Brown hücre çekirdeğini keşfetti. Brown hareketi - koloidal kimyanın gelişiminin tarihi

İskoç botanikçi Robert Brown (bazen soyadı Brown olarak yazılır) yaşamı boyunca en iyi bitki uzmanı olarak “Botanikçilerin Prensi” unvanını aldı. Birçok harika keşif yaptı. 1805 yılında, Avustralya'ya yaptığı dört yıllık bir keşif gezisinin ardından, bilim adamlarının bilmediği yaklaşık 4.000 Avustralya bitki türünü İngiltere'ye getirdi ve bunları incelemek için uzun yıllar harcadı. Endonezya ve Orta Afrika'dan getirilen açıklanan bitkiler. Bitki fizyolojisini inceledi ve ilk kez bir bitki hücresinin çekirdeğini ayrıntılı olarak tanımladı. St. Petersburg Bilimler Akademisi onu fahri üye yaptı. Ancak bilim adamının adı artık bu çalışmalardan dolayı yaygın olarak biliniyor.

1827'de Brown bitki poleni üzerine araştırma yaptı. Özellikle polenin döllenme sürecine nasıl katıldığıyla ilgileniyordu. Bir defasında Kuzey Amerika bitkisindeki polen hücrelerine mikroskop altında baktı. Clarkia pulchella(güzel clarkia) suda asılı duran uzun sitoplazmik taneler. Brown birdenbire, bir su damlasında zar zor görülebilen en küçük katı taneciklerin sürekli titrediğini ve bir yerden bir yere hareket ettiğini gördü. Kendi deyimiyle bu hareketlerin "sıvıdaki akışlarla ya da sıvının kademeli buharlaşmasıyla ilişkili olmadığını, parçacıkların doğasında bulunduğunu" buldu.

Brown'ın gözlemi diğer bilim adamları tarafından da doğrulandı. En küçük parçacıklar sanki canlıymış gibi davrandı ve parçacıkların "dansı" artan sıcaklıkla ve parçacık boyutunun küçülmesiyle hızlandı ve suyun daha viskoz bir ortamla değiştirilmesiyle açıkça yavaşladı. Bu şaşırtıcı olay hiç durmadı; istenildiği kadar gözlemlenebilirdi. Brown ilk başta canlıların aslında mikroskobun alanına düştüğünü bile düşündü, özellikle de polen bitkilerin erkek üreme hücreleri olduğundan, ancak ölü bitkilerden, hatta yüz yıl önce herbaryumlarda kurutulmuş olanlardan bile parçacıklar vardı. Daha sonra Brown, bunların "canlıların temel molekülleri" olup olmadığını düşündü ve 36 ciltlik bir kitabın yazarı olan ünlü Fransız doğa bilimci Georges Buffon'un (1707-1788) bahsettiği şey buydu. Doğal Tarih. Brown görünüşte cansız nesneleri incelemeye başladığında bu varsayım ortadan kalktı; ilk başta bunlar çok küçük kömür parçacıklarının yanı sıra Londra havasından gelen kurum ve tozdu, sonra ince öğütülmüş inorganik maddelerdi: cam, birçok farklı mineral. "Aktif moleküller" her yerdeydi: "Bir süre suda asılı kalabilecek kadar toz haline getirmeyi başardığım her mineralde" diye yazdı Brown, az ya da çok miktarlarda bu molekülleri buldum. "

Brown'un en son mikroskoplardan hiçbirine sahip olmadığı söylenmelidir. Makalesinde, birkaç yıldır kullandığı sıradan bikonveks merceklere sahip olduğunu özellikle vurguluyor. Ve şöyle devam ediyor: "İfadelerime daha fazla inandırıcılık kazandırmak ve onları sıradan gözlemler için mümkün olduğunca erişilebilir kılmak amacıyla, tüm çalışma boyunca çalışmaya başladığım mercekleri kullanmaya devam ettim."

Şimdi, Brown'un gözlemini tekrarlamak gerekirse, çok güçlü olmayan bir mikroskoba sahip olmak ve onu, yan taraftaki bir delikten yoğun bir ışık huzmesi ile aydınlatılan karartılmış bir kutudaki dumanı incelemek için kullanmak yeterlidir. Bu olay gazda sıvıya göre çok daha net bir şekilde kendini gösterir: küçük kül veya is parçacıkları (dumanın kaynağına bağlı olarak) görülebilir, ışık saçar ve sürekli olarak ileri geri sıçrar.

Bilimde sık sık olduğu gibi, yıllar sonra tarihçiler, mikroskobun mucidi Hollandalı Antonie Leeuwenhoek'in 1670 yılında benzer bir olguyu gözlemlediğini ancak mikroskopların nadirliği ve kusurluluğu, o dönemde moleküler bilimin embriyonik durumu olduğunu keşfettiler. Leeuwenhoek'in gözlemi dikkat çekmedi, bu nedenle keşif haklı olarak onu ilk kez inceleyen ve ayrıntılı olarak açıklayan Brown'a atfediliyor.

Brown hareketi ve atomik-moleküler teori.

Brown'un gözlemlediği olay kısa sürede geniş çapta tanındı. Kendisi deneylerini çok sayıda meslektaşına gösterdi (Brown iki düzine isim listeliyor). Ancak ne Brown ne de diğer birçok bilim insanı uzun yıllar boyunca “Brown hareketi” olarak adlandırılan bu gizemli olguyu açıklayamadı. Parçacıkların hareketleri tamamen rastgeleydi: Zamanın farklı noktalarında (örneğin her dakika) konumlarının çizimleri, ilk bakışta bu hareketlerde herhangi bir desen bulmayı mümkün kılmıyordu.

Brown hareketinin (bu fenomene böyle adlandırılıyordu) görünmez moleküllerin hareketiyle açıklanması ancak 19. yüzyılın son çeyreğinde yapıldı, ancak tüm bilim adamları tarafından hemen kabul edilmedi. 1863 yılında, Karlsruhe'den (Almanya) tanımlayıcı geometri öğretmeni Ludwig Christian Wiener (1826-1896), bu fenomenin görünmez atomların salınım hareketleriyle ilişkili olduğunu öne sürdü. Bu, Brown hareketinin modern olmaktan çok uzak olmasına rağmen atomların ve moleküllerin özellikleriyle açıklandığı ilk açıklamaydı. Wiener'in bu fenomeni maddenin yapısının sırlarına nüfuz etmek için kullanma fırsatını görmesi önemlidir. Brown parçacıklarının hareket hızını ve bunun boyutlarına bağlılığını ölçmeye çalışan ilk kişi oydu. İlginçtir ki 1921'de ABD Ulusal Bilimler Akademisi Raporları Sibernetiğin ünlü kurucusu başka bir Wiener - Norbert'in Brown hareketi üzerine bir çalışma yayınlandı.

