Atomová teorie - to znamená, že víra, že veškerá hmota je složena z malých, nedělitelných prvků - má velmi hluboké kořeny. Až do 19. století, kdy přístup založený na důkazech začal odhalovat, jak vypadal atomový model, však nebyl vědecky přijat.
To bylo v této době, že anglický chemik, meteorolog a fyzik John Dalton, zahájil sérii experimentů, které by v něm vyvrcholily navrhováním teorie atomových kompozic - které by pak byly známé jako Daltonova atomová teorie - které by se staly jedním z základní kameny moderní fyziky a chemie.
Kromě vytvoření modelu pro atomové interakce je John Dalton také připočítán s vývojem zákonů pro pochopení toho, jak plyny fungují. Časem by to vedlo k závěru o tom, jak atomy interagovaly, o hmotnosti atomů, a k navrhování zákonů, které stanoví atomovou teorii jako vědeckou disciplínu.
Daltonovy zákony o plynu:
Dalton přišel s jeho teorií atomů jako výsledek jeho výzkumu plynů. Začalo to v roce 1800, kdy se Dalton stal sekretářem Manchesterské literární a filozofické společnosti. Zatímco tam, Dalton začal předložit sérii esejů, které nastínily jeho experimenty na složení směsných plynů, včetně tlaku páry a jiných par při různých teplotách, na odpařování. a o tepelné expanzi plynů.
Ve svých esejích popsal Dalton experimenty, ve kterých se snažil zjistit tlak páry v různých bodech mezi 0 a 100 ° C (32 až 212 ° F). Na základě svých pozorování šesti různých kapalin dospěl Dalton k závěru, že změna tlaku par pro všechny kapaliny je ekvivalentní, pro stejnou změnu teploty a stejnou páru při jakémkoli daném tlaku.
Také dospěl k závěru, že všechny elastické tekutiny se stejným tlakem expandují rovnoměrně, když je aplikováno teplo. Dále poznamenal, že pro jakoukoli danou expanzi rtuti (tj. Výrazný nárůst teploty pomocí rtuťového teploměru) je, že odpovídající expanze vzduchu je úměrně menší, čím vyšší je teplota.
Toto se stalo základem jako Daltonův zákon (aka. Daltonův zákon parciálních tlaků), který uvádí, že ve směsi nereagujících plynů je celkový vyvíjený tlak roven součtu parciálních tlaků jednotlivých plynů.
Daltonova atomová teorie:
V průběhu tohoto výzkumu plynů Dalton také zjistil, že určité plyny lze kombinovat pouze v určitých poměrech, i když dvě různé sloučeniny sdílejí stejný společný prvek nebo skupinu prvků.
Tyto experimenty stavěly na dvou teoriích, které se objevily na konci 18. století a které se zabývaly chemickými reakcemi. První byl zákon zachování hmoty, formulovaný Antoinem Lavoisierem v roce 1789, který uvádí, že celková hmotnost v chemické reakci zůstává konstantní - tj. Že reaktanty mají stejnou hmotnost jako produkty.
Druhým byl zákon definitivních proporcí, poprvé prokázaný francouzským chemikem Louisem Louisem Proustem v roce 1799. Tento zákon uvádí, že pokud se sloučenina rozdělí na její základní složky, budou mít hmotnosti jednotlivých složek vždy stejné proporce, bez ohledu na to, množství nebo zdroje původní látky.
Studoval tyto zákony a stavěl na nich, Dalton rozvinul jeho zákon mnoha rozměrů. Tento zákon uvádí, že pokud lze dva prvky kombinovat do několika možných sloučenin, pak poměry hmot druhého prvku, které se kombinují s pevnou hmotností prvního prvku, budou poměry malých celých čísel.
Jinými slovy, prvky se kombinují na atomové úrovni ve fixních poměrech, které se přirozeně liší v závislosti na kombinovaných sloučeninách díky jejich jedinečným atomovým hmotnostem. Tato zjištění se stala základem Daltonových atomových zákonů nebo modelu, který se zaměřuje na pět základních vět. T
Stav, ve kterém prvky v jejich nejčistším stavu sestávají z částic nazývaných atomy; že atomy specifického prvku jsou všechny stejné, až po poslední atom; že atomy různých prvků lze rozeznat podle atomových hmotností; že atomy prvků se spojí a vytvoří chemické sloučeniny; a že atomy nemohou být při chemické reakci vytvořeny ani zničeny, pouze seskupení se někdy změní.
Dalton také věřil, že atomová teorie může vysvětlit, proč voda absorbovala různé plyny v různých poměrech - například zjistil, že voda absorbovala oxid uhličitý mnohem lépe než absorbovala dusík. Dalton předpokládal, že to bylo způsobeno rozdíly v hmotnosti a složitosti příslušných částic plynů.
