Atomska teorija - torej prepričanje, da je vsa materija sestavljena iz drobnih, nedeljivih elementov - ima zelo globoke korenine. Vendar pa je bilo to znanstveno zajeto šele v 19. stoletju, ko se je na podlagi dokazov začel razkrivati, kako izgleda atomski model.
V tem času je John Dalton, angleški kemik, meteorolog in fizik, začel vrsto eksperimentov, ki bi dosegli vrhunec in predlagal teorijo atomskih sestavkov - ki bi bila pozneje znana kot Daltonova atomska teorija - ki bi postala ena izmed temeljni kamni sodobne fizike in kemije.
Poleg oblikovanja modela atomskih interakcij je John Dalton zaslužen tudi za razvoj zakonov za razumevanje delovanja plinov. To bi ga sčasoma pripeljalo do zaključka o tem, kako so atomi medsebojno vplivali, teža atomov in da bo oblikoval zakone, ki bi atomsko teorijo vzpostavili kot znanstveno disciplino.
Daltonovi zakoni o plinu:
Dalton je s svojo raziskavo plinov razvil svojo teorijo o atomih. To se je začelo leta 1800, ko je Dalton postal sekretar Manchesterovega literarnega in filozofskega društva. Medtem ko je Dalton začel predložiti vrsto esejev, ki so orisali njegove poskuse o sestavi mešanih plinov, vključno s pritiskom pare in drugih hlapov pri različnih temperaturah, pri izhlapevanju. ter na toplotno raztezanje plinov.
Dalton je v svojih esejih opisal eksperimente, v katerih je želel ugotoviti tlak pare v različnih točkah med 0 in 100 ° C (32 in 212 ° F). Na podlagi svojih opazovanj šestih različnih tekočin je Dalton ugotovil, da je sprememba parnega tlaka za vse tekočine enakovredna, za isto variacijo temperature in enako paro katerega koli danega tlaka.
Ugotovil je tudi, da se vse elastične tekočine pod istim pritiskom enakomerno razširijo, ko se toplota dovaja. Nadalje je opazil, da je za vsako dano širjenje živega srebra (tj. Zaznan dvig temperature z živosrebrnim termometrom), da je ustrezna ekspanzija zraka sorazmerno manjša, tem višja je temperatura.
To je postalo osnova kot Daltonov zakon (aka. Daltonov zakon delnih tlakov), ki je določal, da je v mešanici plinov, ki ne reagirajo, skupni pritisk enak vsoti parcialnih tlakov posameznih plinov.
Daltonova atomska teorija:
Med tem raziskovanjem plinov je Dalton odkril tudi, da se določeni plini lahko kombinirajo le v določenih razmerjih, četudi dve različni spojini delita isti skupni element ali skupino elementov.
Ti poskusi so temeljili na dveh teorijah, ki sta se pojavili konec 18. stoletja, ki sta se ukvarjali s kemičnimi reakcijami. Prvi je bil zakon ohranjanja mase, ki ga je formuliral Antoine Lavoisier leta 1789, ki pravi, da skupna masa v kemijski reakciji ostaja konstantna - to pomeni, da imajo reaktanti enako maso kot produkti.
Drugi je bil zakon določenih razmerij, ki ga je prvi dokazal francoski kemik Joseph Louis Proust leta 1799. Ta zakon pravi, da če se spojina razgradi na njene sestavne elemente, bodo imele mase sestavnih delov vedno enake deleže, ne glede na to. količine ali vira prvotne snovi.
Dalton je preučeval te zakone in gradil na njih, zato je razvil svoj zakon več razsežnosti. Ta zakon pravi, da če lahko dva elementa združimo, da tvorimo več možnih spojin, potem bodo razmerja mase drugega elementa, ki se združujejo s fiksno maso prvega elementa, razmerja majhnih celih števil.
Z drugimi besedami, elementi se na atomski ravni kombinirajo v fiksnih razmerjih, ki se naravno razlikujejo glede na spojine, ki se združujejo, zaradi svoje edinstvene atomske teže. Ugotovitve so postale osnova Daltonove atomske zakone ali modela, ki se osredotoča na pet osnovnih teoremov. T
Stanje, ki ga elementi v svojem najčistejšem stanju sestavljajo delci, imenovani atomi; da so atomi določenega elementa enaki, vse do zadnjega atoma; da se atomi različnih elementov lahko ločijo od atomske teže; da se atomi elementov združijo in tvorijo kemične spojine; in da atomov ni mogoče ustvariti ali uničiti v kemični reakciji, spreminja se le skupina.