L.K. Wiener'in fikirleri bir dizi bilim adamı tarafından kabul edildi ve geliştirildi - Avusturya'da Sigmund Exner (ve 33 yıl sonra - oğlu Felix), İtalya'da Giovanni Cantoni, Almanya'da Karl Wilhelm Negeli, Fransa'da Louis Georges Gouy, üç Belçikalı rahip. - Cizvitler Carbonelli, Delso ve Tirion ve diğerleri. Bu bilim adamları arasında daha sonra ünlü İngiliz fizikçi ve kimyager William Ramsay da vardı. Yavaş yavaş, en küçük madde taneciklerinin, artık mikroskopla görülemeyen daha da küçük parçacıklar tarafından her yönden vurulduğu açıklığa kavuştu; tıpkı uzaktaki bir tekneyi sallayan dalgaların kıyıdan görülememesi ve teknenin hareketleri gibi. kendisi oldukça net bir şekilde görülüyor. 1877'deki makalelerden birinde yazdıkları gibi, “...büyük sayılar yasası artık çarpışmaların etkisini ortalama tekdüze basınca indirmiyor; bunların sonucu artık sıfıra eşit olmayacak, sürekli olarak yönünü ve yönünü değiştirecek; büyüklük."

Niteliksel olarak, resim oldukça makul ve hatta görseldi. Birçok karınca tarafından farklı yönlere itilen (veya çekilen) küçük bir dal veya böcek yaklaşık olarak aynı şekilde hareket etmelidir. Bu daha küçük parçacıklar aslında bilim adamlarının sözlüğündeydi ama onları daha önce kimse görmemişti. Onlara molekül deniyordu; Latince'den tercüme edilen bu kelime "küçük kütle" anlamına gelir. Şaşırtıcı bir şekilde, bu, Romalı filozof Titus Lucretius Carus'un (M.Ö. 99-55) ünlü şiirinde benzer bir olguya yaptığı açıklamanın aynısıdır. Şeylerin doğası hakkında. İçinde gözle görülmeyen en küçük parçacıklara, şeylerin "ilkel ilkeleri" adını veriyor.

Şeylerin ilkeleri önce kendilerini hareket ettirir,
Onları en küçük bileşimlerinden oluşan bedenler takip ediyor.
Bir bakıma temel ilkelere yakın,
Onlardan saklanarak, şoklara maruz kalarak çabalamaya başlarlar.
Daha sonra kendilerini daha büyük bedenlere hareket ettirmeye teşvik ediyorlar.
Yani en baştan başlayarak hareket yavaş yavaş
Duygularımıza dokunuyor ve görünür oluyor
Bize ve güneş ışığında hareket eden toz zerrelerine,
Her ne kadar meydana gelen sarsıntılar algılanamaz olsa da...

Daha sonra Lucretius'un yanıldığı ortaya çıktı: Brownian hareketini çıplak gözle gözlemlemek imkansızdır ve karanlık bir odaya giren güneş ışınındaki toz parçacıkları, havanın girdap hareketleri nedeniyle "dans eder". Ancak dışarıdan bakıldığında her iki olgunun da bazı benzerlikleri var. Ve sadece 19. yüzyılda. Brown parçacıklarının hareketinin, ortamdaki moleküllerin rastgele etkilerinden kaynaklandığı birçok bilim adamı için açık hale geldi. Hareket eden moleküller sudaki toz parçacıkları ve diğer katı parçacıklarla çarpışır. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa hareket o kadar hızlı olur. Örneğin, bir toz zerresi büyükse, 0,1 mm boyutundaysa (çap, bir su molekülününkinden milyon kat daha büyükse), o zaman her taraftan gelen eşzamanlı birçok etki karşılıklı olarak dengelenir ve pratikte onları "hissedin" - yaklaşık olarak plaka büyüklüğündeki bir tahta parçasının, onu farklı yönlere çekecek veya itecek birçok karıncanın çabalarını "hissetmeyeceği" gibi. Toz parçacığı nispeten küçükse, çevredeki moleküllerden gelen darbelerin etkisi altında bir yönde veya diğer yönde hareket edecektir.

Brown parçacıklarının boyutu 0,1–1 μm civarındadır, yani. Milimetrenin binde birinden on binde birine kadar, bu yüzden Brown onların hareketlerini ayırt edebildi çünkü polenin kendisine değil (ki bu hakkında sıklıkla yanlışlıkla yazılır) küçük sitoplazmik tanelere bakıyordu. Sorun polen hücrelerinin çok büyük olmasıdır. Böylece rüzgarla taşınan ve insanlarda alerjik hastalıklara (saman nezlesi) neden olan çayır otu poleninde hücre boyutu genellikle 20 – 50 mikron aralığında yani. Brown hareketini gözlemleyemeyecek kadar büyükler. Bir Brown parçacığının bireysel hareketlerinin çok sık ve çok kısa mesafelerde meydana geldiğini, bu nedenle onları görmenin imkansız olduğunu, ancak belirli bir süre boyunca meydana gelen hareketlerin mikroskop altında görülebildiğini belirtmek de önemlidir.

Görünüşe göre Brown hareketinin varlığı, maddenin moleküler yapısını açıkça kanıtladı, ancak 20. yüzyılın başında bile. Moleküllerin varlığına inanmayan fizikçiler ve kimyagerler de dahil olmak üzere bilim adamları vardı. Atomik-moleküler teori ancak yavaş yavaş ve zorlukla kabul görmeye başladı. Bu nedenle, önde gelen Fransız organik kimyager Marcelin Berthelot (1827–1907) şunları yazdı: "Bilgilerimiz açısından molekül kavramı belirsizdir, oysa başka bir kavram - atom - tamamen varsayımsaldır." Ünlü Fransız kimyager A. Saint-Clair Deville (1818–1881) daha da net bir şekilde konuştu: “Avogadro yasasını, atomu veya molekülü kabul etmiyorum çünkü göremediğim ve gözlemleyemediğim şeye inanmayı reddediyorum. ” Ve Alman fiziksel kimyager Wilhelm Ostwald (1853–1932), Nobel Ödülü sahibi, fiziksel kimyanın kurucularından biri, 20. yüzyılın başlarında. atomun varlığını kesin olarak reddetti. İçinde “atom” kelimesinin hiç geçmediği üç ciltlik bir kimya ders kitabı yazmayı başardı. 19 Nisan 1904'te Kraliyet Enstitüsü'nde İngiliz Kimya Derneği üyelerine sunduğu geniş bir raporla konuşan Ostwald, atomların var olmadığını ve "madde dediğimiz şeyin yalnızca belirli bir ortamda bir araya toplanmış enerjilerin toplamı olduğunu" kanıtlamaya çalıştı. yer."

