Η ατομική θεωρία - δηλαδή, η πεποίθηση ότι όλη η ύλη αποτελείται από μικροσκοπικά, αδιαίρετα στοιχεία - έχει πολύ βαθιές ρίζες. Ωστόσο, δεν ακολούθησε επιστημονικά μέχρι τον 19ο αιώνα, όταν μια προσέγγιση βάσει τεκμηρίων άρχισε να αποκαλύπτει πώς έμοιαζε το ατομικό μοντέλο.
Ήταν εκείνη τη στιγμή που ο Τζον Ντάλτον, ένας Άγγλος χημικός, μετεωρολόγος και φυσικός, ξεκίνησε μια σειρά πειραμάτων που θα κατέληγαν σε αυτόν να προτείνει τη θεωρία των ατομικών συνθέσεων - που στη συνέχεια θα ήταν γνωστή ως Ατομική Θεωρία του Ντάλτον - που θα γινόταν μία από τις ακρογωνιαίος λίθος της σύγχρονης φυσικής και χημείας.
Πέρα από τη δημιουργία ενός μοντέλου για ατομικές αλληλεπιδράσεις, ο Τζον Ντάλτον πιστώνεται επίσης με την ανάπτυξη νόμων για την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των αερίων. Με τον καιρό, αυτό θα τον οδηγούσε να συμπεράνει πράγματα για το πώς αλληλεπιδρούν τα άτομα, το βάρος των ατόμων και να σχεδιάζει νόμους που καθιστούν την ατομική θεωρία επιστημονική πειθαρχία.
Νόμοι για το φυσικό αέριο του Ντάλτον:
Ο Ντάλτον βρήκε τη θεωρία των ατόμων ως αποτέλεσμα της έρευνάς του για αέρια. Αυτό ξεκίνησε το 1800, όταν ο Ντάλτον έγινε γραμματέας της Λογοτεχνικής και Φιλοσοφικής Εταιρείας του Μάντσεστερ. Ενώ εκεί, ο Ντάλτον άρχισε να υποβάλλει μια σειρά από δοκίμια που περιγράφουν τα πειράματά του σχετικά με τη δημιουργία μικτών αερίων, συμπεριλαμβανομένης της πίεσης του ατμού και άλλων ατμών σε διαφορετικές θερμοκρασίες, κατά την εξάτμιση. και για τη θερμική διαστολή των αερίων.
Στα δοκίμια του, ο Ντάλτον περιέγραψε πειράματα στα οποία προσπάθησε να εξακριβώσει την πίεση του ατμού σε διάφορα σημεία μεταξύ 0 και 100 ° C (32 και 212 ° F). Με βάση τις παρατηρήσεις του για έξι διαφορετικά υγρά, ο Dalton κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η διακύμανση της πίεσης ατμών για όλα τα υγρά ήταν ισοδύναμη, για την ίδια μεταβολή της θερμοκρασίας και τον ίδιο ατμό με οποιαδήποτε δεδομένη πίεση.
Επίσης κατέληξε στο συμπέρασμα ότι όλα τα ελαστικά υγρά υπό την ίδια πίεση διογκώνονται εξίσου όταν εφαρμόζεται θερμότητα. Περαιτέρω, παρατήρησε ότι για οποιαδήποτε δεδομένη επέκταση του υδραργύρου (δηλ. Σημειωμένη αύξηση της θερμοκρασίας χρησιμοποιώντας θερμόμετρο υδραργύρου), ότι η αντίστοιχη διαστολή του αέρα είναι αναλογικά μικρότερη, τόσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία.
Αυτό έγινε η βάση όπως ο νόμος του Dalton (γνωστός και ως νόμος των μερικών πιέσεων του Dalton), ο οποίος δήλωσε ότι σε ένα μείγμα αερίων που δεν αντιδρούν, η συνολική πίεση που ασκείται είναι ίση με το άθροισμα των μερικών πιέσεων των επιμέρους αερίων.
Η ατομική θεωρία του Ντάλτον:
Κατά τη διάρκεια αυτής της έρευνας για τα αέρια, ο Dalton ανακάλυψε επίσης ότι ορισμένα αέρια μπορούσαν να συνδυαστούν μόνο σε ορισμένες αναλογίες, ακόμη και αν δύο διαφορετικές ενώσεις μοιράζονταν το ίδιο κοινό στοιχείο ή ομάδα στοιχείων.
Αυτά τα πειράματα βασίστηκαν σε δύο θεωρίες που εμφανίστηκαν κοντά στα τέλη του 18ου αιώνα και ασχολήθηκαν με χημικές αντιδράσεις. Ο πρώτος ήταν ο νόμος της διατήρησης της μάζας, που διατυπώθηκε από τον Antoine Lavoisier το 1789, ο οποίος αναφέρει ότι η συνολική μάζα σε μια χημική αντίδραση παραμένει σταθερή - δηλαδή ότι τα αντιδραστήρια έχουν την ίδια μάζα με τα προϊόντα.
