốc độ của nó tới 180 cây số trong một giờ [10].

Nhiệt độ trong mình của một vật

Ta rờ một vật ta nói nó nóng hay nó lạnh. Sự nóng hay sự lạnh nầy là do cảm giác của ta sanh ra. Bây giờ phải cắt nghĩa làm sao nhiệt độ trong mình của mỗi vật. Khi học nguyên tử rồi thì ta biết rằng: Nhiệt độ trong mình mỗi vật là tốc độ sự xao xuyến những phân tử đã cấu tạo ra nó.

Thí dụ trong không khí tốc độ của phân tử dưỡng khí bực trung là 425 thước trong một giây đồng hồ (425 m/s). Nếu vì một lẽ gì mà tốc độ nầy tăng lên 485 thước trong một giây đồng hồ (485 m/s) thì ta nói trời nóng nực hơn ngày thường. Hàn thử biểu lên cao thêm nhiều độ nữa. Trái lại nếu tốc độ ấy giảm xuống còn có 380 hay 340 thước trong một giây đồng hồ (380 m/s hay 340 m/s) thì ta nói trời lạnh. Hàn thử biểu sẽ sụt xuống nhiều độ.

Lấy cái nầy suy ra thì ta biết được tại sao lúc ta cảm hàn hay cảm nhiệt thì mình ta lạnh hay là nóng và tại sao trong mình thú vật, con nầy thì nóng hơn con kia v. v. . .

Áp lực không khí

(Pression atmosphérique)

Chẳng những phân tử làm ra không khí đụng chạm với nhau luôn luôn mà chúng nó lại còn đụng chạm vào những cái gì mà chúng gặp ở dọc đường nữa, như nhà cửa, vách phên, cây cối, con người và thú vật v. v. . .

Chúng nó chạm phải bề mặt của mấy loài hay mấy vật nầy: nếu có một phân tử thì sự đụng chạm nầy không có quan hệ chi cả. Song bởi chúng nó hằng hà sa số cho nên sức đụng chạm của chúng nó rất mạnh.

Hết thảy sự đụng chạm nầy góp lại làm ra áp lực của không khí (pression atmosphérique) .

Các nhà khoa học đã toán ra thì về mỗi một phân vuông áp lực nặng tới một kí lô.

Trong mình ta, nội hai cái phổi đem trải ra cũng được một trăm thước vuông hay là một triệu phân vuông rồi. Bề mặt chúng nó phải chịu áp lực không khí nặng bằng một triệu kí lô hay là một ngàn tấn. Nhưng tại sao chúng nó không bị dập nát như tương. Ấy là nhờ chất lỏng và chất hơi trong mình ta cũng sanh ra một áp lực đồng cân [11] với áp lực của khộng khí. Nhờ sự thăng bằng như thế ta mới sống được.

Không khí bị dồn ép

Ta lấy cái bôm xe máy rút bít tông (piston) lên rồi lấy một ngón tay bịt đầu vòi lại. Ta nhận bít tông xuống, ta cảm thấy ngón tay bị đẩy mạnh ra. Sự hiểu biết về phân tử cắt nghĩa cho ta rõ tại sao thế. Trong lúc ta nhận bít tông xuống, thí dụ ta bớt phân nửa dung tích để chứa các phân tử ở trong ống bôm. . . Tốc độ các phân tử không đổi dời mà số phân tử trong mỗi phân khối tăng lên bằng hai. Sự đụng chạm của chúng nó sẽ hai lần nhiều hơn trước thì tự nhiên áp lực của chúng nó cũng hai lần mạnh hơn. Áp lực nầy đẩy ngón tay ta ra, nếu ta không nhận bít tông xuống nữa thì nó đẩy bít tông trở lên lại.

Sự cắt nghĩa nầy thuộc về luật Boyle Mariotte [12] trong vật lý học: “Trong nhiệt độ nhứt định thì áp lực của một khối khí bất biến phản tỷ lệ với dung tích của khối đó” (A température invariable la pression d’une masse constante de gaz est inversement proportionnelle au volume de cette masse). Nghĩa là trong nhiệt độ nhứt định, nếu dung dịch của một khối khí giảm đi bấy nhiêu thì áp lực của nó sẽ tăng lên bấy nhiêu.