Ancak moleküler teoriyi kabul eden fizikçiler bile atom-moleküler teorinin geçerliliğinin bu kadar basit bir şekilde kanıtlandığına inanamadılar ve bu olayı açıklamak için çeşitli alternatif nedenler öne sürüldü. Ve bu tamamen bilimin ruhuna uygundur: Bir olgunun nedeni açıkça belirlenene kadar, mümkünse deneysel veya teorik olarak test edilmesi gereken çeşitli hipotezleri varsaymak mümkündür (ve hatta gereklidir). Böylece, 1905 yılında, ünlü akademisyen A.F. Ioffe'nin öğretmeni St. Petersburg fizik profesörü N.A. Gezekhus'un kısa bir makalesi Brockhaus ve Efron Ansiklopedik Sözlüğü'nde yayınlandı. Gesehus, bazı bilim adamlarına göre Brown hareketinin "bir sıvının içinden geçen ışık veya ısı ışınlarının" neden olduğunu ve "bir sıvı içindeki, moleküllerin hareketleriyle hiçbir ilgisi olmayan basit akışlar" anlamına geldiğini ve bu akışların "bir sıvının içinden geçmesi" sonucu oluştuğunu yazdı. “buharlaşma, difüzyon ve diğer sebeplerden” kaynaklanabilir. Sonuçta, havadaki toz parçacıklarının çok benzer bir hareketinin tam olarak girdap akışlarından kaynaklandığı zaten biliniyordu. Ancak Gesehus'un yaptığı açıklama deneysel olarak kolayca çürütülebilir: Birbirine çok yakın bulunan iki Brown parçacığına güçlü bir mikroskopla bakarsanız, hareketlerinin tamamen bağımsız olduğu ortaya çıkacaktır. Eğer bu hareketler sıvıdaki herhangi bir akıştan kaynaklanıyorsa, bu durumda komşu parçacıklar uyum içinde hareket edeceklerdir.

Brown hareketi teorisi.

20. yüzyılın başında. çoğu bilim adamı Brown hareketinin moleküler doğasını anladı. Ancak tüm açıklamalar tamamen niteliksel olarak kaldı; hiçbir niceliksel teori deneysel testlere dayanamadı. Ek olarak, deney sonuçları da belirsizdi: Durmaksızın koşan parçacıkların fantastik görüntüsü, deneycileri hipnotize etti ve onlar, olgunun hangi özelliklerinin ölçülmesi gerektiğini tam olarak bilmiyorlardı.

Görünen tam düzensizliğe rağmen Brown parçacıklarının rastgele hareketlerini matematiksel bir ilişkiyle tanımlamak hâlâ mümkündü. Brown hareketinin ayrıntılı bir açıklaması ilk kez 1904 yılında, o yıllarda Lviv Üniversitesi'nde çalışan Polonyalı fizikçi Marian Smoluchowski (1872–1917) tarafından yapılmıştır. Aynı zamanda, bu fenomenin teorisi, İsviçre'nin Bern şehrindeki Patent Ofisinde o zamanlar az tanınan 2. sınıf bir uzman olan Albert Einstein (1879–1955) tarafından geliştirildi. Mayıs 1905'te Alman Annalen der Physik dergisinde yayınlanan makalesi şu başlığı taşıyordu: Moleküler kinetik ısı teorisinin gerektirdiği, hareketsiz bir sıvı içinde asılı duran parçacıkların hareketi hakkında. Bu isimle Einstein, maddenin yapısına ilişkin moleküler kinetik teorisinin, sıvılardaki en küçük katı parçacıkların rastgele hareketinin varlığını zorunlu olarak ima ettiğini göstermek istiyordu.

Einstein'ın bu makalenin en başında yüzeysel de olsa bu fenomene aşina olduğunu yazması ilginçtir: "Söz konusu hareketlerin sözde Brown moleküler hareketi ile aynı olması mümkündür, ancak mevcut veriler Bana göre ikincisi o kadar yanlış ki, bu kesin bir görüş formüle edemedim. Ve onlarca yıl sonra, zaten ileri yaşlarında, Einstein anılarında farklı bir şey yazdı - Brown hareketi hakkında hiçbir şey bilmediğini ve aslında onu tamamen teorik olarak "yeniden keşfettiğini": "'Brown hareketi' gözlemlerinin uzun süredir araştırıldığını bilmemek" Bildiğim kadarıyla, atom teorisinin mikroskobik asılı parçacıkların gözlemlenebilir hareketinin varlığına yol açtığını keşfettim. Ne olursa olsun, Einstein'ın teorik makalesi, deneycilere sonuçlarını deneysel olarak test etmeleri için doğrudan bir çağrıyla sona erdi: "Eğer herhangi bir araştırmacı bu soruya kısa sürede cevap verebilirse. Burada sorulan sorular." – makalesini alışılmadık bir ünlemle bitiriyor.

Einstein'ın tutkulu çağrısına yanıt çok uzun sürmedi.

Smoluchowski-Einstein teorisine göre, bir Brown parçacığının kare yer değiştirmesinin ortalama değeri ( S 2) zaman için T sıcaklıkla doğru orantılı T ve sıvının viskozitesi h, parçacık boyutu ile ters orantılıdır R ve Avogadro sabiti

N A: S 2 = 2RT/6saat rN A,

Nerede R- Gaz sabiti. Yani, 1 μm çapındaki bir parçacık 1 dakikada 10 μm hareket ederse, o zaman 9 dakikada - 10 = 30 μm, 25 dakikada - 10 = 50 μm vb. Benzer koşullar altında, çapı 0,25 μm olan bir parçacık, aynı süreler boyunca (1, 9 ve 25 dakika) = 2 olduğundan sırasıyla 20, 60 ve 100 μm hareket edecektir. Yukarıdaki formülün aşağıdakileri içermesi önemlidir: Avogadro sabiti, Fransız fizikçi Jean Baptiste Perrin (1870–1942) tarafından Brownian parçacığının hareketinin nicel ölçümleriyle belirlenebilir.

1908'de Perrin, Brown parçacıklarının hareketinin mikroskop altında niceliksel gözlemlerine başladı. 1902'de icat edilen ve güçlü bir yan aydınlatıcıdan üzerlerine ışık saçarak en küçük parçacıkları tespit etmeyi mümkün kılan bir ultramikroskop kullandı. Perrin, bazı tropik ağaçların yoğunlaştırılmış özsuyu olan sakızdan neredeyse küresel şekilli ve yaklaşık olarak aynı büyüklükte küçük toplar elde etti (aynı zamanda sarı sulu boya boyası olarak da kullanılır). Bu minik boncuklar %12 su içeren gliserol içinde süspanse edildi; viskoz sıvı, içinde resmi bulanıklaştıracak iç akışların ortaya çıkmasını engelledi. Elinde bir kronometre olan Perrin, parçacıkların konumunu düzenli aralıklarla, örneğin her yarım dakikada bir, kaydetti ve ardından grafikli bir kağıt üzerine (tabii ki çok büyütülmüş bir ölçekte) çizdi. Ortaya çıkan noktaları düz çizgilerle birleştirerek karmaşık yörüngeler elde etti; bunlardan bazıları şekilde gösterilmiştir (bunlar Perrin'in kitabından alınmıştır). Atomlar 1920'de Paris'te yayınlandı). Parçacıkların böylesine kaotik, düzensiz hareketi, uzayda oldukça yavaş hareket etmelerine yol açar: bölümlerin toplamı, parçacığın ilk noktadan son noktaya kadar yer değiştirmesinden çok daha fazladır.