Ο δεύτερος ήταν ο νόμος ορισμένων αναλογιών, που αποδείχθηκε για πρώτη φορά από τον Γάλλο χημικό Joseph Louis Proust το 1799. Ο νόμος αυτός δηλώνει ότι εάν μια ένωση διασπάται στα συστατικά της στοιχεία, τότε οι μάζες των συστατικών θα έχουν πάντα τις ίδιες αναλογίες, ανεξάρτητα της ποσότητας ή της πηγής της αρχικής ουσίας.
Μελετώντας αυτούς τους νόμους και αξιοποιώντας τους, ο Ντάλτον ανέπτυξε το νόμο του με πολλαπλές αναλογίες. Αυτός ο νόμος δηλώνει ότι εάν δύο στοιχεία μπορούν να συνδυαστούν για να σχηματίσουν έναν αριθμό πιθανών ενώσεων, τότε οι λόγοι των μαζών του δεύτερου στοιχείου, που συνδυάζονται με μια σταθερή μάζα του πρώτου στοιχείου, θα είναι αναλογίες μικρών ολόκληρων αριθμών.
Με άλλα λόγια, τα στοιχεία συνδυάζονται σε ατομικό επίπεδο σε σταθερές αναλογίες που φυσικά διαφέρουν ανάλογα με τις ενώσεις που συνδυάζονται, λόγω των μοναδικών ατομικών βαρών τους. Τα ευρήματα έγιναν η βάση των Ατομικών Νόμων ή Μοντέλων του Ντάλτον, που επικεντρώνεται σε πέντε βασικά θεωρήματα. Τ
Η κατάσταση ότι τα στοιχεία, στην πιο καθαρή τους κατάσταση, αποτελούνται από σωματίδια που ονομάζονται άτομα. ότι τα άτομα ενός συγκεκριμένου στοιχείου είναι όλα τα ίδια, μέχρι το τελευταίο άτομο. ότι άτομα διαφορετικών στοιχείων μπορούν να ξεχωρίζουν από τα ατομικά τους βάρη. ότι τα άτομα των στοιχείων ενώνονται για να σχηματίσουν χημικές ενώσεις · και ότι τα άτομα δεν μπορούν ούτε να δημιουργηθούν ούτε να καταστραφούν σε χημική αντίδραση, αλλά μόνο η ομάδα αλλάζει ποτέ.
Ο Dalton πίστευε επίσης ότι η ατομική θεωρία θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί το νερό απορρόφησε διαφορετικά αέρια σε διαφορετικές αναλογίες - για παράδειγμα, διαπίστωσε ότι το νερό απορρόφησε το διοξείδιο του άνθρακα πολύ καλύτερα από ότι απορρόφησε το άζωτο. Ο Dalton υπέθεσε ότι αυτό οφείλεται στις διαφορές στη μάζα και την πολυπλοκότητα των αντίστοιχων σωματιδίων των αερίων.
Στην πραγματικότητα, ήταν αυτή η παρατήρηση που πιστεύεται ότι είναι η πρώτη φορά που ο Ντάλτον υπαινίχθηκε την υποτιθέμενη ύπαρξη ατόμων. Στην εργασία που αφορούσε την απορρόφηση αερίου στο νερό, η οποία δημοσιεύθηκε για πρώτη φορά το 1805, έγραψε:
«Γιατί το νερό δεν παραδέχεται το μεγαλύτερο μέρος του αερίου; Αυτή η ερώτηση έχω εξετάσει δεόντως, και παρόλο που δεν μπορώ να ικανοποιήσω πλήρως, είμαι σχεδόν πεπεισμένος ότι η περίσταση εξαρτάται από το βάρος και τον αριθμό των τελικών σωματιδίων των διαφόρων αερίων.”
Ο Dalton πρότεινε ότι κάθε χημικό στοιχείο αποτελείται από άτομα ενός, μοναδικού τύπου, και παρόλο που δεν μπορούν να τροποποιηθούν ή να καταστραφούν με χημικά μέσα, μπορούν να συνδυαστούν για να σχηματίσουν πιο πολύπλοκες δομές (δηλαδή χημικές ενώσεις). Αυτό σηματοδότησε την πρώτη πραγματικά επιστημονική θεωρία του ατόμου, αφού ο Ντάλτον κατέληξε στα συμπεράσματά του με πειραματισμό και εξέταση των αποτελεσμάτων με εμπειρικό τρόπο.
Dalton και ατομικά βάρη:
Ο Ντάλτον άρχισε επίσης να μελετά ατομικά βάρη με βάση τις αναλογίες μάζας στις οποίες συνδύασαν, με το άτομο υδρογόνου να λαμβάνεται ως πρότυπο. Ωστόσο, ο Ντάλτον περιορίστηκε από την ακαθαρσία των εργαστηριακών του οργάνων και από το γεγονός ότι δεν αντιλήφθηκε ότι τα άτομα ορισμένων στοιχείων υπάρχουν σε μοριακή μορφή, όπως το καθαρό οξυγόνο (Ο2).