Dalton je tudi verjel, da lahko atomska teorija razloži, zakaj voda absorbira različne pline v različnih razmerjih - na primer, ugotovil je, da voda absorbira ogljikov dioksid veliko bolje, kot absorbira dušik. Dalton je predpostavil, da je to posledica razlik v masi in zahtevnosti delcev plinov.
Pravzaprav naj bi bilo prav to opazovanje 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 priznava večine vseh vrst plina? To vprašanje sem ustrezno obravnaval, 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 kemijski element sestavljen iz atomov ene same, edinstvene vrste, in čeprav jih ni mogoče spremeniti ali uničiti s kemičnimi sredstvi, se lahko združijo in tvorijo bolj zapletene strukture (to je kemične spojine). To je zaznamovalo prvo resnično znanstveno teorijo o atomu, saj je Dalton svoje sklepe dosegel z eksperimentiranjem in pregledovanjem rezultatov na empiričen način.
Dalton in atomska teža:
Daltonovi so tudi začeli preučevati atomske uteži na podlagi masnih razmerij, v katerih so se združili, pri čemer je atom vodika kot standard. Vendar pa je bil Dalton omejen zaradi surovosti njegovih laboratorijskih instrumentov in dejstva, da ni dojemal, da atomi nekaterih elementov obstajajo v molekularni obliki, kot je čisti kisik (O2).
Verjel je tudi, da je najpreprostejša spojina med dvema elementoma vedno en atom. To je najbolje ponazorjeno s tem, kako je menil, da je kemijska formula vode za vodo HO, ne H2O.
Leta 1803 je Dalton ustno predstavil svoj prvi seznam relativne atomske teže za številne snovi. Ta članek je bil objavljen leta 1805, vendar tam ni natančno razpravljal, kako je dobil te številke. Leta 1807 je njegov način razkril 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 Daltonove teorije - to je obstoj molekul in atomov - je pozneje leta 1811 načelno popravil Amedeo Avogadro. Avogadro je predlagal, da enaka količina katerega koli dva plina pod enako temperaturo in tlakom vsebuje enako število molekul. Z drugimi besedami, masa delcev plina ne vpliva na prostornino, ki jo zaseda.
Zakon Avogadra mu je omogočil, da je ugotovil diatomsko naravo številnih plinov s preučevanjem količin, na katere so reagirali. Tako je Avogadro lahko ponudil natančnejše ocene atomske mase kisika in različnih drugih elementov in jasno razlikoval med molekulami in atomi. Žal so ta in druga odkritja nasprotujoči in rafinirani Daltonovi teoriji.
Znanstveniki so na primer odkrili, da je atom, ki je bil nekoč najmanjši del materije, v resnici mogoče razdeliti na še manjše elementarne delce. In ker je Dalton zamislil kot atome kot celoto brez ločevanja med pozitivnimi, negativnimi in nevtralnimi naboji, so poznejši poskusi J.J. Thomson, Ernest Rutherford in Neils Bohr so atu razkrili kompleksnejšo strukturo.
Te teorije so bile pozneje potrjene z opazovanji z elektronskim mikroskopom. Vemo tudi, da je atomska teža produkt strukture samih atomov. Daltonov atomski model v najčistejši obliki zdaj velja le za kemične reakcije. Vendar to ne zmanjšuje Daltonovega prispevka k sodobni znanosti.
Pred njegovim časom je bil atom le nekaj več kot filozofski konstrukt, ki je prenesel iz klasične antike. Daltonovo prelomno delo ni samo postavilo teorijo resničnost, ampak je pripeljalo do številnih drugih odkritij, kot sta Einsteinova teorija relativnosti in Planckova kvantna teorija - dve študijski področji, ki tvorita osnovo našega sodobnega razumevanja kozmosa.
Tu smo napisali veliko zanimivih člankov o atomski teoriji pri Space Magazinu. Tu je nekaj o številu atomov v vesolju, kakšni so deli atoma? Kdo je bil Demokrit ?, Bohrov atomski model in kaj je model pudinga iz slive?
Če želite izvedeti več o Daltonovem modelu, si oglejte članek Univerze Central Queensland o Daltonovem atomskem modelu.
Astronomy Cast je posnel veliko zanimivih epizod na to temo. Oglejte si jih - Epizoda 138: Kvantna mehanika, Epizoda 378: Rutherford in Atoms in Epizoda 392: Standardni model - uvod.
