Atomu teorijai - tas ir, uzskatam, ka visa matērija sastāv no sīkiem, nedalāmiem elementiem - ir ļoti dziļas saknes. Tomēr zinātniski tas netika pieņemts līdz 19. gadsimtam, kad uz pierādījumiem balstīta pieeja sāka atklāt, kāds izskatījās atomu modelis.
Tieši šajā laikā Džons Daltons, angļu ķīmiķis, meteorologs un fiziķis, uzsāka eksperimentu sēriju, kura kulminācija viņam parādījās, ierosinot atomu kompozīciju teoriju - kas vēlāk būs zināma kā Daltona atomu teorija -, kas kļūs par vienu no mūsdienu fizikas un ķīmijas stūrakmeņi.
Džonam Daltonam ir ne tikai atomu mijiedarbības modeļa radīšana, bet arī tas, ka viņš izstrādā likumus, lai saprastu, kā darbojas gāzes. Laika gaitā tas viņam liktu secināt lietas par atomu mijiedarbību, atomu svaru un izstrādāt likumus, kas atomu teoriju nodibina par zinātnisku disciplīnu.
Daltona gāzes likumi:
Daltons nāca klajā ar savu atomu teoriju gāzu izpētes rezultātā. Tas sākās 1800. gadā, kad Daltons kļuva par Mančestras literārās un filozofiskās biedrības sekretāru. Atrodoties tur, Daltons sāka iesniegt eseju sērijas, kurās tika izklāstīti viņa eksperimenti par jauktu gāzu veidošanos, ieskaitot tvaika un citu tvaiku spiedienu dažādās temperatūrās iztvaikošanas laikā. un par gāzu termisko izplešanos.
Daltons savās esejās aprakstīja eksperimentus, kuros viņš centās noskaidrot tvaika spiedienu dažādos punktos no 0 līdz 100 ° C (32 un 212 ° F). Balstoties uz saviem novērojumiem par sešiem dažādiem šķidrumiem, Daltons secināja, ka visu šķidrumu tvaika spiediena izmaiņas ir vienādas, tām pašām temperatūras izmaiņām un viena un tā paša spiediena tvaikiem.
Viņš arī secināja, ka visi elastīgie šķidrumi, kas atrodas zem tāda paša spiediena, vienādi izplešas, pieliekot siltumu. Turklāt viņš novēroja, ka par katru konkrēto dzīvsudraba izplešanos (t.i., ievērojamo temperatūras paaugstināšanos, izmantojot dzīvsudraba termometru), ka attiecīgi gaisa izplešanās ir proporcionāli mazāka, jo augstāka ir temperatūra.
Tas kļuva par pamatu Daltona likumam (pazīstams arī kā Daltona likums par daļēju spiedienu), kas noteica, ka nereaģējošu gāzu maisījumā kopējais spiediens ir vienāds ar atsevišķu gāzu daļējo spiedienu summu.
Daltona atomu teorija:
Šī gāzu izpētes laikā Daltons arī atklāja, ka noteiktas gāzes var apvienot tikai noteiktās proporcijās, pat ja diviem dažādiem savienojumiem ir viens un tas pats kopējais elements vai elementu grupa.
Šie eksperimenti balstījās uz divām teorijām, kas bija radušās tuvu 18. gadsimta beigām un kurās tika apskatītas ķīmiskās reakcijas. Pirmais bija masas saglabāšanas likums, kuru izstrādāja Antuāns Lavoisjērs 1789. gadā un kurš nosaka, ka kopējā masa ķīmiskajā reakcijā paliek nemainīga - t.i., ka reaktīviem ir tāda pati masa kā produktiem.
Otrais bija noteiktu proporciju likums, kuru pirmo reizi 1799. gadā pierādīja franču ķīmiķis Džozefs Luiss Prousts. Šis likums nosaka - ja savienojums tiek sadalīts tā veidojošajos elementos, tad sastāvdaļu masām vienmēr būs vienādas proporcijas, neatkarīgi no tā oriģinālās vielas daudzuma vai avota.
Izpētot šos likumus un balstoties uz tiem, Daltons izstrādāja savu likumu ar vairākām proporcijām. Šis likums nosaka, ka, ja divus elementus var apvienot, lai veidotu vairākus iespējamos savienojumus, tad otrā elementa masu attiecībām, kuras apvieno ar fiksētu pirmā elementa masu, būs mazu vesela skaitļu attiecības.
Citiem vārdiem sakot, elementi atomu līmenī apvienojas fiksētās attiecībās, kas dabiski atšķiras atkarībā no kombinētajiem savienojumiem to unikālā atomu svara dēļ. Rezultāti kļuva par pamatu Daltona atomu likumiem vai modelim, kas koncentrējas uz piecām pamata teorēmām. T
Stāvoklis, ka elementi tīrākajā stāvoklī sastāv no daļiņām, kuras sauc par atomiem; ka noteikta elementa atomi ir vienādi līdz pat pēdējam atomam; ka dažādu elementu atomus var atšķirt pēc to atomu svara; elementu atomi apvienojas, veidojot ķīmiskus savienojumus; un ka atomus nevar nedz radīt, nedz iznīcināt ķīmiskajā reakcijā, vienmēr mainās tikai grupējums.
Daltons arī uzskatīja, ka atomu teorija varētu izskaidrot, kāpēc ūdens dažādās proporcijās absorbēja dažādas gāzes - piemēram, viņš atklāja, ka ūdens absorbē oglekļa dioksīdu daudz labāk nekā tas absorbē slāpekli. Daltons izvirzīja hipotēzi, ka tas notika atšķirīgo gāzu daļiņu masas un sarežģītības dēļ.