Üç Brownian parçacığının (yaklaşık 1 mikron boyutunda sakız topları) her 30 saniyede bir ardışık konumları. Bir hücre 3 µm mesafeye karşılık gelir. Eğer Perrin Brown parçacıklarının konumunu 30 saniye sonra değil de 3 saniye sonra belirleyebilseydi, her bir komşu nokta arasındaki düz çizgiler aynı karmaşık zikzak kesikli çizgiye, ancak daha küçük ölçekte dönüşecekti.

Perrin, teorik formülü ve sonuçlarını kullanarak Avogadro sayısı için o dönem için oldukça doğru olan bir değer elde etti: 6,8 . 10 23. Perrin ayrıca Brown parçacıklarının dikey dağılımını incelemek için bir mikroskop kullandı ( santimetre. AVOGADRO YASASI) ve yerçekiminin etkisine rağmen bunların çözelti içinde askıda kaldıklarını gösterdi. Perrin'in başka önemli eserleri de var. 1895'te katot ışınlarının negatif elektrik yükleri (elektronlar) olduğunu kanıtladı ve 1901'de ilk kez atomun gezegensel modelini önerdi. 1926'da Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.

Perrin'in elde ettiği sonuçlar Einstein'ın teorik sonuçlarını doğruladı. Güçlü bir izlenim bıraktı. Amerikalı fizikçi A. Pais'in yıllar sonra yazdığı gibi, “Bu kadar basit bir şekilde elde edilen bu sonuca şaşırmaktan asla vazgeçemezsiniz: boyutu, boyutuna göre büyük olan bir top süspansiyonu hazırlamak yeterlidir. Basit moleküllerden oluşan bir kronometre ve mikroskop alın ve Avogadro sabitini belirleyebilirsiniz! Ayrıca şaşırabilirsiniz: Brown hareketi üzerine yeni deneylerin açıklamaları hala zaman zaman bilimsel dergilerde (Nature, Science, Journal of Chemical Education) yer almaktadır! Perrin'in sonuçlarının yayınlanmasından sonra, atomizmin eski bir muhalifi olan Ostwald şunu itiraf etti: "Brown hareketinin kinetik hipotezin gereklilikleri ile örtüşmesi... artık en ihtiyatlı bilim adamına atom teorisinin deneysel kanıtı hakkında konuşma hakkı veriyor." maddenin. Böylece atom teorisi bilimsel, sağlam temellere dayanan bir teori mertebesine yükseltildi.” Fransız matematikçi ve fizikçi Henri Poincaré de aynı fikirde: "Perrin'in atom sayısını parlak bir şekilde belirlemesi, atomizmin zaferini tamamladı... Kimyagerlerin atomu artık bir gerçek haline geldi."

Brown hareketi ve difüzyon.

Brownian parçacıklarının hareketi, görünüş olarak bireysel moleküllerin termal hareketlerinin bir sonucu olarak hareketine çok benzer. Bu harekete difüzyon denir. Smoluchowski ve Einstein'ın çalışmalarından önce bile, moleküler hareket yasaları, maddenin gaz halindeki en basit durumunda oluşturulmuştu. Gazlardaki moleküllerin bir mermi hızında çok hızlı hareket ettiği, ancak diğer moleküllerle sıklıkla çarpıştıkları için uzağa uçamadıkları ortaya çıktı. Örneğin, ortalama 500 m/s hızla hareket eden havadaki oksijen ve nitrojen molekülleri, her saniyede bir milyardan fazla çarpışmaya maruz kalır. Dolayısıyla molekülün yolu, eğer onu takip etmek mümkün olsaydı, karmaşık, kesikli bir çizgi olurdu. Brownian parçacıkları da eğer konumları belirli zaman aralıklarında kaydedilirse benzer bir yörüngeyi tanımlar. Hem difüzyon hem de Brown hareketi, moleküllerin kaotik termal hareketinin bir sonucudur ve bu nedenle benzer matematiksel ilişkilerle tanımlanır. Aradaki fark, gazlardaki moleküllerin diğer moleküllerle çarpışıncaya kadar düz bir çizgide hareket etmeleri ve daha sonra yön değiştirmeleridir. Bir Brown parçacığı, bir molekülden farklı olarak herhangi bir "serbest uçuş" gerçekleştirmez, ancak çok sık küçük ve düzensiz "titreşimler" yaşar, bunun sonucunda kaotik bir şekilde bir yöne veya diğerine doğru kayar. Hesaplamalar, 0,1 µm büyüklüğündeki bir parçacık için, yalnızca 0,5 nm'lik (1 nm = 0,001 µm) bir mesafe boyunca saniyenin üç milyarda birinde bir hareketin meydana geldiğini göstermiştir. Bir yazarın çok yerinde ifade ettiği gibi bu, boş bir bira kutusunun, kalabalık insanların toplandığı bir meydanda hareket ettirilmesine benziyor.

Difüzyonu gözlemlemek Brown hareketinden çok daha kolaydır, çünkü mikroskop gerektirmez: hareketler tek tek parçacıkların değil, onların büyük kütlelerinin gözlenir, sadece difüzyonun konveksiyonla üst üste gelmediğinden emin olmanız gerekir - maddenin bir karışım olarak karıştırılması. girdap akışlarının sonucu (bu tür akışların fark edilmesi kolaydır, mürekkep gibi renkli bir çözeltinin bir damlasının bir bardak sıcak suya damlatılması).

Difüzyonun kalın jellerde gözlemlenmesi uygundur. Böyle bir jel, örneğin bir penisilin kavanozunda, içinde% 4-5'lik bir jelatin çözeltisi hazırlanarak hazırlanabilir. Jelatin önce birkaç saat şişmeli, ardından kavanoz sıcak suya indirilerek karıştırılarak tamamen eritilmelidir. Soğutulduktan sonra şeffaf, hafif bulanık bir kütle şeklinde akmayan bir jel elde edilir. Keskin bir cımbız kullanarak, bu kütlenin merkezine küçük bir potasyum permanganat kristali ("potasyum permanganat") dikkatlice yerleştirirseniz, jel düşmesini engellediği için kristal kaldığı yerde asılı kalacaktır. Birkaç dakika içinde kristalin etrafında mor renkli bir top büyümeye başlayacak, zamanla kavanozun duvarları şeklini bozana kadar büyüyecek ve büyüyecektir. Aynı sonuç bir bakır sülfat kristali kullanılarak elde edilebilir, ancak bu durumda top mor değil mavi olur.

Topun neden ortaya çıktığı açık: MnO 4 - kristal çözündüğünde oluşan iyonlar çözeltiye girer (jel esas olarak sudur) ve difüzyonun bir sonucu olarak her yöne eşit şekilde hareket eder, yerçekiminin topun üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur. difüzyon hızı. Sıvıdaki difüzyon çok yavaştır: Topun birkaç santimetre büyümesi saatler alacaktır. Gazlarda difüzyon çok daha hızlıdır ancak yine de hava karıştırılmasaydı parfüm veya amonyak kokusu saatlerce odaya yayılırdı.