Ta cũng nên biết khi một thứ khí bị ép quá thì những phân tử của chúng nó dồn khít với nhau lắm và sanh ra hơi nóng có thể làm ra lửa đốt cháy. Không khí bị ép được áp dụng vào kỹ nghệ súng hơi, hộp quẹt lửa, máy lạnh, máy hãm, động cơ và những công việc dưới nước.

Những điều hữu ích về sự hiểu biết tánh chất của phân tử

Biết tánh chất của phân tử thì ta cắt nghĩa được nhiều điều mà tự thuở giờ ta không hiểu tại sao rồi vẫn cho là tự nhiên như những việc sau nầy:

a) Một chút xạ dù bay thơm khắp cả phòng; một nhỏ thuốc mê rót ra, cách xa 10 thước người ta cũng biết hơi. Tại sao thế ? Ấy là tại mấy trăm ngàn triệu lần ngàn triệu hay mấy trăm ngàn tỷ tỷ phân tử làm ra mấy chất đó tan ra trong không khí, bay theo chiều gió và choán một dung tích rất rộng. Cũng vì lẽ nầy mà người ta biết được tại sao: có 5 phần trăm cà ram (0g,05) một chất thuốc màu vàng tên Fluorescéine pha với một ngàn lít nước (1.000 litres) hay là 25 đôi nước cũng đủ có màu giúp cho các nhà thủy lộ học (Hydrographe) dùng để học các mạch nước dưới đất.

b) Chỉ có một cục son (carmin) lớn bằng đầu cây kim gút mà làm đỏ lòm một trăm lít nước.

c) Một muỗng cà phê sữa đặc khuấy ra trắng một ly nước; nửa muỗng cà phê nước để sát trùng (crésyl) đủ làm trắng đục một lít nước và khử được mùi hôi.

d) Một lò hơi đương cháy ngọn xanh lè, nếu ta thảy vô đó một cục muối lớn bằng một phần mười triệu của một phần ngàn cà ram (un dix millionième de milligramme) thì ngọn lửa đương xanh hóa ra ngọn lửa vàng liền.

e) Một cục đạn súng 15 cà ram bắn ra với tốc độ 500 thước trong một giây đồng hồ thì có một sức mạnh bằng 200 kí lô cà ram mết  [13] (kilogrammètre), nghĩa là bằng sức mạnh đem một vật nặng 200 kí lô từ mặt đất lên từ một thước bề cao hay từ một thước bề cao rớt xuống đất. Sức mạnh nầy gọi là “Vận động thế lực” (énergie cinétique ou force vive du corps) vì sức mạnh của nó đi như thế nên nó xoi lũng vách phên, cây cối và xương thịt con người.

Một viên đạn trái phá 300 kí lô bắn ra với một tốc độ 500 thước trong một giây đồng hồ thì có sức mạnh 3.750.000 kí lô cà ram mết [14]. Chừng nó nổ tung thì sức mạnh nầy tăng thêm vì nó còn hợp với sức mạnh của chất nổ chứa ở trong viên đạn nữa. Bởi thế sức tàn phá của nó rất ghê gớm.

Sự phân chia phân tử

Trước đây tôi đã nói phân tử có thể chia ra những phần nhỏ nữa.

Dưới ảnh hưởng của luồng điện, một phân tử muối (Chlorure de sodium – NaCl) chia ra làm hai chất thuần là lục khí (chlore) và nạp (sodium) có những đặc tánh khác hơn đặc tánh của muối. Hai chất thuần là hai phần hết sức nhỏ gọi là hai Nguyên tử:

Nguyên tử lục khí và

Nguyên tử nạp.

Vậy thì phân tử gồm những phần tử nhỏ gọi là Nguyên tử.

Số Nguyên tử trong các phân tử

Số Nguyên tử trong các phân tử không giống nhau.

Trong mỗi phân tử của các thứ khí: hê-li-dum (hélium); ạt-gông (argon); xê-nông (xénon); nê-ông (néon); cờ-ríp-tông (krypton); hơi thủy ngân (vapeur de mercure) v. v. . . chỉ có một nguyên tử (monoatomiques).

Phân tử của dưỡng khí (oxygène), đạm khí (azote), chì, kẽm, đồng v. v. . . gồm hai nguyên tử (diatomiques).

Phân tử của vàng, ta-li-dum (thallium) v. v. . .  có ba nguyên tử (triatomiques).

Phân tử của thiếc (étain), bạch kim (platine), đệ (antimoine), lân tinh (phosphore), thạch tín (arsenic) v. v. . . có bốn nguyên tử (tétratomiques).

