Teoria atomowa - czyli przekonanie, że cała materia składa się z drobnych, niepodzielnych elementów - ma bardzo głębokie korzenie. Jednak naukowo przyjęto go dopiero w XIX wieku, kiedy podejście oparte na dowodach zaczęło ujawniać, jak wyglądał model atomowy.
W tym czasie John Dalton, angielski chemik, meteorolog i fizyk, rozpoczął serię eksperymentów, których zwieńczeniem będzie zaproponowanie teorii składu atomowego - która później będzie znana jako teoria atomowa Daltona - która stanie się jedną z podwaliny współczesnej fizyki i chemii.
Oprócz stworzenia modelu oddziaływań atomowych, Johnowi Daltonowi przypisuje się także opracowanie przepisów dotyczących zrozumienia działania gazów. Z czasem doprowadziłoby go to do wyciągnięcia wniosków na temat interakcji atomów, ciężaru atomów i opracowania praw, które ustanawiają teorię atomową jako dyscyplinę naukową.
Prawa gazu Daltona:
Dalton opracował swoją teorię atomów w wyniku badań nad gazami. Zaczęło się to w 1800 roku, kiedy Dalton został sekretarzem Towarzystwa Literackiego i Filozoficznego w Manchesterze. Będąc tam, Dalton rozpoczął serię esejów, które nakreśliły jego eksperymenty na temat tworzenia mieszanych gazów, w tym ciśnienia pary i innych oparów w różnych temperaturach, podczas parowania. i rozszerzalności cieplnej gazów.
W swoich esejach Dalton opisał eksperymenty, w których starał się ustalić ciśnienie pary w różnych punktach od 0 do 100 ° C (32 do 212 ° F). Opierając się na swoich obserwacjach sześciu różnych cieczy, Dalton doszedł do wniosku, że zmiana ciśnienia pary dla wszystkich cieczy była równoważna, dla tej samej zmiany temperatury i tej samej pary o danym ciśnieniu.
Doszedł również do wniosku, że wszystkie elastyczne płyny pod tym samym ciśnieniem rozszerzają się równomiernie po przyłożeniu ciepła. Ponadto zauważył, że dla każdej ekspansji rtęci (tj. Zauważonego wzrostu temperatury za pomocą termometru rtęciowego), że odpowiadająca ekspansja powietrza jest proporcjonalnie mniejsza, im wyższa jest temperatura.
Stało się to podstawą prawa Daltona (aka. Prawa ciśnień cząstkowych Daltona), które mówiło, że w mieszaninie gazów nie reagujących całkowite wywierane ciśnienie jest równe sumie ciśnień cząstkowych poszczególnych gazów.
Teoria atomowa Daltona:
W trakcie badań nad gazami Dalton odkrył również, że niektóre gazy można połączyć tylko w określonych proporcjach, nawet jeśli dwa różne związki mają ten sam wspólny pierwiastek lub grupę pierwiastków.
Eksperymenty te opierały się na dwóch teoriach, które pojawiły się pod koniec XVIII wieku i które dotyczyły reakcji chemicznych. Pierwszym było prawo zachowania masy, sformułowane przez Antoine Lavoisiera w 1789 r., Które stwierdza, że całkowita masa w reakcji chemicznej pozostaje stała - tj. Że reagenty mają taką samą masę jak produkty.
Drugim było prawo o określonych proporcjach, po raz pierwszy udowodnione przez francuskiego chemika Josepha Louisa Prousta w 1799 roku. Prawo to stwierdza, że jeśli związek zostanie rozbity na jego elementy składowe, wówczas masy składników będą zawsze miały takie same proporcje, niezależnie od tego, ilości lub źródła oryginalnej substancji.
Studiując te prawa i bazując na nich, Dalton rozwinął swoje prawo o wielu proporcjach. Prawo to stwierdza, że jeśli dwa pierwiastki można połączyć, tworząc szereg możliwych związków, wówczas stosunki mas drugiego pierwiastka, które łączą się ze stałą masą pierwszego pierwiastka, będą stosunkami małych liczb całkowitych.
Innymi słowy, pierwiastki łączą się na poziomie atomowym w ustalonych proporcjach, które naturalnie różnią się w zależności od łączonych związków, ze względu na ich unikalne masy atomowe. Odkrycia stały się podstawą praw atomowych lub modelu Daltona, który koncentruje się na pięciu podstawowych twierdzeniach. T.
Stan, w którym pierwiastki w najczystszym stanie składają się z cząstek zwanych atomami; że atomy określonego pierwiastka są takie same, aż do ostatniego atomu; że atomy różnych pierwiastków można rozdzielić ich masą atomową; że atomy pierwiastków łączą się, tworząc związki chemiczne; i że atomy nie mogą być tworzone ani niszczone w reakcji chemicznej, zmienia się tylko grupa.
Dalton wierzył również, że teoria atomowa może wyjaśnić, dlaczego woda absorbowała różne gazy w różnych proporcjach - na przykład odkrył, że woda pochłania dwutlenek węgla znacznie lepiej niż absorbuje azot. Dalton wysunął hipotezę, że było to spowodowane różnicami w masie i złożoności poszczególnych cząstek gazów.