Brownian hareket teorisi: rastgele yürüyüşler.

Smoluchowski-Einstein teorisi hem difüzyon hem de Brown hareketinin yasalarını açıklar. Bu modelleri difüzyon örneğini kullanarak düşünebiliriz. Molekülün hızı ise sen, sonra zamanda düz bir çizgide hareket ederek T mesafeye gidecek L = dışarı ancak diğer moleküllerle çarpışması nedeniyle bu molekül düz bir çizgide hareket etmez, sürekli olarak hareketinin yönünü değiştirir. Bir molekülün yolunun taslağını çizmek mümkün olsaydı, Perrin'in elde ettiği çizimlerden temelde hiçbir farkı olmazdı. Bu rakamlardan, kaotik hareket nedeniyle molekülün belirli bir mesafe kadar yer değiştirdiği açıktır. S, önemli ölçüde daha az L. Bu miktarlar ilişkiyle ilişkilidir S=, burada l bir molekülün bir çarpışmadan diğerine uçtuğu mesafedir, ortalama serbest yol. Ölçümler, normal atmosferik basınçtaki hava molekülleri için l ~ 0,1 μm olduğunu göstermiştir; bu, 500 m/s hızla bir nitrojen veya oksijen molekülünün bu mesafeyi 10.000 saniyede (üç saatten az) kat edeceği anlamına gelir. L= 5000 km ve orijinal konumundan yalnızca S= 0,7 m (70 cm), bu nedenle maddeler gazlarda bile difüzyon nedeniyle çok yavaş hareket eder.

Bir molekülün difüzyon sonucu izlediği yola (veya Brownian parçacığının yoluna) rastgele yürüyüş adı verilir. Esprili fizikçiler bu ifadeyi "sarhoşun yolu" olarak yeniden yorumladılar. Hatta bir parçacığın bir konumdan diğerine hareketi (ya da birçok çarpışmaya uğrayan bir molekülün yolu), sarhoş bir insanın hareketine benzemektedir. bu benzetme aynı zamanda böyle bir sürecin temel denkleminin, üç boyutluya genelleştirilmesi kolay olan tek boyutlu hareket örneğine dayandığının oldukça basit bir şekilde anlaşılmasına da olanak tanır.

Sarhoş bir denizcinin gece geç saatlerde meyhaneden çıkıp caddeye doğru ilerlediğini varsayalım. En yakın fenere giden yolu yürüdükten sonra dinlendi ve gitti... ya daha ileri, bir sonraki fenere ya da meyhaneye geri döndü - sonuçta nereden geldiğini hatırlamıyor. Sorun şu ki, kabaktan ayrılacak mı, yoksa onun etrafında dolaşıp kâh uzaklaşıp kâh ona yaklaşacak mı? (Sorunun bir başka versiyonu, sokak lambalarının bittiği sokağın her iki ucunda da kirli hendeklerin bulunduğunu belirtir ve denizcinin bunlardan birine düşmekten kurtulup kurtulamayacağını sorar.) Sezgisel olarak ikinci cevabın doğru olduğu görülüyor. Ancak bu yanlıştır: Görünüşe göre denizci, yalnızca tek yönde yürümesinden çok daha yavaş olsa da, yavaş yavaş sıfır noktasından giderek uzaklaşacaktır. İşte bunu nasıl kanıtlayacağınız.

İlk kez en yakın lambaya (sağa veya sola) geçtikten sonra denizci belli bir mesafede olacaktır. S 1 = ± l başlangıç ​​noktasından itibaren. Yönüyle değil, sadece bu noktaya olan uzaklığıyla ilgilendiğimiz için şu ifadenin karesini alarak işaretlerden kurtulacağız: S 1 2 = l 2. Bir süre sonra denizci, çoktan tamamlamış N"gezinmek", uzakta olacak

N= başından beri. Ve uzaktan (tek yönde) en yakın fenere doğru tekrar yürüdükten sonra N+1 = N± l veya yer değiştirmenin karesi kullanılarak, S 2 N+1 = S 2 N± 2 N l + l 2. Eğer denizci bu hareketi birçok kez tekrarlıyorsa (başlangıçtan itibaren) Nönce N+1), daha sonra ortalama alma sonucunda (eşit olasılıkla geçer) N sağa veya sola doğru adım), terim ± 2 Nİptal edeceğim, yani 2 N+1 = s2 N+ l 2> (açılı parantez ortalama değeri gösterir). L = 3600 m = 3,6 km, aynı süre için sıfır noktasından itibaren yer değiştirme sadece eşit olacaktır. S= = 190 m üç saatte geçecek. L= 10,8 km ve kayacaktır S= 330 m, vb.

İş sen Ortaya çıkan formüldeki l, İrlandalı fizikçi ve matematikçi George Gabriel Stokes (1819–1903) tarafından gösterildiği gibi, ortamın parçacık boyutuna ve viskozitesine bağlı olan difüzyon katsayısı ile karşılaştırılabilir. Benzer düşüncelere dayanarak Einstein denklemini türetti.

Gerçek hayatta Brown hareketi teorisi.

Rastgele yürüyüşler teorisinin önemli pratik uygulamaları vardır. Yer işaretlerinin (güneş, yıldızlar, otoyol veya demiryolu gürültüsü vb.) yokluğunda, bir kişinin ormanda, kar fırtınasında bir tarlada veya yoğun siste daireler çizerek dolaştığını ve her zaman eski yerine geri döndüğünü söylüyorlar. orijinal yer. Aslında daireler çizerek değil, yaklaşık olarak moleküllerin veya Brown parçacıklarının hareket ettiği şekilde yürüyor. Orijinal yerine dönebilir, ancak yalnızca şans eseri. Ama yolu birçok kez kesişiyor. Ayrıca kar fırtınasında donmuş insanların en yakın konut veya yoldan "birkaç kilometre" uzakta bulunduğunu, ancak gerçekte kişinin bu kilometreyi yürüme şansının olmadığını da söylüyorlar, nedeni de bu.

Bir kişinin rastgele yürüyüşler sonucunda ne kadar kayacağını hesaplamak için l'nin değerini bilmeniz gerekir; Bir kişinin herhangi bir yer işareti olmadan düz bir çizgide yürüyebileceği mesafe. Bu değer, Jeoloji ve Mineraloji Bilimleri Doktoru B.S. Gorobets tarafından gönüllü öğrenci yardımıyla ölçülmüştür. Elbette onları yoğun bir ormanda veya karla kaplı bir sahada bırakmadı, her şey daha basitti - öğrenci boş bir stadyumun ortasına yerleştirildi, gözleri bağlandı ve futbol sahasının sonuna kadar yürümesi istendi. tam sessizlik (seslere göre yönlendirmeyi hariç tutmak için). Öğrencinin ortalama olarak yalnızca 20 metre kadar düz bir çizgide yürüdüğü (ideal düz çizgiden sapma 5°'yi geçmiyordu) ve daha sonra orijinal yönden giderek daha fazla sapmaya başladığı ortaya çıktı. Sonunda kenara ulaşmaktan çok uzakta durdu.