Faktiski domājams, ka tieši šis novērojums bija pirmā reize, kad Daltons deva mājienu par domājamo atomu esamību. Rakstā, kas pievērsās gāzes absorbcijai ūdenī, kurš pirmo reizi tika publicēts 1805. gadā, viņš rakstīja:
“Kāpēc ūdens nepieļauj lielāko daļu visu veidu gāzu? Šis jautājums, kuru esmu pienācīgi apsvēris, un, kaut arī es nespēju sevi pilnībā apmierināt, esmu gandrīz pārliecināts, ka apstāklis ir atkarīgs no vairāku gāzu galīgo daļiņu svara un skaita..”
Daltons ierosināja, ka katrs ķīmiskais elements sastāv no viena unikāla tipa atomiem, un, kaut arī tos nevar mainīt vai iznīcināt ar ķīmiskiem līdzekļiem, tos var apvienot, veidojot sarežģītākas struktūras (t.i., ķīmiskus savienojumus). Tas iezīmēja pirmo patiesi zinātnisko atoma teoriju, kopš Daltons savus secinājumus izdarīja, eksperimentējot un rezultātu empīriskā veidā pārbaudot.
Daltons un atomu svari:
Daltons sāka pētīt arī atomu svarus, pamatojoties uz masu attiecībām, kurās tie apvienojās, ar ūdeņraža atomu ņemot par standartu. Tomēr Daltonu ierobežoja viņa laboratorijas instrumentu krāpšanās un tas, ka viņš neuzskatīja, ka noteiktu elementu atomi pastāv molekulārā formā, piemēram, tīrā skābekļa (O2).
Viņš arī uzskatīja, ka vienkāršākais savienojums starp jebkuriem diviem elementiem vienmēr ir viens atoms. Vislabāk to parādīja, kā viņš domāja, ka ūdens ķīmiskā formula ir HO, nevis H2O.
1803. gadā Daltons mutiski iesniedza savu pirmo relatīvo atomu svaru sarakstu vairākām vielām. Šis dokuments tika publicēts 1805. gadā, bet viņš tur īsti neapsprieda, kā viņš ieguva šos skaitļus. 1807. gadā viņa metodi atklāja viņa paziņa Tomass Thomsons, Thomson mācību grāmatas trešajā izdevumā Ķīmijas sistēma. Visbeidzot, Daltons savā mācību grāmatā publicēja pilnu kontu, Jauna ķīmiskās filozofijas sistēma, 1808. un 1810. gadā.
Zinātniskās nepilnības:
Galvenais Daltona teorijas trūkums - t.i., gan molekulu, gan atomu esamība - vēlāk principā 1811. gadā tika labots Amedeo Avogadro. Avogadro ierosināja, ka vienādos daudzumos divu gāzu vienādā temperatūrā un spiedienā ir vienāds skaits molekulu. Citiem vārdiem sakot, gāzes daļiņu masa neietekmē tās aizņemto tilpumu.
Avogadro likums ļāva viņam secināt daudzu gāzu diatomisko raksturu, izpētot tilpumus, kādos tās reaģēja. Tādējādi Avogadro spēja piedāvāt precīzākus skābekļa un dažādu citu elementu atomu masas aprēķinus un skaidri nodalīt molekulas un atomus. Diemžēl šie un citi atklājumi ir gan pretrunīgi, gan precizēti Daltona teorijām.
Piemēram, zinātnieki kopš tā laika ir atklājuši, ka atomu - kādreiz uzskatīja par matērijas mazāko daļu - patiesībā var sadalīt vēl mazākās elementārdaļiņās. Un tā kā Daltons tika uzskatīts par atomiem kā vienotu vienību, nedalot pozitīvos, negatīvos un neitrālos lādiņus, sekojošie J.J. Thomsons, Ernests Rutherfords un Neils Bohrs atklāja sarežģītāku atoma struktūru.
Šīs teorijas vēlāk tika apstiprinātas ar novērojumiem, kas veikti ar elektronu mikroskopu. Mēs arī zinām, ka atomu svars ir pašu atomu struktūras produkts. Tādējādi Daltona atomu modelis tīrākajā formā tagad tiek uzskatīts par derīgu tikai ķīmiskajām reakcijām. Tomēr tas nemazina Daltona ieguldījumu mūsdienu zinātnē.
Pirms viņa laika atoms bija nedaudz vairāk par filozofisku konstrukciju, kas pārņemts no klasiskās senatnes. Daltona revolucionārais darbs ne tikai padarīja teoriju par realitāti, bet arī noveda pie daudziem citiem atklājumiem, piemēram, Einšteina relativitātes teorijai un Planka kvantu teorijai - divām pētījumu jomām, kas veido pamatu mūsu mūsdienu izpratnei par kosmosu.
Mēs šeit Space Magazine esam rakstījuši daudz interesantu rakstu par atomu teoriju. Šeit ir runa par atomu skaitu Visumā, kas ir atoma daļas ?, Kas bija Democritus ?, Bohra atomu modelis un Kas ir Plūmju pudinga modelis?
Ja vēlaties uzzināt vairāk par Daltona modeli, skatiet Centrālās Kvīnslendas universitātes rakstu par Daltona atomu modeli.
Astronomijas cast ir ierakstījis daudzas interesantas epizodes par šo tēmu. Pārbaudiet tos - 138. epizode: Kvantu mehānika, 378. epizode: Rutherfords un atomi, un Epizode 392: standarta modelis - ievads.