Πίστευε επίσης ότι η πιο απλή ένωση μεταξύ των δύο στοιχείων είναι πάντα ένα άτομο το καθένα. Αυτό απεικονίστηκε καλύτερα στο πώς πίστευε ότι η χημική φόρμουλα για το νερό ήταν HO, όχι H2Ο.
Το 1803, ο Ντάλτον παρουσίασε προφορικά τον πρώτο κατάλογο σχετικών ατομικών βαρών για μια σειρά ουσιών. Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε το 1805, αλλά δεν συζήτησε εκεί ακριβώς πώς έλαβε αυτά τα στοιχεία. Το 1807, η μέθοδος του αποκαλύφθηκε από τον γνωστό του Thomas Thomson, στην τρίτη έκδοση του εγχειριδίου του Thomson, Ένα Σύστημα Χημείας. Τέλος, ο Dalton δημοσίευσε έναν πλήρη λογαριασμό στο δικό του βιβλίο, Ένα νέο σύστημα χημικής φιλοσοφίας, το 1808 και το 1810.
Επιστημονικά ελαττώματα:
Το κύριο ελάττωμα στη θεωρία του Dalton - δηλαδή η ύπαρξη τόσο μορίων όσο και ατόμων - αργότερα διορθώθηκε καταρχήν το 1811 από τον Amedeo Avogadro. Ο Avogadro πρότεινε ότι ίσοι όγκοι οποιωνδήποτε δύο αερίων, σε ίση θερμοκρασία και πίεση, περιέχουν ίσους αριθμούς μορίων. Με άλλα λόγια, η μάζα των σωματιδίων ενός αερίου δεν επηρεάζει τον όγκο που καταλαμβάνει.
Ο νόμος του Avogadro του επέτρεψε να συμπεράνει τη διατομική φύση πολλών αερίων μελετώντας τους όγκους στους οποίους αντέδρασαν. Έτσι, το Avogadro μπόρεσε να προσφέρει ακριβέστερες εκτιμήσεις για την ατομική μάζα οξυγόνου και διάφορα άλλα στοιχεία, και έκανε μια σαφή διάκριση μεταξύ μορίων και ατόμων. Δυστυχώς, αυτές και άλλες ανακαλύψεις αμφισβήτησαν και βελτίωσαν τις θεωρίες του Ντάλτον.
Για παράδειγμα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν από τότε ότι το άτομο - κάποτε θεωρήθηκε το μικρότερο μέρος της ύλης - μπορεί στην πραγματικότητα να υποδιαιρεθεί σε ακόμη μικρότερα στοιχειώδη σωματίδια. Και λαμβάνοντας υπόψη ότι ο Ντάλτον συνέλαβε ως άτομα ως ενιαία οντότητα χωρίς διαχωρισμό μεταξύ θετικών, αρνητικών και ουδέτερων φορτίων, επακόλουθα πειράματα του J.J. Οι Thomson, Ernest Rutherford και Neils Bohr αποκάλυψαν μια πιο περίπλοκη δομή στο άτομο.
Αυτές οι θεωρίες αργότερα επικυρώθηκαν με παρατηρήσεις που έγιναν με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Γνωρίζουμε επίσης ότι το ατομικό βάρος είναι προϊόν της ίδιας της δομής των ατόμων. Ως εκ τούτου, το Atomic Model του Dalton, στην πιο αγνή του μορφή, θεωρείται πλέον έγκυρο μόνο για χημικές αντιδράσεις. Ωστόσο, αυτό δεν μειώνει τη συμβολή του Dalton στη σύγχρονη επιστήμη.
Πριν από την εποχή του, το άτομο ήταν λίγο περισσότερο από μια φιλοσοφική κατασκευή που μεταβιβάστηκε από την κλασική αρχαιότητα. Το πρωτοποριακό έργο του Dalton όχι μόνο έκανε τη θεωρία πραγματικότητα αλλά οδήγησε σε πολλές άλλες ανακαλύψεις, όπως η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν και η κβαντική θεωρία του Planck - δύο πεδία μελέτης που αποτελούν τη βάση της σύγχρονης κατανόησης του σύμπαντος.
Έχουμε γράψει πολλά ενδιαφέροντα άρθρα σχετικά με την ατομική θεωρία εδώ στο Space Magazine. Εδώ είναι ένα για τον αριθμό των ατόμων στο σύμπαν, ποια είναι τα μέρη του ατόμου;, ποιος ήταν δημοκρίτης ;, ατομικό μοντέλο του Bohr και τι είναι το μοντέλο πουτίγκα δαμάσκηνου;
Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα για το μοντέλο του Dalton, ρίξτε μια ματιά στο άρθρο από το Πανεπιστήμιο Central Queensland σχετικά με το μοντέλο Atomic του Dalton.
Το Astronomy Cast έχει ηχογραφήσει πολλά ενδιαφέροντα επεισόδια στο θέμα. Δείτε τα - Episode 138: Quantum Mechanics, Episode 378: Rutherford and Atoms, and Episode 392: The Standard Model - Intro.