Một phân tử nước gồm:

2 nguyên tử khinh khí (hydrogène)

1 nguyên tử dưỡng khí (oxygène)

Hóa học thức (formule chimique) của nó là H²O, hay OH²

Một phân tử thán khí (gaz carbonique) gồm:

1 nguyên tử thán tố (carbone)

2 nguyên tử dưỡng khí (oxygène)

Hóa học thức của nó là CO²

Một phân tử đường gồm:

12 nguyên tử thán tố

22 nguyên tử khinh khí

11 nguyên tử dưỡng khí

Cọng hết lại là 45 nguyên tử.

Hóa học thức của nó là  C¹²H²²O¹¹.

Có nhiều phân tử mỗi cái gồm mấy ngàn nguyên tử, nhứt là phân tử của đản bạch tinh (protéine) như tròng trắng trứng gà (albumine de l’oeuf).

Sự cấu tạo phân tử với đặc tánh của nó

Sự cấu tạo phân tử có liên quan mật thiết với đặc tánh của nó.

Người ta vẫn biết như vậy song chưa tìm ra nguyên do.

Tỷ như: Khi phân tích một phân tử đường người ta biết nó gồm:

12 nguyên tử thán tố

22 nguyên tử khinh khí

11 nguyên tử dưỡng khí

Nhưng tại sao ba chất nầy hợp lại làm ra đường ăn ngọt.

Một phân tử muối gồm:

1 nguyên tử lục khí

1 nguyên tử nạp

Hai nguyên tử nầy hợp với nhau cách nào mà muối lại mặn.

Cũng như thuốc véronol gồm một căn cơ [15] carbonyle. Khi uống vô thì làm cho người và thú vật ngủ say. Nếu hỏi tại làm sao lại làm cho ngủ thì phải trả lời làm sao bây giờ ? Không lẽ nói tại nó có căn cơ carbonyle. Đây là sự bí mật của Tạo Công mà hiện giờ chưa ai khám phá được. Xin để đoàn hậu tấn giải quyết những vấn đề như thế.

Mục Lục Lời Nói Đầu  Chương 1  Chương 2  Chương 3  Kết Luận  đầu sách  cuối sách  ghi chú
 

CHƯƠNG THỨ NHÌ

NGUYÊN TỬ LÀ GÌ ?

Bây giờ ta có thể định nghĩa Nguyên tử như vầy:

“Nguyên tử là một số lượng nhỏ hơn hết của đơn chất có thể nhập vào một hóa hợp phẩm”.
 

Nguyên tử bao lớn

Nói đến nguyên tử, chắc ai ai cũng muốn biết hình dạng của nó ra sao ?

Nhưng không thấy nó rõ ràng, làm sao tả hình dạng bây giờ. Cách đây 11 năm, Lịch thư (Almanach) François năm 1940, trương 105, có trích trong Thiếu niên Tạp chí (Cadet revue) một đoạn, thuật chuyện tại Richemont bên Virginie (Mỹ Quốc) người ta mới chế ra được một cái kiếng hiển vi rọi hình ra lớn một triệu lần, nghĩa là một vật có một ly thấy lớn tới một cây số. Đây là lần thứ nhứt mà cả trăm nhà bác học Mỹ nhóm nhau thấy được hình dạng một nguyên tử.

Nguyên tử hiện ra một vòng chiếu sáng và xây tròn.

Chỉ nói có bao nhiêu đó rồi chấm dứt. Từ ấy những nay, không ai nghe nói tới vấn đề đó nữa.

Bề trực kính của Nguyên tử

Các nhà  bác học cho rằng bề trực kính bực trung của nguyên tử thì lối 1 phần mười triệu của một ly (un dix millionième de millimètre). Thí dụ: nguyên tử tròn như viên đạn và một cỡ với nhau, nếu sắp chúng nó khít nhau một dọc, thì phải mười triệu nguyên tử mới được bề dài một ly.

10 triệu nguyên tử

1 ly bề dài

Một xâu nguyên tử 60 ngàn triệu cây số bề dài

Các bạn có biết bề dài những nguyên tử ở trong một cà ram khinh khí, chỉ một cà ram thôi, bao nhiêu không ? Dài lắm, dài cho đến đỗi không ai tưởng tượng nỗi.

