Atomska teorija - to jest vjerovanje da je sva materija sastavljena od sićušnih, nedjeljivih elemenata - ima vrlo duboke korijene. Međutim, znanstveno nije prihvaćen sve do 19. stoljeća, kada je pristup zasnovan na dokazima počeo otkrivati kako izgleda atomski model.
Upravo je u to vrijeme John Dalton, engleski kemičar, meteorolog i fizičar, započeo niz eksperimenata koji bi kulminirali time što je predložio teoriju atomskog sastava - koja bi nakon toga bila poznata kao Daltonova teorija atoma - koja bi postala jedna od kamena osnova moderne fizike i kemije.
Osim stvaranja modela atomske interakcije, Johnu Daltonu je također pripisano razvijanje zakona za razumijevanje rada plinova. To bi ga vremenom dovelo do zaključenja stvari o međusobnom djelovanju atoma, težini atoma i osmišljavanju zakona koji atomsku teoriju uspostavljaju kao znanstvenu disciplinu.
Daltonovi zakoni o plinu:
Dalton je došao do svoje teorije atoma kao rezultat istraživanja plinova. To je započelo 1800. godine, kada je Dalton postao tajnikom Manchesterovog književnog i filozofskog društva. Dok je tamo, Dalton je počeo podnijeti niz eseja koji su iznijeli njegove eksperimente o sastavu miješanih plinova, uključujući tlak pare i druge pare pri različitim temperaturama, na isparavanju. i na toplinskom širenju plinova.
Dalton je u svojim esejima opisao eksperimente u kojima je pokušao utvrditi tlak pare u različitim točkama između 0 i 100 ° C (32 i 212 ° F). Na temelju svojih promatranja šest različitih tekućina, Dalton je zaključio da je promjena tlaka pare za sve tekućine jednaka, za iste promjene temperature i iste pare za bilo koji zadani tlak.
Također je zaključio da se sve elastične tekućine pod istim tlakom jednako šire kada se primjenjuje toplina. Nadalje, uočio je da za svako dano širenje žive (tj. Uočen porast temperature pomoću živog termometra) da je odgovarajuće širenje zraka proporcionalno manje, to je veća i temperatura.
To je postalo osnova kao Daltonov zakon (aka. Daltonov zakon parcijalnih tlaka), koji je naveo da je u mješavini nereagirajućih plinova ukupni pritisak koji je izvršen jednak zbroju parcijalnih tlakova pojedinih plinova.
Daltonova atomska teorija:
Tijekom istraživanja o plinovima, Dalton je također otkrio da se određeni plinovi mogu kombinirati samo u određenim omjerima, čak i ako dva različita spoja dijele isti zajednički element ili skupinu elemenata.
Ovi su eksperimenti izgrađeni na dvije teorije nastale krajem 18. stoljeća, a bavile su se kemijskim reakcijama. Prvi je bio zakon očuvanja mase, formuliran od Antoinea Lavoisiera 1789. godine, koji kaže da ukupna masa u kemijskoj reakciji ostaje konstantna - to jest da reaktanti imaju istu masu kao i produkti.
Drugi je bio zakon određenih proporcija, prvi je dokazao francuski kemičar Joseph Louis Proust 1799. Ovaj zakon kaže da ako se spoj razgradi na njegove sastavne elemente, tada će mase sastavnih dijelova uvijek imati iste proporcije, bez obzira na to količine ili izvora originalne tvari.
Proučavajući ove zakone i gradeći na njima, Dalton je razvio svoj zakon višestrukih proporcija. Ovaj zakon kaže da ako se dva elementa mogu kombinirati u tvorbu više mogućih spojeva, tada će omjeri mase drugog elementa, koji se kombiniraju s fiksnom masom prvog elementa, biti omjeri malih cijelih brojeva.
Drugim riječima, elementi se kombiniraju na atomskoj razini u fiksnim omjerima koji se prirodno razlikuju na osnovi spojeva koji se kombiniraju zbog jedinstvene atomske težine. Otkrića su postala osnova Daltonovih atomskih zakona ili modela koji se usredotočio na pet osnovnih teorema. T
Stanje koje se elementi u svom najčišćem stanju sastoje od čestica koje nazivamo atomima; da su atomi određenog elementa svi isti, sve do posljednjeg atoma; da se atomi različitih elemenata mogu razaznati po atomskoj masi; da se atomi elemenata ujedinjuju u kemijske spojeve; i da se atomi ne mogu stvoriti ili uništiti kemijskom reakcijom, samo se grupiranje uvijek mijenja.
Dalton je također vjerovao da atomska teorija može objasniti zašto voda apsorbira različite plinove u različitim omjerima - na primjer, otkrio je da voda apsorbira ugljični dioksid puno bolje nego što apsorbira dušik. Dalton je pretpostavio da je to zbog razlike u masi i složenosti čestica plinova.