Ve skutečnosti právě toto pozorování bylo považováno za první, kdy Dalton naznačil předpokládanou existenci atomů. V článku, který se zabýval absorpcí plynu ve vodě, který vyšel poprvé v roce 1805, napsal:
"Proč voda nepřiznává svůj objem všech druhů plynu?" Tuto otázku jsem řádně zvážil, a přestože se nedokážu zcela uspokojit, jsem téměř přesvědčen, že okolnost závisí na hmotnosti a počtu konečných částic několika plynů..”
Dalton navrhl, že každý chemický prvek je složen z atomů jediného, jedinečného typu, a ačkoli nemohou být změněny nebo zničeny chemickými prostředky, mohou se kombinovat a vytvářet složitější struktury (tj. Chemické sloučeniny). Toto označilo první opravdu vědeckou teorii atomu, protože Dalton dospěl k jeho závěrům experimentováním a zkoumáním výsledků empirickým způsobem.
Dalton a atomová závaží:
Dalton také začal studovat atomové hmotnosti založené na hmotnostních poměrech, ve kterých se kombinovaly, přičemž atom vodíku byl vzat jako standard. Dalton byl však omezen drsností laboratorních přístrojů a skutečností, že nepředpokládal, že atomy určitých prvků existují v molekulární formě, jako je čistý kyslík (O2).
Také věřil, že nejjednodušší složkou mezi jakýmikoli dvěma prvky je vždy jeden atom. To bylo nejlépe ilustrováno v tom, jak si myslel, že chemický vzorec pro vodu byl HO, ne H2Ó.
V roce 1803 Dalton ústně představil svůj první seznam relativních atomových hmotností pro řadu látek. Tento dokument byl publikován v roce 1805, ale on tam nediskutoval přesně o tom, jak tyto čísla získal. V 1807, jeho metoda byla odhalena jeho známým Thomas Thomson, ve třetím vydání Thomsonovy učebnice, Systém chemie. Nakonec Dalton zveřejnil úplný účet ve své vlastní učebnici, Nový systém chemické filozofie, v letech 1808 a 1810.
Vědecké nedostatky:
Hlavní vada Daltonovy teorie - tj. Existence molekul i atomů - byla později opravena v roce 1811 Amedeo Avogadro. Avogadro navrhl, že stejné objemy jakýchkoli dvou plynů při stejné teplotě a tlaku obsahují stejný počet molekul. Jinými slovy, hmotnost částic plynu neovlivňuje objem, který zabírá.
Avogadroův zákon mu umožnil odvodit diatomickou povahu mnoha plynů studiem objemů, na které reagovali. Avogadro tak bylo schopno nabídnout přesnější odhady atomové hmotnosti kyslíku a různých dalších prvků a jasně rozlišit mezi molekulami a atomy. Bohužel, tyto a další objevy protirečily a zdokonalovaly Daltonovy teorie.
Například vědci od té doby objevili, že atom - kdysi se považoval za nejmenší část hmoty - lze ve skutečnosti rozdělit na ještě menší elementární částice. A zatímco Dalton byl pojat jako atomy jako jedna entita bez oddělení mezi kladnými, zápornými a neutrálními náboji, následné experimenty J.J. Thomson, Ernest Rutherford a Neils Bohr odhalili atomu složitější strukturu.
Tyto teorie byly později ověřeny pozorováním elektronovým mikroskopem. Také víme, že atomová hmotnost je produktem struktury samotných atomů. Proto je Daltonův atomový model ve své nejčistší formě považován za platný pouze pro chemické reakce. To však nesnižuje Daltonův příspěvek k moderní vědě.
Před svou dobou byl atom o něco víc než filozofický konstrukt předávaný z klasického starověku. Průkopnická práce Daltona nejen učinila teorii realitou, ale vedla k mnoha dalším objevům, jako je Einsteinova teorie relativity a Planckova kvantová teorie - dva studijní obory, které tvoří základ našeho moderního porozumění vesmíru.
Zde jsme v Space Magazine napsali mnoho zajímavých článků o atomové teorii. Tady je jeden o počtu atomů ve vesmíru, jaké jsou části atomu?, Kdo byl Democritus ?, Bohrův atomový model a jaký je švestkový pudinkový model?
Pokud se chcete dozvědět více o Daltonově modelu, podívejte se na článek z Central Queensland University o Daltonově atomovém modelu.
Astronomie Cast zaznamenala na toto téma mnoho zajímavých epizod. Podívejte se na ně - epizoda 138: kvantová mechanika, epizoda 378: Rutherford a atomy a epizoda 392: standardní model - úvod.
