Atomska teorija – torej prepričanje, da je vsa snov sestavljena iz drobnih, nedeljivih elementov – ima zelo globoke korenine. Sprva se je teorija pojavila pred tisoč leti v grških in indijskih besedilih kot filozofska ideja. Vendar pa je bil znanstveno sprejet šele v 19. stoletju, ko je na dokazih podprt pristop začel razkrivati, kako je izgledal atomski model.
V tem času je John Dalton, angleški kemik, meteorolog in fizik, začel serijo eksperimentov, ki bi dosegli vrhunec s tem, da je predlagal teorijo atomske sestave – ki bo nato znana kot Daltonova atomska teorija – ki bo postala ena izmed temelj sodobne fizike in kemije.
Poleg ustvarjanja modela za atomske interakcije je John Dalton zaslužen tudi za razvoj zakonov za razumevanje delovanja plinov. Sčasoma bi ga to pripeljalo do sklepov o medsebojnem delovanju atomov, o teži atomov in k oblikovanju zakonov, ki vzpostavljajo atomsko teorijo kot znanstveno disciplino.
Daltonovi plinski zakoni:
Dalton je prišel do svoje teorije atomov kot rezultat svojih raziskav plinov. To se je začelo leta 1800, ko je Dalton postal sekretar Manchesterskega literarnega in filozofskega društva. Medtem ko je bil tam, je Dalton začel predložiti vrsto esejev, ki so orisali njegove poskuse o sestavi mešanih plinov, vključno s tlakom pare in drugih hlapov pri različnih temperaturah, pri izhlapevanju. in o toplotnem raztezanju plinov.
Dalton je v svojih esejih opisal poskuse, v katerih je poskušal ugotoviti tlak pare na različnih točkah med 0 in 100 °C (32 in 212 °F). Na podlagi svojih opazovanj šestih različnih tekočin je Dalton zaključil, da je nihanje parnega tlaka za vse tekočine enakovredno, za enako variacijo temperature in enake pare katerega koli tlaka.
Ugotovil je tudi, da se vse elastične tekočine pod enakim tlakom enako razširijo, ko se toplota uporablja. Nadalje je opazil, da je za vsako dano širitev živega srebra (t.j. opažen dvig temperature z živosrebrnim termometrom), da je ustrezna ekspanzija zraka sorazmerno manjša, višja je temperatura.
Prikaz atomske strukture atoma helija. Zasluge: Wikipedia/Creative Commons
To je postalo osnova kot Daltonov zakon (alias. Daltonov zakon parcialnih tlakov), ki pravi, da je v mešanici nereagiranih plinov skupni izpostavljeni tlak enak vsoti parcialnih tlakov posameznih plinov.
Daltonova atomska teorija:
V okviru te raziskave plinov je Dalton tudi odkril, da je mogoče nekatere pline kombinirati le v določenih razmerjih, tudi če imata dve različni spojini isti skupni element ali skupino elementov.
Ti poskusi so temeljili na dveh teorijah, ki sta se pojavili ob koncu 18. stoletja in se ukvarjata s kemičnimi reakcijami. Prvi je bil zakon o ohranjanje mase , ki ga je leta 1789 oblikoval Antoine Lavoisier, ki pravi, da skupna masa v kemični reakciji ostane konstantna – torej da imajo reaktanti enako maso kot produkti.
Drugi je bil zakon določenih razsežnosti , ki ga je prvi dokazal francoski kemik Joseph Louis Proust leta 1799. Ta zakon pravi, da če je spojina razčlenjena na njene sestavne elemente, bodo mase sestavin vedno imele enaka razmerja, ne glede na količino ali vir izvirnika snov.
Različni atomi in molekule, kot so prikazani v New System of Chemical Philosophy (1808) Johna Daltona. Zasluge: javna domena
Dalton je s preučevanjem teh zakonov in nadgradnjo na njih razvil svoje zakon večih razmerij . Ta zakon pravi, da če je mogoče dva elementa združiti v številne možne spojine, bodo razmerja mas drugega elementa, ki se združita s fiksno maso prvega elementa, razmerja majhnih celih števil.
Z drugimi besedami, elementi se združujejo na atomski ravni v fiksnih razmerjih, ki se naravno razlikujejo glede na spojine, ki se kombinirajo, zaradi svoje edinstvene atomske teže. Ugotovitve so postale osnova Daltonovih atomskih zakonov ali modela, ki se osredotoča na pet osnovnih izrekov. T
Stanje, da so elementi v svojem najčistejšem stanju sestavljeni iz delcev, imenovanih atomi; da so atomi določenega elementa vsi enaki, do zadnjega atoma; da je atome različnih elementov mogoče ločiti po njihovi atomski masi; da se atomi elementov združijo v kemične spojine; in da atomov ni mogoče ustvariti ali uničiti v kemični reakciji, spreminja se le združevanje.
Dalton je tudi verjel, da lahko atomska teorija pojasni, zakaj voda absorbira različne pline v različnih razmerjih – na primer, ugotovil je, da voda veliko bolje absorbira ogljikov dioksid kot dušik. Dalton je domneval, da je to posledica razlik v masi in kompleksnosti posameznih delcev plinov.
