Az atomelmélet - azaz annak a hiedelemnek, hogy minden anyag apró, oszthatatlan elemekből áll - nagyon mély gyökerei vannak. Ezt azonban tudományosan nem vették át a 19. századig, amikor egy bizonyítékokon alapuló megközelítés kezdte feltárni az atommodell megjelenését.
John Dalton, egy angol kémikus, meteorológus és fizikus, ebben az időben kezdte meg kísérleteinek sorozatát, amely befejeződött vele, és az atomkompozíciók elméletét javasolta - amelyet később Dalton atomelméletének fognak nevezni -, amely az egyik a modern fizika és kémia sarokkövei.
John Dalton az atomi kölcsönhatások modelljének megalkotásán túl az is, hogy törvényeket dolgozzon ki a gázok működésének megértésére. Idővel ez arra készteti őt, hogy következtetéseket vonjon le az atomok kölcsönhatásáról, az atomok súlyáról, és olyan törvényeket dolgozzon ki, amelyek az atomelméletet tudományos diszciplínának nyilvánítják.
A Dalton gázszabályai:
Gázok kutatása eredményeként Dalton az atomok elméletével állt elő. Ez 1800-ban kezdődött, amikor Dalton lett a Manchester Irodalmi és Filozófiai Társaság titkára. Míg ott volt, Dalton esszék sorozatot nyújtott be, amelyben felvázolta kísérleteit a vegyes gázok összetételéről, beleértve a gőz és más gőzök nyomását különböző hőmérsékleteken a párolgás során. és a gázok hőtágulásáról.
Dalton esszéiben olyan kísérleteket írt le, amelyek során megpróbálta megállapítani a gőznyomást 0 és 100 ° C (32 és 212 ° F) közötti különféle pontokon. Hat különböző folyadék megfigyelései alapján Dalton arra a következtetésre jutott, hogy az összes folyadék gőznyomás-változása egyenértékű, ugyanazon hőmérséklet-változással, és az adott nyomás azonos gőzével.
Megállapította azt is, hogy az összes rugalmas folyadék azonos nyomás alatt ugyanolyan mértékben terjed ki, amikor hőt alkalmaznak. Megállapította továbbá, hogy a higany bármilyen kiterjedésekor (azaz a hőmérséklet emelkedése higany-hőmérővel), hogy a levegő megfelelő tágulása arányosan kisebb, minél magasabb a hőmérséklet.
Ez lett az alap, mivel a Dalton törvény (más néven Dalton parciális nyomás törvénye) kimondta, hogy a nem reagáló gázok keverékében az alkalmazott teljes nyomás egyenlő az egyes gázok parciális nyomásának összegével.
Dalton atomelmélete:
A gázokkal kapcsolatos kutatás során Dalton azt is felfedezte, hogy bizonyos gázokat csak bizonyos arányokban lehet kombinálni, még akkor is, ha két különféle vegyület ugyanazon közös elemmel vagy elemcsoporttal rendelkezik.
Ezek a kísérletek a 18. század végén kialakult két elméletre épültek, amelyek a kémiai reakciókat tárgyalták. Az első a tömegmegőrzési törvény, amelyet Antoine Lavoisier 1789-ben fogalmazott meg, amely kimondja, hogy a kémiai reakcióban az össztömeg állandó marad - azaz hogy a reagensek tömege megegyezik a termékekkel.
A második a határozott arányok törvénye, amelyet először a francia kémikus Joseph Louis Proust 1799-ben bebizonyított. Ez a törvény kimondja, hogy ha egy vegyületet alkotóelemeire bontják, akkor az alkotóelemek tömege mindig azonos arányú lesz, függetlenül attól, hogy az eredeti anyag mennyiségét vagy forrását.
Ezeket a törvényeket tanulmányozva és azokon alapulva, Dalton többféle arányú törvényét dolgozta ki. Ez a törvény kimondja, hogy ha két elem kombinálható számos lehetséges vegyület előállításához, akkor a második elem tömegének arányai, amelyek az első elem rögzített tömegével kombinálódnak, kis egész számok arányai lesznek.
Más szavakkal, az elemek atomszinten rögzített arányokban kombinálódnak, amelyek természetesen különböznek az egyesített vegyületek alapján, egyedi atomtömegük miatt. Az eredmények a Dalton Atomic Law vagy Model alapjául szolgáltak, amely öt alaptételre koncentrál. T
Az az állapot, hogy az elemek a legtisztább állapotban atomoknak nevezett részecskékből állnak; hogy egy adott elem atomjai azonosak, az utolsó atomig; hogy a különféle elemek atomjai atomtömegük alapján különíthetők el; az elemek atomjai vegyi vegyületeket képeznek; és hogy az atomok nem keletkezhetnek vagy sem pusztulhatnak el kémiai reakcióban, csak a csoportok változnak meg.
Dalton szerint az atomelmélet megmagyarázza, hogy a víz miért vett fel különböző gázokat különböző arányban - például úgy találta, hogy a víz sokkal jobban abszorbeálja a széndioxidot, mint a nitrogént. Dalton ezt feltételezte, hogy a gázok részecskéinek tömege és összetettsége különbözik egymástól.
