Aatomiteoorial - see tähendab veendumusel, et kogu mateeria koosneb pisikestest, jagamatutest elementidest - on väga sügavad juured. Kuid see võeti teaduslikult omaks alles 19. sajandil, kui tõenduspõhine lähenemisviis hakkas paljastama, milline aatomimudel välja nägi.
Just sel ajal alustas inglise keemik, meteoroloog ja füüsik John Dalton eksperimentide seeriat, mis kulmineerus temas, tehes ettepaneku aatomikoostiste teooria kohta - mida hiljem tuntakse Daltoni aatomiteooriana -, millest saab üks moodsa füüsika ja keemia nurgakivid.
Lisaks aatomite vastastikmõju mudeli loomisele on John Daltonile pälvinud ka seaduste väljatöötamine gaaside tööpõhimõtete mõistmiseks. Aja jooksul viiks see järeldusele aatomite vastastikuse mõju kohta, aatomite massi kohta ja töötaks välja seadused, mis kehtestaksid aatomiteooria teadusliku distsipliinina.
Daltoni gaasiseadused:
Dalton jõudis oma aatomiteooria juurde gaaside uurimise tulemusel. See sai alguse 1800. aastal, kui Daltonist sai Manchesteri kirjandus- ja filosoofiaühingu sekretär. Seal viibides esitas Dalton rea esseesid, milles tutvustati katseid segagaaside moodustamisel, sealhulgas aurude ja muude aurude rõhul erinevatel temperatuuridel aurustumisel. ja gaaside soojuspaisumisel.
Dalton kirjeldas oma essees katseid, milles ta püüdis kindlaks teha auru rõhku erinevates punktides vahemikus 0–100 ° C (32–212 ° F). Tuginedes oma tähelepanekutele kuue erineva vedeliku kohta, jõudis Dalton järeldusele, et aurude rõhu kõikumine oli kõigi vedelike korral sama, temperatuuri kõikumise ja sama rõhu korral sama.
Ta järeldas ka, et kõik sama rõhu all olevad elastsed vedelikud laienevad kuumuse rakendamisel võrdselt. Lisaks täheldas ta, et elavhõbeda iga paisumise korral (s.o temperatuuri tõus elavhõbeda termomeetri abil) on seda, et vastav õhu paisumine on proportsionaalselt väiksem, seda kõrgemaks temperatuur läheb.
See sai aluseks Daltoni seaduses (teise nimega Daltoni osalise rõhu seadus), mis teatas, et mittereageerivate gaaside segus on kogu avaldatav rõhk võrdne üksikute gaaside osarõhkude summaga.
Daltoni aatomiteooria:
Gaaside uurimise käigus avastas Dalton, et teatud gaase saab ühendada ainult teatud proportsioonides, isegi kui kahel erineval ühendil on sama ühine element või elementide rühm.
Need eksperimendid tuginesid kahele 18. sajandi lõpus välja kujunenud teooriale, mis käsitlesid keemilisi reaktsioone. Esimene neist oli massi säilitamise seadus, mille koostas Antoine Lavoisier 1789. aastal ja milles öeldakse, et keemilise reaktsiooni kogumass püsib konstantne - st reagentide mass on sama kui toodetel.
Teine oli kindlate proportsioonide seadus, mille esmakordselt tõestas prantsuse keemik Joseph Louis Proust 1799. Selles seaduses öeldakse, et kui ühend jaotatakse selle koostisosadeks, on koostisosade massid alati ühesugused, sõltumata sellest algse aine koguse või allika kohta.
Neid seadusi uurides ja nendele tuginedes töötas Dalton välja oma mitmekordsete proportsioonide seaduse. Selles seaduses öeldakse, et kui kahte elementi saab kombineerida, et moodustada arv võimalikke ühendeid, siis on teise elemendi massisuheteks, mis kombineeruvad esimese elemendi fikseeritud massiga, väikeste täisarvude suhted.
Teisisõnu, elemendid ühinevad aatomi tasemel fikseeritud vahekordades, mis loomulikult erinevad sõltuvalt ühendatavatest ühenditest nende ainulaadse aatommassi tõttu. Leiust sai Daltoni aatomiseaduste või mudeli alus, mis keskendub viiele põhiteoreemile. T
Seisund, et elemendid koosnevad kõige puhtamas olekus osakestest, mida nimetatakse aatomiteks; et konkreetse elemendi aatomid on kõik samad, kuni viimase aatomini; et erinevate elementide aatomeid saab eristada aatommassi järgi; elementide aatomid ühinevad keemiliste ühendite moodustamiseks; ja et aatomeid ei saa keemilises reaktsioonis luua ega hävitada, ainult rühmitus muutub kunagi.
Dalton uskus ka, et aatomiteooria võib selgitada, miks vesi imestab erinevaid gaase erinevates proportsioonides - näiteks leidis ta, et vesi imab süsihappegaasi palju paremini kui see lämmastikku. Dalton püstitas selle põhjuseks gaaside vastavate osakeste massi ja keerukuse erinevused.