Zapravo se vjeruje da je upravo ovo promatranje prvi put da je Dalton nagovijestio navodno postojanje atoma. U radu koji se odnosio na apsorpciju plina u vodi, koji je prvi put objavljen 1805., napisao je:
"Zašto voda ne priznaje najveći dio svih vrsta plina? Ovo sam pitanje uredno razmotrio, i iako se ne mogu u potpunosti zadovoljiti, gotovo sam uvjeren da okolnost ovisi o težini i broju konačnih čestica nekoliko plinova.”
Dalton je predložio da se svaki kemijski element sastoji od atoma jedinstvenog, jedinstvenog tipa, i iako ih se kemijskim sredstvima ne može izmijeniti ili uništiti, mogu se kombinirati u tvorbu složenijih struktura (tj. Kemijskih spojeva). To je označilo prvu doista znanstvenu teoriju o atomu, budući da je Dalton dolazio do svojih zaključaka eksperimentiranjem i ispitivanjem rezultata na empirijski način.
Dalton i atomska težina:
Daltonovi su također počeli proučavati atomsku masu na temelju masenih omjera u kojima su se kombinirali, pri čemu je atom vodika uzet kao standard. Međutim, Dalton je bio ograničen čvrstoćom svojih laboratorijskih instrumenata i činjenicom da nije shvaćao da atomi određenih elemenata postoje u molekularnom obliku, poput čistog kisika (O2).
Također je vjerovao da je najjednostavniji spoj između bilo koja dva elementa uvijek jedan atom svaki. To najbolje ilustrira kako misli da je kemijska formula vode za vodu HO, a ne H2O.
1803. Dalton je usmeno predstavio svoj prvi popis relativne atomske težine za brojne tvari. Ovaj je članak objavljen 1805., Ali o njemu se nije točno raspravljalo kako je pribavio te brojke. 1807. godine njegovu je metodu otkrio njegov poznanik Thomas Thomson, u trećem izdanju Thomsonovog udžbenika, Kemijski sustav, Napokon, Dalton je objavio puni račun u vlastitom udžbeniku, Novi sustav kemijske filozofije, 1808. i 1810.
Znanstvene manjkavosti:
Glavnu manu Daltonove teorije - tj. Postojanje molekula i atoma - kasnije je načelno ispravio 1811. Amedeo Avogadro. Avogadro je predložio da jednake količine bilo koja dva plina, pod jednakom temperaturom i tlakom, sadrže jednak broj molekula. Drugim riječima, masa čestica plina ne utječe na količinu koju zauzima.
Avogadrov zakon omogućio mu je da zaključi dijatomsku prirodu brojnih plinova proučavanjem volumena na koji su reagirali. Stoga je Avogadro mogao ponuditi preciznije procjene atomske mase kisika i raznih drugih elemenata i jasno je odredio razlike između molekula i atoma. Jao, ova i druga otkrića suprotstavljaju i rafiniraju Daltonove teorije.
Na primjer, znanstvenici su otkrili da se atom - za koji se nekoć smatra da je najmanji dio materije - zapravo moguće podijeliti na još manje elementarne čestice. I dok je Dalton zamišljao kao atome kao cjelinu bez odvajanja između pozitivnih, negativnih i neutralnih naboja, naknadni eksperimenti J.J. Thomson, Ernest Rutherford i Neils Bohr otkrili su kompleksniju strukturu atoma.
Te su teorije kasnije potvrdile opažanjima napravljenim elektronskim mikroskopom. Također znamo da je atomska težina proizvod strukture samih atoma. Stoga se Daltonov atomski model u svom najčišćem obliku sada smatra ispravnim samo za kemijske reakcije. Međutim, to ne umanjuje Daltonov doprinos modernoj znanosti.
Atom je prije svoga vremena bio nešto više od filozofskog konstrukta prenošenog iz klasične antike. Daltonov revolucionarni rad nije samo pretvorio teoriju u stvarnost, već je doveo i do mnogih drugih otkrića, poput Einsteinove teorije relativnosti i Planckove kvantne teorije - dva polja proučavanja koja čine osnovu našeg modernog razumijevanja kosmosa.
Ovdje smo pisali mnoge zanimljive članke o atomskoj teoriji u časopisu Space Magazine. Evo jednog o broju atoma u svemiru, koji su dijelovi atoma? Tko je bio Demokrit ?, Bohrov atomski model i Koji je model pudinga od šljive?
Ako želite saznati više o Daltonovom modelu, pročitajte članak sa Sveučilišta Central Queensland o Daltonovom atomskom modelu.
Astronomy Cast snimio je mnogo zanimljivih epizoda na tu temu. Pogledajte ih - epizoda 138: Kvantna mehanika, epizoda 378: Rutherford i Atomi i epizoda 392: Standardni model - uvod.