Şimdi bir kişinin ormanda saatte 2 kilometre hızla yürümesine (veya daha doğrusu dolaşmasına) izin verin (bir yol için bu çok yavaştır, ancak yoğun bir orman için çok hızlıdır), o zaman l'nin değeri 20 ise metre, sonra bir saat içinde 2 km kat edecek, ancak yalnızca 200 m, iki saatte - yaklaşık 280 m, üç saatte - 350 m, 4 saatte - 400 m vb. Hareket edecek. Ve düz bir çizgide hareket edecek Böyle bir hız, bir kişi 4 saatte 8 kilometre yürür, bu nedenle saha çalışmasına yönelik güvenlik talimatlarında şu kural vardır: Yer işaretleri kaybolursa, yerinde kalmanız, bir barınak kurmanız ve sonunu beklemeniz gerekir. kötü hava koşulları (güneş çıkabilir) veya yardım için. Ormanda, yer işaretleri - ağaçlar veya çalılar - düz bir çizgide hareket etmenize yardımcı olacaktır ve her seferinde biri önde, diğeri arkada olmak üzere bu tür iki yer işaretine bağlı kalmanız gerekir. Ama tabii ki yanınıza pusula almak en iyisi...

Ilya Leenson

Edebiyat:

Mario Liozzi. Fizik tarihi. M., Mir, 1970
Kerker M. Brown Hareketleri ve 1900 Öncesi Moleküler Gerçeklik. Kimya Eğitimi Dergisi, 1974, cilt. 51, Sayı 12
Leenson I.A. Kimyasal reaksiyonlar. M., Astrel, 2002

Brown, bilim adamının soyadının geleneksel Rusça yazılışıdır (daha doğrusu Brown).

Biyografi

Yeni bir bakış açısıyla bitki dünyasına şöyle baktı: Terra Australis Botaniği hakkında genel açıklamalar"(Londra, 1814) ve Avustralya'daki bitki ailelerinin dağılımı üzerine daha sonraki çalışmalarında doğa hakkındaki görüşlerinin tüm derinliğini ortaya çıkardı. Daha sonra başka bir tane yayınladı " Supplementum primum flora Novae Hollandiae"(Londra, 1830), materyali en son araştırmacılar tarafından toplanan herbaryumlardı.

Ayrıca kutup ülkelerine seyahat eden Ross, Parry ve Clapperton'un raporlarında botanik bölümleri oluşturdu ve Franklin'le yaptığı gezi sırasında pek çok ilginç şey toplayan cerrah Richardson'a yardım etti; 1802-1815'te Java'da Horsfield, Orta Afrika'da Oudney ve Clapperton, Kongo boyunca bir keşif gezisi sırasında Takki'nin arkadaşı Christian Smith tarafından toplanan herbaryumları yavaş yavaş tanımladı.

Üye (1810'dan beri). Robert Brown, 1810'dan 1820'ye kadar Linnean Kütüphanesi'nden ve Londra Kraliyet Cemiyeti Başkanı olan patronu Banks'in kapsamlı koleksiyonlarından sorumluydu. 1820'de British Museum'un botanik bölümünün kütüphanecisi ve küratörü oldu; Banks'in ölümünden sonra koleksiyonları buraya aktarıldı. Bu koleksiyonlar, kütüphane ve her zaman etrafını saran çeşitli ülkelerden gelen bitki yığınları sayesinde Brown, bitkiler konusunda en iyi uzmandı.

Doğal sistem ona çok şey borçludur: Hem sınıflandırmada hem de terminolojide mümkün olan en büyük basitliğe çabaladı, gereksiz yeniliklerden kaçındı; eski tanımları düzeltmek ve yeni aileler kurmak için çok şey yaptı. Yüksek bitkileri sınıflandırırken kapalı tohumluları ve açık tohumluları ayırdı.

Ayrıca bitki fizyolojisi alanında da çalıştı: Anterin gelişimini ve içindeki plazma cisimlerinin hareketini inceledi. 1827'de Brown, polen tanelerinin sıvı içindeki hareketini keşfetti (daha sonra onun adını aldı). Poleni mikroskop altında inceleyerek, bitki özsuyunda yüzen polen taneciklerinin her yöne zikzak şeklinde tamamen kaotik bir şekilde hareket ettiğini buldu. Brown, bitki hücresindeki çekirdeği tanımlayan ilk kişiydi ve bu bilgiyi 1831'de yayınladı. Bu çalışmalar Nees von Esenbeck tarafından Almancaya çevrilen 4. ve 5. ciltlerde yer almaktadır. Vermischten botanik. Schriften"(5 cilt., Nürnberg, 1827-1834).

Robert Brown'un botanik alanındaki erdemleri açıktı ve 1849'da Londra'daki Linnean Society'nin başkanı oldu ve burada 1853'e kadar bilime hizmet etti.

10 Haziran 1858'deki ölümünden sonra Bennett " Robert Brown'ın çeşitli botanik çalışmaları"(3 cilt, Londra, 1866-1868).

Robert Brown, Kensal Green Mezarlığı'na gömüldü. Kensal Yeşil Mezarlığı) Londrada.

Ayrıca bakınız

"Brown, Robert" makalesi hakkında bir inceleme yazın

Notlar

Edebiyat

• Ford B.J. Clarkia polenindeki Brown hareketi: ilk gözlemlerin tekrarı // .

Bağlantılar

• Brown Robert // Brockhaus ve Efron'un Ansiklopedik Sözlüğü: 86 ciltte (82 cilt ve 4 ek). - St.Petersburg. , 1890-1907. (Erişim tarihi: 2 Ekim 2009)
• Brown Robert // Büyük Sovyet Ansiklopedisi: [30 ciltte] / bölüm. ed. A. M. Prokhorov. - 3. baskı. - M. : Sovyet Ansiklopedisi, 1969-1978. (Erişim tarihi: 2 Ekim 2009)
• Khramov Yu. Brown Robert (Brown, Robert) // Fizikçiler: Biyografik Referans / Ed. A. I. Akhiezer. - Ed. 2, rev. ve ek - M .: Nauka, 1983. - 400 s. - 200.000 kopya.(çeviride)
• Rusya Bilimler Akademisi'nin resmi web sitesinde

245. satırdaki Modül:Harici_bağlantılar'da Lua hatası: "wikibase" alanını (sıfır değer) indekslemeye çalışın.

Brown, Robert'ı karakterize eden alıntı

Mikroskop altında dans edin

19. yüzyılın başında mikroskoplar, birbirine göre hareket ettirilen birkaç iyi cilalanmış mercekten oluşan karmaşık optik yapılardı.

Onların yardımıyla önemli bir artış elde etmek mümkün oldu ve görüş alanı herhangi bir kusur veya çarpıklıktan arınmış olarak açık kaldı.