Tegelikult usuti, et just see tähelepanek oli esimene kord, kui Dalton vihjas aatomite oletatavale olemasolule. Aastal artiklis 1805, milles käsitleti gaasi imendumist vees, kirjutas ta esimest korda:
“Miks vesi ei tunnista oma põhiosa igat liiki gaasidest? Seda küsimust olen korralikult kaalunud ja kuigi ma ei suuda ennast täielikult rahuldada, olen peaaegu veendunud, et see asjaolu sõltub mitme gaasi lõplike osakeste massist ja arvust.”
Dalton tegi ettepaneku, et iga keemiline element koosneks ühe ainulaadse tüübi aatomitest ja ehkki neid ei saa keemiliste vahenditega muuta ega hävitada, võivad nad ühendada, moodustades keerukamad struktuurid (st keemilised ühendid). See tähistas esimest tõeliselt teaduslikku aatomi teooriat, kuna Dalton jõudis oma järeldusteni eksperimenteerimise ja tulemuste empiirilise uurimise teel.
Dalton ja aatommassid:
Dalton alustas ka aatommasside uurimist massisuhete alusel, milles nad ühinesid vesinikuaatomiga, mida võetakse standardiks. Dalton oli aga piiratud tema laboratoorsete instrumentide jõhkruse ja tõsiasjaga, et ta ei kujutanud ette, et teatud elementide aatomid eksisteerivad molekulaarsel kujul, näiteks puhas hapnik (O2).
Ta uskus ka, et lihtsaim ühend kahe elemendi vahel on alati üks aatom. Seda näitas kõige paremini see, kuidas ta arvas, et vee keemiline valem on HO, mitte H2O
1803. aastal esitas Dalton suuliselt oma paljude ainete suhtelise aatommassi esimese loetelu. See paber ilmus 1805. aastal, kuid ta ei arutanud seal täpselt, kuidas ta need arvud saavutas. 1807. aastal paljastas tema meetodi tema tuttav Thomas Thomson Thomsoni õpiku kolmandas väljaandes Keemiasüsteem. Lõpuks avaldas Dalton täieliku konto oma õpikus, Keemilise filosoofia uus süsteem, 1808 ja 1810.
Teaduslikud vead:
Daltoni teooria peamine viga - s.t nii molekulide kui ka aatomite olemasolu - parandas Amedeo Avogadro hiljem põhimõtteliselt 1811. aastal. Avogadro tegi ettepaneku, et mis tahes kahe gaasi võrdsed kogused, võrdsel temperatuuril ja rõhul, sisaldaks võrdsel arvul molekule. Teisisõnu, gaasi osakeste mass ei mõjuta selle hõivatud mahtu.
Avogadro seadused võimaldasid tal tuletada arvukate gaaside diatomeerset olemust, uurides nende reageerimise mahtusid. Seega suutis Avogadro pakkuda hapniku ja paljude muude elementide aatommassi täpsemaid hinnanguid ning tegi molekulide ja aatomite vahel selge eristuse. Paraku on need ja muud avastused vastuolus ja täpsustanud Daltoni teooriaid.
Näiteks on teadlased sellest ajast avastanud, et aatomi - kui seda kunagi peeti mateeria väikseimaks osaks - võib tegelikult jagada veelgi väiksemateks osakesteks. Ja arvestades, et Dalton kujutles aatomeid ühtse üksusena, millel ei olnud vahet positiivsete, negatiivsete ja neutraalsete laengute vahel, järgnevad katsed J.J. Thomson, Ernest Rutherford ja Neils Bohr paljastasid aatomi keerukama struktuuri.
Neid teooriaid valideeriti hiljem elektronmikroskoobi abil tehtud vaatlustega. Samuti teame, et aatommass on aatomite endi struktuuri tulemus. Seetõttu peetakse Daltoni aatomimudelit kõige puhtamal kujul kehtivaks ainult keemiliste reaktsioonide jaoks. Kuid see ei vähenda Daltoni panust tänapäevasesse teadusesse.
Enne tema aega oli aatom pisut enam kui klassikalisest antiigist üle kantud filosoofiline konstruktsioon. Daltoni murranguline töö mitte ainult ei muutnud teooriat reaalsuseks, vaid viis ka paljude teiste avastusteni, näiteks Einsteini relatiivsusteooria ja Plancki kvantteooria - kaks uurimisvaldkonda, mis on aluseks meie tänapäevasele arusaamisele kosmosest.
Oleme siin ajakirjas Space Magazine kirjutanud palju huvitavaid artikleid aatomiteooria kohta. Siin on üks aatomite arvu kohta universumis, mis on aatomi osad ?, kes oli Democritus ?, Bohri aatomimudel ja mis on ploomi pudingumudel?
Kui soovite rohkem teada saada Daltoni mudeli kohta, vaadake Kesk-Queenslandi ülikooli artiklit Daltoni aatomimudeli kohta.
Astronoomiaosatäitjad on sellel teemal salvestanud palju huvitavaid episoode. Vaadake neid - episood 138: kvantmehaanika, episood 378: Rutherford ja aatomid ja episood 392: standardmudel - sissejuhatus.