W rzeczywistości to właśnie ta obserwacja jest uważana za pierwszy raz, gdy Dalton zasugerował domniemane istnienie atomów. W artykule dotyczącym absorpcji gazu w wodzie, opublikowanym po raz pierwszy w 1805 r., Napisał:
„Dlaczego woda nie przepuszcza tak dużej ilości każdego rodzaju gazu? To pytanie należycie rozważyłem i chociaż nie jestem w stanie całkowicie się usatysfakcjonować, jestem prawie przekonany, że okoliczność zależy od masy i liczby ostatecznych cząstek kilku gazów.”
Dalton zaproponował, aby każdy pierwiastek chemiczny składał się z atomów jednego, unikalnego typu i chociaż nie można ich zmienić ani zniszczyć środkami chemicznymi, można je łączyć, tworząc bardziej złożone struktury (tj. Związki chemiczne). Oznaczało to pierwszą prawdziwie naukową teorię atomu, ponieważ Dalton doszedł do swoich wniosków poprzez eksperymenty i badanie wyników w sposób empiryczny.
Dalton i masy atomowe:
Dalton zaczął także badać masy atomowe w oparciu o stosunki masowe, w których się łączyły, z atomem wodoru przyjętym za wzorzec. Dalton był jednak ograniczony surowością swoich instrumentów laboratoryjnych i faktem, że nie wyobrażał sobie, że atomy niektórych pierwiastków istnieją w formie molekularnej, takiej jak czysty tlen (O2).
Uważał również, że najprostszym związkiem między dowolnymi dwoma pierwiastkami jest zawsze jeden atom każdego. Najlepiej ilustruje to sposób, w jaki według niego wzór chemiczny wody to HO, a nie H.2O.
W 1803 roku Dalton ustnie przedstawił swoją pierwszą listę względnych mas atomowych dla wielu substancji. Artykuł ten został opublikowany w 1805 r., Ale nie omawiał tam dokładnie, w jaki sposób uzyskał te liczby. W 1807 r. Jego metoda została ujawniona przez jego znajomego Thomasa Thomsona w trzecim wydaniu podręcznika Thomsona: System chemiczny. Wreszcie Dalton opublikował pełne konto we własnym podręczniku, Nowy system filozofii chemicznej, w 1808 i 1810 r.
Wady naukowe:
Główna wada teorii Daltona - tj. Istnienie zarówno cząsteczek, jak i atomów - została później zasadniczo skorygowana w 1811 r. Przez Amedeo Avogadro. Avogadro zaproponował, aby równe objętości dowolnych dwóch gazów, w jednakowej temperaturze i ciśnieniu, zawierały taką samą liczbę cząsteczek. Innymi słowy, masa cząstek gazu nie wpływa na objętość, którą zajmuje.
Prawo Avogadro pozwoliło mu wydedukować diatomiczną naturę wielu gazów, badając objętości, w których reagowały. W ten sposób Avogadro był w stanie zaoferować dokładniejsze szacunki masy atomowej tlenu i różnych innych pierwiastków oraz wyraźnie rozróżnił cząsteczki od atomów. Niestety, te i inne odkrycia były zarówno sprzeczne, jak i udoskonalone teorie Daltona.
Na przykład naukowcy odkryli, że atom - niegdyś uważany za najmniejszą część materii - można w rzeczywistości podzielić na jeszcze mniejsze cząstki elementarne. I podczas gdy Dalton postrzegany jako atomy jako pojedyncza istota bez rozdziału między ładunkami dodatnimi, ujemnymi i neutralnymi, kolejne eksperymenty J.J. Thomson, Ernest Rutherford i Neils Bohr ujawnili atomowi bardziej złożoną strukturę.
Teorie te zostały później potwierdzone przez obserwacje wykonane za pomocą mikroskopu elektronowego. Wiemy również, że masa atomowa jest produktem struktury samych atomów. Dlatego model atomowy Daltona, w najczystszej postaci, jest obecnie uważany za ważny tylko w przypadku reakcji chemicznych. Nie zmniejsza to jednak wkładu Daltona w nowoczesną naukę.
Przed jego czasem atom był jedynie filozoficznym konstruktem przekazanym z klasycznej starożytności. Przełomowe dzieło Daltona nie tylko urzeczywistniło teorię, ale doprowadziło do wielu innych odkryć, takich jak teoria względności Einsteina i teoria kwantowa Plancka - dwa kierunki badań, które stanowią podstawę naszego nowoczesnego rozumienia kosmosu.
W Space Magazine napisaliśmy wiele interesujących artykułów na temat teorii atomów. Oto jeden o liczbie atomów we wszechświecie, jakie są części atomu ?, kim był Demokryt ?, model atomowy Bohra i jaki jest model budyniu śliwki?
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o modelu Daltona, sprawdź artykuł z Central Queensland University na temat modelu atomowego Daltona.
Astronomy Obsada nagrała wiele interesujących epizodów na ten temat. Sprawdź je - odcinek 138: Mechanika kwantowa, odcinek 378: Rutherford i atomy oraz odcinek 392: Model standardowy - wprowadzenie.