Böyle gelişmiş bir mikroskobun "parlak gözleri" karşısında İngiliz botanikçi Robert Brown, bir bitkinin yaprağını veya bir ağaç kesimini değil, içine bitki poleni karışmış küçük bir su damlasını sunmaya karar verdi. Brown mikroskoptan bakarken hayrete düştü: polen suda çözünmedi, küçük toplara bölündü ve bu toplar bir tür fantastik dansla hareket etti!

Uzun süreli gözlemler Brown'ı, polen parçacıklarının hareketlerinin bir sıvı damlasındaki "su altı akıntılarından" veya mikroskop standının hafif sallanmasından kaynaklanmadığına ikna etti. Hayır, her parçacık diğerlerinden tamamen ayrı hareket ediyordu; polen parçacıklarının ani hareketlerinde bir tutarlılık yoktu. Brown'un bilmediği ve anlayamadığı güçler onları çok tuhaf davranmaya zorladı...

Pek çok bilim adamı Brown'ın deneylerini tekrarladı ve aynı resmi mikroskopta gözlemledi. Bitki poleninin bir damla sıvı içindeki gizemli hareketlerine ne ad verilir? Brown hareketi.

Bilim adamları giderek daha makul bir varsayımda bulundular: Brown tarafından keşfedilen hareket, mikroskop altında görülemeyen sıvı moleküllerin şoklarından kaynaklanıyordu. Her taraftan moleküllerin saldırısına uğrayan polen parçacıkları o anda darbenin daha az olduğu yöne doğru hareket eder.

Brown hareketi sadece sıvılarda değil gazlarda da keşfedildi. Ayrıca suya karışan küçük altın taneciklerinin optik gözlemler sırasında tamamen aynı şekilde davrandığı ortaya çıktı.

Çiçekler sadece gözlerimizi memnun etmekle kalmıyor, aynı zamanda bilime de iyi hizmet ediyor. Çiçek poleni, sıvı moleküllerin kaotik hareketlerinden kaynaklanan Brown hareketinin keşfedilmesine yardımcı oldu.

Araştırmacılar, bir sıvının veya gazın sıcaklığı arttıkça parçacıkların çok daha hızlı hareket etmeye başladığını, görünüşe göre moleküllerin itilmesinin daha sık hale geldiğini buldu.

Fransız fizikçi Jean Perrin, deneylerden sıvının atom ve moleküllerinin boyutu ve sayısı hakkında bilgi elde etmek amacıyla sakız reçinesinden küçük toplar yaparak Brown hareketini yapay olarak yeniden üretmeye karar verdi. Ve Perren bunu başardı!

Sayfa 1

İngiliz botanikçi Nehemiah Grew (1641 - 1712) bir çiçeğin anatomisini tanımlayarak, erkek organların ve polenlerin erkek organlara, dişi organların ise dişi organlara karşılık geldiği fikrini dile getirir.  

İngiliz botanikçi Brown (1827), bitki maddesinin mikroskobik parçacıklarının suda sürekli kaotik hareket halinde olduğunu fark etmiş ve kendi adından sonra bu harekete Brownian adı verilmiştir. Hücrelerin protoplazmasında açıkça görülür.  

İngiliz botanikçi Robert Brown, sıvı içinde asılı kalan küçük polen parçacıklarının sürekli zikzak hareketini fark etti; bu hareket, herhangi bir dış etkenin neden olmadığı bir hareketti. Bu hareketi yetmiş sekiz yıl önce keşfetti ve onun onuruna Brownian adını aldı.  

1827'de İngiliz botanikçi Brown, çiçek poleninin sudaki süspansiyonunu mikroskopla gözlemleyerek, polen tanelerinin sürekli olarak kaotik bir şekilde hareket ettiğini keşfetti.  

1827'de İngiliz botanikçi Brown, sıvı preparatları mikroskop altında incelerken tesadüfen aşağıdaki ilginç olguyu keşfetti. Sıvının içinde asılı duran minik katı parçacıklar, sanki bir yerden bir yere atlıyormuşçasına hızlı, rastgele hareketler yapıyordu.  

1827 yılında mikroskop altında gözlem yapan İngiliz botanikçi Brown, incelediği bitki poleninin suda asılı haldeyken sürekli salınım hareketi yaptığını keşfetti.  

1827'de İngiliz botanikçi Robert Brown (Brown), küçük polen parçacıklarının sudaki hızlı kaotik hareketini gözlemledi ve ardından sıvıdaki makroskobik inorganik parçacıkların eşit derecede enerjik hareketini güvenilir bir şekilde tespit etti. Bu, Brown (Brownian) hareketinin canlı mikroorganizmaların hareketiyle ilişkili olmadığını gösterdi; ancak Brown, fenomenin evrenselliğine dayanarak, canlı maddenin birincil moleküllerini keşfettiğine inanıyordu. Geçen yüzyılın yetmiş yılı boyunca başka birçok deney yapıldı ve gözlemlenen etkinin özü hakkında çok sayıda teorik hipotez öne sürüldü. Numune bir hafta boyunca karanlıkta tutulduktan ve saatlerce ısıtıldıktan sonra kahverengi hareket tutarlı bir şekilde tespit edildi. Bu olgunun temel nitelikte olduğu ortaya çıktı.  

1827'de bir damla suya yerleştirilen bitki polenini mikroskopla inceleyen İngiliz botanikçi Brown, polen parçacıklarının hareketsiz kalmadığını, mümkün olan tüm yönlerde sürekli hareket ettiğini fark etti.  

1827'de İngiliz botanikçi Robert Brown, suda asılı duran bitki poleni parçacıklarını mikroskopla inceleyerek bunların sürekli hareket halinde olduklarını keşfetti. Bu hareketin polen hücrelerinin hayati aktivitesinin bir sonucu olup olmadığını kontrol etmek için Brown, çeşitli maddelerin (mineral ve organik) en küçük tanecikleri üzerinde benzer çalışmalar yaptı ve maddenin doğası ne olursa olsun, parçacıkların kaotik hareketinin doğal olduğunu keşfetti. her zaman yeterince güçlü taşlama ile gözlemlenir. Brown hareketi olarak adlandırılan bu fenomenin teorisi, çok daha sonra Einstein ve Smoluchowski tarafından genel moleküler kinetik kavramlara dayanarak oluşturuldu.  

1827'de İngiliz botanikçi Broun, sıvı preparatları mikroskop altında incelerken tesadüfen aşağıdaki ilginç olguyu keşfetti. Sıvının içinde asılı kalan en küçük katı parçacıklar, sanki bir yerden bir yere atlıyormuş gibi hızlı, kaotik hareketler yapıyordu.  

Brown, "Brown hareketinin" kaşifi olarak kabul edilir. Büyük ölçüde mikroskobu yenilikçi kullanımı nedeniyle botaniğe önemli katkılarda bulundu.