Valójában ez a megfigyelés vélhetően az első alkalom, amikor Dalton utalt az atomok állítólagos létezésére. A vízben a gázabszorpcióval foglalkozó cikkben, amelyet először 1805-ben publikáltak, írta:
- Miért nem ismeri el a víz a legtöbb gázát? Ezt a kérdést, amelyet megfelelően megfontoltam, és bár nem tudom teljes mértékben kielégíteni magam, majdnem meg vagyok győződve arról, hogy a körülmény a több gáz végső részecskéinek súlyától és számától függ..”
Dalton azt javasolta, hogy az egyes kémiai elemek egyetlen, egyedi típusú atomokból álljanak, és bár ezeket kémiai úton nem lehet megváltoztatni vagy megsemmisíteni, kombinálhatják, hogy összetettebb struktúrákat (azaz kémiai vegyületeket) képezzenek. Ez jelölte meg az atom első igazán tudományos elméletét, mivel Dalton következtetéseivel az eredmények empirikus kísérletezésével és vizsgálatával jutott eredményre.
Dalton és atomi súlyok:
Dalton megkezdte az atomsúlyok tanulmányozását is a tömegarány alapján, amelyben kombinálódtak, és a hidrogénatomot vették alapul. Daltont azonban korlátozta laboratóriumi műszereinek keménysége és az a tény, hogy nem gondolta, hogy bizonyos elemek atomjai léteznek molekuláris formában, mint például a tiszta oxigén (O2).
Azt is hitte, hogy a két elem közötti legegyszerűbb vegyület mindig egy atom. Ezt a legjobban illusztrálta, hogyan gondolta, hogy a víz kémiai képlete HO, nem pedig H2O.
1803-ban Dalton szóban bemutatta számos anyag relatív atomtömegének első listáját. Ezt a papírt 1805-ben tették közzé, de nem vitatta meg pontosan, hogyan szerezte meg ezeket az adatokat. 1807-ben módszerét a Thomson tankönyv harmadik kiadásában ismertetett ismerete, Thomas Thomson mutatta be, A kémia rendszere. Végül Dalton teljes beszámolót tett közzé saját tankönyvében, A kémiai filozófia új rendszere, 1808-ban és 1810-ben.
Tudományos hibák:
A Dalton elméletének fő hibáját - vagyis mind a molekulák, mind az atomok létezését - Amedeo Avogadro később elvileg 1811-ben kijavította. Avogadro javasolta, hogy bármely két gáz azonos térfogatú, azonos hőmérsékleten és nyomáson azonos számú molekulát tartalmazzon. Más szavakkal, a gáz részecskéinek tömege nem befolyásolja az általuk elfoglalt térfogatot.
Az Avogadro törvénye lehetővé tette számukra, hogy számos gáz kovalens jellegét levonja azáltal, hogy megvizsgálja azokat a térképeket, amelyeken ezek reagáltak. Így az Avogadro pontosabb becsléseket tudott adni az oxigén atomtömegére és más egyéb elemekre, és egyértelműen megkülönböztette a molekulákat és az atomokat. Sajnos, ezek és más felfedezések egyaránt ellentmondásosak és finomították Dalton elméleteit.
Például a tudósok azóta felfedezték, hogy az atom - amelyet valaha az anyag legkisebb részének tartottak - valójában még kisebb elemi részecskékre osztható. Mivel azonban Dalton atomokként egyetlen entitásként fogalmazódott meg, és nem volt elválasztva a pozitív, a negatív és a semleges töltés között, későbbi J.J. Thomson, Ernest Rutherford és Neils Bohr összetettebb atomszerkezetet fedtek fel.
Ezeket az elméleteket később az elektronmikroszkóppal végzett megfigyelésekkel validálták. Azt is tudjuk, hogy az atomtömeg maguk az atomok szerkezetének terméke. Ezért a Dalton atommodelljét, annak legtisztább formájában, most csak a kémiai reakciók szempontjából érvényesnek tekintik. Ez azonban nem csökkenti Dalton hozzájárulását a modern tudományhoz.
Korában az atom aligha volt, mint egy filozófiai konstrukció, amely a klasszikus antikvitásból származott. Dalton úttörő munkája nemcsak valósághűvé tette az elméletet, hanem sok más felfedezéshez vezetett, mint például Einstein relativitáselmélete és Planck kvantumelmélete - két kutatási terület képezi a kozmosz modern megértésének alapját.
Sok érdekes cikket írtunk az atomelméletről itt a Space Magazine-ban. Itt van egy az atomok számáról az univerzumban: Mi az atom része ?, Ki volt Demokratikus ?, Bohr atommodelle és mi a szilva pudingmodelle?
Ha többet szeretne megtudni a Dalton modelljéről, olvassa el a Központi Queensland Egyetem cikkét a Dalton Atomic modelljéről.
A Csillagászat sok érdekes epizódot rögzített a témában. Nézze meg őket - 138. epizód: Quantum Mechanics, 378. epizód: Rutherford és atomok, és 392. epizód: A standard modell - bevezetés.
