Atómová teória - to znamená, že viera, že všetka hmota je zložená z drobných nedeliteľných prvkov - má veľmi hlboké korene. Až do 19. storočia, keď prístup založený na dôkazoch začal odhaľovať, ako vyzeral atómový model, však nebol vedecky prijatý.
To bolo vtedy, keď anglický chemik, meteorológ a fyzik John Dalton, začal sériu experimentov, ktoré by ho vyvrcholili navrhnutím teórie atómových kompozícií - ktorá by sa potom nazývala Daltonova atómová teória - ktorá by sa stala jedným z základné kamene modernej fyziky a chémie.
Okrem vytvorenia modelu atómových interakcií je John Dalton tiež zodpovedný za vývoj zákonov na pochopenie toho, ako plyny fungujú. To by ho v čase viedlo k tomu, aby uzavrel veci o tom, ako atómy interagovali, hmotnosť atómov a navrhoval zákony, ktoré ustanovujú atómovú teóriu ako vedeckú disciplínu.
Daltonove zákony o plyne:
Dalton prišiel s jeho teóriou atómov ako výsledok svojho výskumu plynov. Začalo to v roku 1800, keď sa Dalton stal tajomníkom Manchesterskej literárnej a filozofickej spoločnosti. Zatiaľ čo Dalton začal predkladať sériu esejí, ktoré načrtli jeho pokusy o zložení zmiešaných plynov, vrátane tlaku pary a iných pár pri rôznych teplotách, pri odparovaní. a na tepelnú expanziu plynov.
Vo svojich esejoch Dalton opísal experimenty, v ktorých sa snažil zistiť tlak pary v rôznych bodoch medzi 0 a 100 ° C (32 až 212 ° F). Na základe svojich pozorovaní šiestich rôznych kvapalín dospel Dalton k záveru, že kolísanie tlaku pár pre všetky kvapaliny bolo rovnaké, pre tú istú zmenu teploty a pre tú istú paru pri akomkoľvek danom tlaku.
Dospel tiež k záveru, že všetky elastické tekutiny pod rovnakým tlakom expandujú rovnako, keď sa aplikuje teplo. Ďalej poznamenal, že pre každú danú expanziu ortuti (t.j. výrazný nárast teploty pomocou ortuťového teplomeru), že zodpovedajúca expanzia vzduchu je úmerne menšia, tým vyššia je teplota.
Toto sa stalo základom ako Daltonov zákon (tiež známy ako Daltonov zákon parciálnych tlakov), ktorý uviedol, že v zmesi nereagujúcich plynov je celkový vyvíjaný tlak rovný súčtu parciálnych tlakov jednotlivých plynov.
Daltonova atómová teória:
V priebehu tohto výskumu o plynoch Dalton tiež zistil, že určité plyny sa dajú kombinovať iba v určitých pomeroch, aj keď dve rôzne zlúčeniny zdieľajú rovnaký spoločný prvok alebo skupinu prvkov.
Tieto experimenty stavali na dvoch teóriách, ktoré sa objavili koncom 18. storočia a ktoré sa zaoberali chemickými reakciami. Prvým bol zákon zachovania hmoty, ktorý v roku 1789 vypracoval Antoine Lavoisier a ktorý uvádza, že celková hmotnosť pri chemickej reakcii zostáva konštantná - t.j. reaktanty majú rovnakú hmotnosť ako produkty.
Druhým bol zákon určitých rozmerov, ktorý prvýkrát preukázal francúzsky chemik Joseph Louis Proust v roku 1799. Tento zákon uvádza, že ak je zlúčenina rozdelená na základné zložky, potom bude mať hmotnosť zložiek vždy rovnaké proporcie bez ohľadu na to, množstva alebo zdroja pôvodnej látky.
Štúdiom týchto zákonov a stavajúc na nich Dalton rozvinul svoj zákon v mnohých rozmeroch. Tento zákon uvádza, že ak je možné kombinovať dva prvky za vzniku viacerých možných zlúčenín, potom pomery hmotností druhého prvku, ktoré sa kombinujú s pevnou hmotnosťou prvého prvku, budú pomermi malých celých čísel.
Inými slovami, prvky sa kombinujú na atómovej úrovni v stálych pomeroch, ktoré sa prirodzene líšia na základe kombinovaných zlúčenín v dôsledku ich jedinečných atómových hmotností. Zistenia sa stali základom Daltonových atómových zákonov alebo modelu, ktorý sa zameriava na päť základných teórií. T
Stav, v ktorom prvky v najčistejšom stave pozostávajú z častíc nazývaných atómy; že atómy konkrétneho prvku sú všetky rovnaké až po posledný atóm; že atómy rôznych prvkov je možné rozoznať podľa ich atómových hmotností; tieto atómy prvkov sa spoja a vytvoria chemické zlúčeniny; a že atómy nemôžu byť pri chemickej reakcii vytvorené ani zničené, iba zoskupenie sa stále mení.
Dalton tiež veril, že atómová teória môže vysvetliť, prečo voda absorbovala rôzne plyny v rôznych pomeroch - napríklad zistil, že voda absorbovala oxid uhličitý oveľa lepšie ako absorbovala dusík. Dalton predpokladal, že to bolo spôsobené rozdielmi v hmotnosti a zložitosti príslušných častíc plynov.