Brown, hücre çekirdeğinin ve sitoplazmanın hücre içi hareketinin ayrıntılı tanımlarını sağlayan ilk kişilerden biriydi. Tozlaşma ve döllenme üzerine ilk çalışmaların yazarı olan Brown, açık tohumlular ile kapalı tohumlular arasında ayrım yapan ilk kişiydi.

Robert Brown (daha doğrusu - Brown) 21 Aralık 1773'te Montrose'da doğdu. Babası İskoç Piskoposluk Kilisesi'nde bir rahipti ve Jacobite inançları o kadar güçlüydü ki 1788'de kilisesini terk etti ve III. George'a bağlılık yemini etti. Robert'ın annesi bir Presbiteryen papazının kızıydı.

Brown, Edinburgh Üniversitesi'ne girdikten sonra yavaş yavaş tıptan botaniğe geçti ve bu onu büyüledi. John Walker'ın derslerine katıldı ve hem tek başına hem de George Don'la birlikte İskoçya'daki botanik keşif gezilerine katıldı. Bu dönemde Robert yeni bir bitki türü olan Alp tilki kuyruğunu (Alopecurus alpinus) keşfetti.

İlk botanik çalışması Angus'un botanik tarihi, 1972'de Edinburgh Doğa Tarihi Topluluğu'nda okundu, ancak Brown'un yaşamı boyunca yayınlanmadı.

Robert 1793'te üniversiteden atıldı, askerliğe çağrıldı ve İrlanda'daki bir alaya atandı. Haziran 1795'te ordu cerrahının yardımcısı oldu, ancak alayının hareketsizliği nedeniyle çoğunlukla en sevdiği botanikle uğraştı.

Bu süre zarfında Brown, kişisel bir kütüphane oluşturmasına ve örnek veritabanını düzgün bir şekilde yenilemesine izin vermeyen göçebe yaşam tarzı konusunda hayal kırıklığına uğradı ve özellikle çiçeksiz olanlarla ilgilenmeye başladı.

1800 yılına gelindiğinde Robert, İrlanda'nın en önde gelen botanikçilerinden biri olarak ün kazanmıştı ve aralarında Londra Linnean Cemiyeti'nin kurucusu James Edward Smith'in de bulunduğu birçok seçkin meslektaşıyla yazışma halindeydi.

Aralık 1800'de Brown'a, Avustralya kıyılarını keşfetmek için Investigator gemisinde bir keşif gezisinde doğa bilimci pozisyonu teklif edildi. Sefer 1801'de başladı. Robert, Avustralya'nın çeşitli yerlerini ziyaret etti, Tazmanya ve Bass Strait Adaları'nı ziyaret etti.

Flora ve fauna çalışmalarından etkilenen Brown, Mayıs 1805'e kadar Avustralya'da kaldı. İskoçyalı, İngiltere'ye döndükten sonra sonraki beş yılını toplanan malzeme üzerinde çalışarak geçirdi: 4.000 bitki türü, birçok kuş ve mineral.

1809'da Robert, Londra'daki Linnean Society'de "Proteaceae adı verilen bitkilerin doğal düzeni üzerine" başlıklı bir makale okudu. Çalışma Mart 1810'da "On the Proteaceae of Jussieu" adıyla yayınlandı. Bu çalışmanın Proteaceae taksonomisinin yanı sıra Avustralya çiçekçiliği ve palinolojik verilerin taksonomiye uygulanması açısından da önemli sonuçları vardır.

On the Proteaceae of Jussieu'nun çoğu, materyali Linnean Society'de okuduktan sonra ezberleyen Richard Anthony Salisbury tarafından tahsis edildi. Ödünç alınan veriler 1809 yılında Joseph Knight'ın Proteaceae familyasına ait bitkilerin yetiştirilmesine ilişkin bir yayınına eklenmiştir.

1810'da Brown, Avustralya florasının ilk sistematik açıklaması olan ünlü Prodromus Florae Novae Hollandiae et Insulae Van Diemen'i yayınladı. Aynı yıl Robert, Sir Joseph Banks'in kütüphanecisi olarak Jonas C. Dryander'ın yerini aldı. Banks'in 1820'deki ölümünden sonra Brown'a kütüphanesi ve herbaryumları miras kaldı. Bu koleksiyon 1827'de British Museum'a devredildi.

1818'de Robert, "Profesör Christian Smith tarafından Kongo'nun yakın çevresinde toplanan herbaryum hakkında coğrafi ve sistematik açıklamalar" yayınladı. 1822'de Brown, Linnean Society'nin bir üyesi ve İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi'nin yabancı üyesi seçildi.

Brown, 1831'de Linnean Society'de yaptığı ve 1833'te yayınlanan bir konuşmasında "hücre çekirdeği" terimini icat etti. Bir bitki hücresindeki çekirdeğin kendisi muhtemelen çok daha önce, 1682'de, bilimsel mikroskobun Hollandalı kurucusu Antoni van Leeuwenhoek tarafından tanımlandı. Ayrıca 1802 yılında Franz Bauer'in çekirdeği bitki hücrelerinin kalıcı bir unsuru olarak çizdiği de bilinmektedir.

Ancak hücre çekirdeğinin keşfi Brown'a atfedilmektedir. Aynı zamanda, ne Brown ne de Bauer çekirdeğin evrensel olduğunu düşünmüyordu ve birincisi, bir çekirdeğin varlığının öncelikle tek çenekli bitkilerin karakteristik özelliği olduğuna inanıyordu.

Robert, 1849'dan 1853'e kadar Linnean Society'nin başkanı olarak kaldı. 10 Haziran 1858'de Londra, Soho Square, 17 Dean Street'te öldü.

1827'de Clarkia pulchella bitkisinden elde edilen sıvı poleni mikroskop altında incelerken Brown, polen tanelerinden bugün amiloplast ve sferozom olarak bilinen küçük parçacıkların salındığını gözlemledi. Bitki özsuyundaki yüzen polen taneleri, tamamen kaotik bir zikzak düzeniyle her yöne hareket ediyordu.

Daha sonra Robert, inorganik maddelerde, tozlarda ve mineral tozlarında aynı sürekli hareketi fark etti ve bu, bu hareketin yalnızca organik kökenli değil parçacıkların da özelliği olduğu hipotezini geliştirmesine olanak tanıdı.

Brown olayın özünü açıklayamadı. Ayrıca Hollandalı kimyager ve fizikçi Jan Ingenhousz'un 1784 ve 1785 yıllarında Alman ve Fransız yayınlarında kömür parçacıkları kullanarak benzer bir etkiyi bildirdiği de biliniyor. Ancak harekete "Brownian" adı verildi.

Son yıllarda Brown mikroskoplarının polen tanelerinin hareketini tespit edecek kadar güçlü olup olamayacağına dair şüpheler ortaya çıktı. 1991 yılında İngiliz mikroskopist Brian J. Ford, Brown'ın orijinal mikroskobunu kullanarak bir gösteri sundu ve İskoç botanikçinin "Brownian hareketini" görebildiğini kanıtladı.