Daltonov model atoma, ki temelji na petih točkah njegove atomske teorije. Zasluge: modernbiochemistry.weebly.com
Pravzaprav naj bi prav to opazovanje bilo prvič, da je Dalton namignil na domnevni obstoj atomov. V prispevku, ki je obravnaval absorpcijo plina v vodi, ki je bil prvič objavljen leta 1805, je zapisal:
»Zakaj voda ne dopušča svoje večine vseh vrst plina? To vprašanje sem ustrezno razmislil in čeprav se ne morem popolnoma zadovoljiti, sem skoraj prepričan, da je okoliščina odvisna od teže in števila končnih delcev več plinov..'
Dalton je predlagal, da je vsak kemični element sestavljen iz atomov ene same, edinstvene vrste, in čeprav jih ni mogoče spremeniti ali uničiti s kemičnimi sredstvi, se lahko združijo, da tvorijo bolj zapletene strukture (tj. kemične spojine). To je bila prva resnično znanstvena teorija atoma, saj je Dalton prišel do svojih zaključkov z eksperimentiranjem in preučevanjem rezultatov na empirični način.
Dalton in atomske uteži:
Dalton je tudi začel preučevati atomske uteži na podlagi masnih razmerij, v katerih so se združile, pri čemer je atom vodika vzel za standard. Vendar je bil Dalton omejen z grobostjo njegovih laboratorijskih instrumentov in dejstvom, da si ni predstavljal, da atomi določenih elementov obstajajo v molekularni obliki, kot je čisti kisik (O.2).
Verjel je tudi, da je najenostavnejša spojina med katerima koli elementoma vedno en atom. To je najbolje ponazorilo, kako je mislil, da je kemična formula za vodo H O, ne H2ALI.
John Dalton, oče sodobne atomske teorije. Zasluge: chemheritage.org
Leta 1803 je Dalton ustno predstavil svoj prvi seznam relativnih atomskih tež za številne snovi. Ta članek je bil objavljen leta 1805, vendar tam ni natančno razpravljal, kako je dobil te številke. Leta 1807 je njegovo metodo razkril njegov znanec Thomas Thomson v tretji izdaji Thomsonovega učbenika,Kemijski sistem. Končno je Dalton objavil celoten račun v svojem učbeniku,Nov sistem kemijske filozofije, v letih 1808 in 1810.
Znanstvene pomanjkljivosti:
Glavno napako v Daltonovi teoriji – to je obstoj tako molekul kot atomov – je kasneje leta 1811 načeloma popravil Amedeo Avogadro. Avogadro je predlagal, da enaka volumna vseh dveh plinov pri enaki temperaturi in tlaku vsebujeta enako število molekul. Z drugimi besedami, masa delcev plina ne vpliva na prostornino, ki jo zaseda.
Avogadrov zakon mu je omogočil sklepanje o diatomski naravi številnih plinov s preučevanjem volumna, na katerega so reagirali. Tako je Avogadro lahko ponudil natančnejše ocene atomske mase kisika in različnih drugih elementov ter jasno razlikoval med molekulami in atomi. Žal, ta in druga odkritja so nasprotovala Daltonovim teorijam in jih izpopolnjevala.
Znanstveniki so na primer odkrili, da je atom, ki je nekoč veljal za najmanjši del snovi, v resnici mogoče razdeliti na še manjše elementarne delce. In ker je Dalton pojmoval atome kot eno samo entiteto brez ločitve med pozitivnimi, negativnimi in nevtralnimi naboji, so kasnejši poskusi JJ Thomson , Ernest Rutherford in Neils Bohr razkrila kompleksnejšo strukturo atoma.
Neils Bohrov model atoma dušika. Zasluge: britannica.com
Te teorije so bile pozneje potrjene z opazovanji z elektronskim mikroskopom. Vemo tudi, da je atomska teža produkt strukture samih atomov. Zato se Daltonov atomski model v svoji najčistejši obliki zdaj šteje za veljavnega le za kemične reakcije. Vendar to ne zmanjšuje Daltonovega prispevka sodobni znanosti.
Pred njegovim časom je bil atom le malo več kot filozofska konstrukcija, prenesena iz klasične antike. Daltonovo prelomno delo ni le uresničilo teorijo, ampak je pripeljalo do številnih drugih odkritij, kot je npr Einsteinova teorija relativnosti in Planckova kvantna teorija – dve področji študija, ki tvorita osnovo našega sodobnega razumevanja kozmosa.
Danes smo tukaj v Universe napisali veliko zanimivih člankov o atomski teoriji. Tukaj je ena o številu Atomi v vesolju , Kateri so deli atoma? , Kdo je bil Demokrit? , Bohrov atomski model , in Kaj je model slivovega pudinga?
Če želite izvedeti več o Daltonovem modelu, si oglejte članek z univerze Central Queensland o Daltonov atomski model .
Astronomy Cast je posnel veliko zanimivih epizod na to temo. Preverite jih – Epizoda 138: Kvantna mehanika , Epizoda 378: Rutherford in atomi , in Epizoda 392: Standardni model – Uvod .