V skutočnosti to bolo práve toto pozorovanie, ktoré sa považuje za prvý prípad, keď Dalton naznačil predpokladanú existenciu atómov. V dokumente, ktorý sa zaoberal absorpciou plynu vo vode, ktorý bol prvýkrát publikovaný v roku 1805, napísal:
„Prečo voda nepripúšťa veľkú časť všetkých druhov plynu? Túto otázku, ktorú som riadne zvážil, a hoci sa nedokážem úplne uspokojiť, som takmer presvedčený, že okolnosť závisí od hmotnosti a počtu konečných častíc niekoľkých plynov..”
Dalton navrhol, že každý chemický prvok je zložený z atómov jedného jedinečného typu, a hoci nemôžu byť zmenené alebo zničené chemickými prostriedkami, môžu sa kombinovať, aby vytvorili zložitejšie štruktúry (t.j. chemické zlúčeniny). Toto označilo prvú skutočne vedeckú teóriu atómu, pretože Dalton svoje závery dosiahol experimentovaním a skúmaním výsledkov empirickým spôsobom.
Dalton a atómová hmotnosť:
Dalton tiež začal študovať atómové hmotnosti založené na hmotnostných pomeroch, v ktorých sa kombinovali, pričom atóm vodíka sa považoval za štandard. Daltona však obmedzovala drsnosť jeho laboratórnych prístrojov a skutočnosť, že si neuvedomil, že atómy určitých prvkov existujú v molekulárnej forme, ako je napríklad čistý kyslík (O2).
Veril tiež, že najjednoduchšia zlúčenina medzi akýmikoľvek dvoma prvkami je vždy jeden atóm. Najlepšie sa to prejavilo v tom, ako si myslel, že chemický vzorec pre vodu je HO, nie H2O.
V roku 1803 Dalton ústne predstavil svoj prvý zoznam relatívnych atómových hmotností pre množstvo látok. Tento dokument bol publikovaný v roku 1805, ale tam presne nehovoril o tom, ako tieto čísla získal. V roku 1807 jeho metódu odhalil jeho známy Thomas Thomson v treťom vydaní Thomsonovej učebnice, Systém chémie, Nakoniec Dalton uverejnil úplný účet vo svojej vlastnej učebnici, Nový systém chemickej filozofie, v rokoch 1808 a 1810.
Vedecké nedostatky:
Hlavná chyba v Daltonovej teórii - t. J. Existencia molekúl a atómov - bola neskôr zásadne opravená v roku 1811 Amedeom Avogadrom. Avogadro navrhol, aby rovnaké objemy akýchkoľvek dvoch plynov pri rovnakej teplote a tlaku obsahovali rovnaký počet molekúl. Inými slovami, hmotnosť častíc plynu nemá vplyv na objem, ktorý zaberá.
Avogadrov zákon mu umožnil odvodiť diatomickú povahu mnohých plynov sledovaním objemov, pri ktorých reagovali. Avogadro tak bolo schopné ponúknuť presnejšie odhady atómovej hmotnosti kyslíka a rôznych ďalších prvkov a jasne rozlíšiť molekuly a atómy. Bohužiaľ, tieto a ďalšie objavy protirečili a vylepšili Daltonove teórie.
Napríklad vedci odvtedy zistili, že atóm - kedysi považovaný za najmenšiu časť hmoty - sa v skutočnosti dá rozdeliť na ešte menšie elementárne častice. A keďže Dalton bol koncipovaný ako atómy ako jedna entita bez oddelenia medzi pozitívnymi, negatívnymi a neutrálnymi nábojmi, následné experimenty J.J. Thomson, Ernest Rutherford a Neils Bohr odhalili zložitejšiu štruktúru atómu.
Tieto teórie boli neskôr potvrdené pozorovaniami uskutočnenými pomocou elektrónového mikroskopu. Tiež vieme, že atómová hmotnosť je produktom štruktúry samotných atómov. Preto je Daltonov atómový model vo svojej najčistejšej podobe považovaný za platný iba pre chemické reakcie. To však neznižuje Daltonov príspevok k modernej vede.
Predtým bol atóm len o niečo viac ako filozofický konštrukt odovzdaný z klasického staroveku. Vďaka priekopníckej práci Daltona sa táto teória stala nielen realitou, ale viedla aj k mnohým ďalším objavom, ako je Einsteinova teória relativity a Planckova kvantová teória - dva študijné odbory, ktoré tvoria základ nášho moderného chápania vesmíru.
Tu sme napísali veľa zaujímavých článkov o atómovej teórii tu v časopise Space Magazine. Tu je jeden o počte atómov vo vesmíre, aké sú jeho časti ?, kto bol Democritus ?, Bohrov atómový model a aký je slivkový pudingový model?
Ak sa chcete dozvedieť viac o Daltonovom modeli, prečítajte si článok Centrálnej Queenslandskej univerzity o Daltonovom atómovom modeli.
Astronomy Cast zaznamenala na túto tému veľa zaujímavých epizód. Vyskúšajte ich - Episode 138: Quantum Mechanics, Episode 378: Rutherford and Atoms a Episode 392: Standard Model - Intro.