Nếu sắp hàng những nguyên tử nầy khít nhau như một xâu chuỗi hột thì bề dài chúng nó tới 60 ngàn triệu cây số, bằng 400 lần khoảng đường từ trái đất lên tới mặt trời (các nhà thiên văn nói trái đất mình cách xa mặt trời 149 triệu 500 ngàn cây số - 149.500.000 Km).

Cả trăm thứ nguyên tử

Khoa học tìm ra cả trăm thứ nguyên tử khác nhau mà dường như chúng nó một cỡ với nhau.

Nguyên tử là một điểm và đồng thời cũng là một võ trụ

Nguyên tử là một điểm và đồng thời cũng là một võ trụ nữa. Một điểm bởi vì nó nhỏ quá không thấy được và nó cũng không ở trong trạng thái tự do. Thường thường nó ở trong trạng thái kết hợp đặng làm ra phân tử.

Một võ trụ vì nó giống như một thái dương hệ nhỏ.

Sự cấu tạo nguyên tử

Người ta có quan niệm nầy: nguyên tử gồm có hai phần:

a)    Chính giữa mốt cái hột hay là nhân (noyau).

b) Chung quanh cái nhân là những hột điển âm hay âm điện tử (électron) xây tròn theo, không khác nào hành tinh xây chung quanh mặt trời.

Đây gọi là thuyết Rutherford hay là nguyên tử của Rutherford. Năm 1909, nhà vật lý Rutherford đề nghị rằng: “Nên xem nguyên tử như là một hệ thống mặt trời, nhưng nó còn phức tạp hơn nữa”. Nhưng kỳ thật, trước Rutherford, nhà vật lý hóa học Pháp, Jean Perrin đã phát biểu ý kiến đó rồi. Ông Rutherford chỉ lập lại ý kiến đó mà người ta lại gọi rằng thuyết của Rutherford, không khác nào Christophe Colomb [16] tìm được Mỹ Châu mà người ta lấy tên của ông Améric Vespuce mà đặt cho nó là Amérique vậy.

Nhân

Nhân gồm hai phần:

a)    Những dương tử (proton) và

b)    Những trung hòa tử (neutron).

Dương tử (Proton)

Dương tử là phần tử chứa dương điện. Nó là nhân của nguyên tử khinh khí. Khối lượng của nó là 1,00812. Người ta quan sát nó lần đầu tiên nhằm năm 1886 dưới hình thức những phóng quang vận hà (les rayons canaux) trong những ống phóng điện (tubes à décharge).

Trung hòa tử (Neutron)

Trung hòa tử là những phần tử trung hòa (neutre), không chứa thứ điện nào cả. Ông Chadwick, người Anh, tìm được nó năm 1932. Khối lượng của nó cao hơn khối lượng của dương tử một chút 1,00893.

Điện hạch (Nucléons)

Dương tử và trung hòa tử gọi chung là điện hạch (nucléons). Nói tóm lại cái nhân chứa hầu hết khối lượng của nguyên tử.

Hình trạng các thứ nguyên tử

Nhân của nguyên tử nầy không giống nhân của nguyên tử kia. Vì thế có nhiều thứ nhân.

Nhân đơn giản hơn hết

Nhân một điện hạch

Nhân đơn giản hơn hết là nhân của khinh khí.

Nó chỉ có một dương tử (Bờ-rô-tông – proton) chớ không có trung hòa tử. Mà cũng chỉ có một âm điện tử, “ê-léc-trông”, xây chung quanh dương tử mà thôi.

Cho nên khinh khí là một thứ khí mà mật độ (densité) nhẹ hơn hết. Theo lý thuyết, học nguyên tử khinh khí là điều dễ dàng hơn mấy điều kia.

Nhân hai điện hạch

Một Dương tử

Một Trung hòa tử

Kế khinh khí là một thứ khinh khí nặng, deutérium hay hydrogène lourd. Nhân của nó gọi là deuton. Nhân nầy gồn hai điện hạch.

Một dương tử (un proton) và một trung hòa tử (un neutron).

Khinh khí nặng là chất đồng vị với khinh khí thường.

Nhân bốn Điện hạch

2 Dương tử

2 Trung hòa tử

Cái nhân gồm có bốn điện hạch:

2 Dương tử

2 Trung hòa tử

gọi là hê-li-dong (hélion). Nguyên tử của nó làm ra thứ khí hê-li-dum (hélium) là thứ nhẹ hơn hết, sau khinh khí.

Nhân sáu Điện hạch