Si barreges tinta o pintura amb aigua, i després mireu aquesta aigua amb un microscopi, podreu veure el moviment ràpid de les partícules més petites de sutge o pintura en diferents direccions. Què provoca aquests moviments?
Qui ho va descobrir i quan
L'any 1827, el biòleg anglès Robert Brown va observar a través d'un microscopi una gota d'aigua, que accidentalment va obtenir una petita quantitat de pol·len. Va veure que les partícules més petites de pol·len ballaven, movent-se caòticament en el líquid. Així doncs, es va descobrir el moviment brownià que porta el nom d'aquest científic: el moviment de les partícules més petites dissoltes en un líquid o gas. Després d'observar els diferents tipus de pol·len de la seva col·lecció, el biòleg va dissoldre els minerals en pols en aigua.
Com a resultat, Brown estava convençut que aquest moviment caòtic no era causat pel propi líquid ni per influències externes sobre el líquid, sinó directament pel moviment intern de la partícula més petita. Aquesta partícula, per analogia amb el moviment observat, es va anomenar "partícula de Brown".
Desenvolupament de la teoria, els seus seguidors
Més tard, el descobriment de Brown va ser confirmat, ampliat i especificat, basat en la teoria cinètica molecular, per A. Einstein i M. Smoluchowski. I el físic francès Perrin, vint anys més tard, gràcies a la millora dels microscopis en el procés d'estudi del moviment aleatori d'una partícula browniana, va confirmar l'existència de molècules pròpiament dites. L'observació del moviment brownià va permetre a Perrin calcular el nombre de molècules en 1 mol de qualsevol gas i derivar la fórmula baromètrica.
El descobriment del moviment d'una partícula browniana va servir com a prova de l'existència de partícules molt més petites, ni tan sols visibles al microscopi: molècules d'un líquid i qualsevol altra substància. Són les molècules les que, amb el seu moviment constant, obliguen a moure partícules de pol·len, sutge o pintura.
Definició i mida
Si observeu les partícules de la carcassa suspeses a l'aigua a través d'un microscopi, notareu que els grans de diferents mides es comporten de manera diferent. Les partícules relativament voluminoses, que experimenten el mateix nombre de xocs des de tots els costats durant un període de temps determinat, no comencen a moure's. I les partícules petites durant el mateix interval de temps reben impactes unilaterals no compensats, empenyent-les cap a un costat i es mouen.
Quina mida té una partícula browniana exposada a molècules? S'ha demostrat empíricament que els grans de pol·len citoplasmàtic no superen els 3 micròmetres (µm), o 10-6 metres, o 10-3mil·límetre. Les partícules més grans no esdevenen participants en el moviment constant descobert per Brown.
Doncs, responem a la pregunta "què és una partícula browniana". Són els grans més petits d'una substància amb una mida no superior a 3 micres, que es troben suspesos en un líquid o gas, fent un moviment caòtic constant sota la influència de les molècules del medi on es troben.
Teoria cinètica molecular
El moviment brownià no s'atura, no s'alenteix en el temps. Això explica el concepte de teoria cinètica molecular, que diu que les molècules de qualsevol substància estan en constant moviment tèrmic. Amb l'augment de la temperatura del medi, la velocitat de moviment de les molècules augmenta i, en conseqüència, la partícula browniana, que està sotmesa a impactes moleculars, també s'accelera.
A més de la temperatura de la matèria, la velocitat del moviment brownià també depèn de la viscositat del medi i de la mida de la partícula en suspensió. El moviment arribarà a la seva velocitat màxima quan la temperatura de la substància que envolta la partícula sigui alta, la substància en si no serà viscosa i les partícules de pols seran les més petites.
Molècules d'una substància en què es troben les partícules més petites, xocant aleatòriament, apliquen una força resultant (produeixen una empenta), provocant un canvi en la direcció del moviment del pol·len. Però aquestes fluctuacions són molt curtes en el temps i gairebé immediatament la direcció de la força aplicada canvia, la qual cosa comporta un canvi en la direcció del moviment.
L'exemple més senzill i clar que permet entendre què és una partícula browniana és el moviment de les partícules de pols, visibles en un raig de sol oblic. En 99-55 anys. BC e. l'antic poeta romà Lucreci va explicar amb precisió la causa del moviment erràtic en el poema filosòfic "Sobre la naturalesa de les coses".
Mira aquí: sempre que passa la llum del sol
En els nostres habitatges i la foscor s'obre amb els seus raigs, Molts cossos petits al buit, veureu, parpellejant, Correu cap endavant i cap enrere amb un resplendor de llum radiant.
Pots entendre d'això com incansablement
El començament de les coses en el gran buit és inquiet.
Així que les coses fantàstiques ajuden a comprendre
Coses petites, que descriuen el camí per a la seva comprensió.
A més, perquè cal parar atenció
A l'agitació dels cossos que parpellegen a la llum del sol
Què en saps d'importància i moviment, Què hi passa en secret i amagat a la vista.
Perquè veuràs allà quantes partícules de pols canvien
El camí des dels xocs ocults i torna a volar, Sempre d'anada i tornada corrent en totes direccions.
Molt abans de l'arribada de la tecnologia moderna d'augment, Lucreci, observant un anàleg del moviment vist per Brown, va arribar a la conclusió que existeixen les partícules més petites de la matèria. Brown ho va confirmar fent un dels descobriments científics més importants.
