Grieķu filozofa Demokrita jēdziens par atomu nav piekritis daudziem zinātniekiem gadsimtu gaitā. Bet 1804. gadā Daltona atomu modelis, pamatojoties uz grieķu atomistu teorijām, kas tika pieņemts.
Daltona atomu modelis
Pēc atomisma domām un grieķu filozofiskajām idejām pagāja apmēram 2 tūkstoši gadu, līdz zinātnieku pasaule kļuva zināma jauna atomu teorija. Tās izcelsme bija Džona Daltona pētījumos, kurš bija britu fiziķis, ķīmiķis un meteorologs un bija pirmās modernās atomu teorijas veicinātājs.
Varētu teikt, ka Daltons bija tas, ko sauca par pilnīgu zinātnieku, jo viņa studijas neaprobežojās tikai ar fiziku, gluži pretēji, viņš ir guvis plašu atzinību arī par pētījumiem par neiespējamību ar cilvēka aci novērtēt krāsas. stāvoklis, kas, pateicoties viņam, mūsdienās ir pazīstams kā daltonisms.
Viņa atomu modelis bija pazīstams kā biljarda bumbas modelis un tika prezentēts 1804. gadā. Daltons bija zinātnisks pētnieks, un viņa modelis bija produkts, pie kura viņš nonāca pēc secinājumiem, kas bija vairāku viņa veikto eksperimentu ar gāzēm rezultāts. Viņš bija tādu teoriju priekštecis kā Rezerfordas atomu modelis.
Balstoties uz sava darba secinājumiem un sekām, Daltons spēja pierādīt, ka atomi, par kuriem runāja grieķi, patiesi eksistēja, un tas ir jautājums Demokrita atomu teorija viņš bija tikai ieskicējis, spējot izveidot pirmo zinātniski pamatoto teoriju par atoma esamību mūsdienu fizikas vēsturē.
Daltona atomu modeļa pamatprincipi
Daltona atomu modelis bija pirmais vizualizētais mēģinājums noteikt atomu mehānismu, uzbūvi un izvietojumu, kas tika iecerēts laikā no 1803. līdz 1807. gadam, Džons Daltons tam pirmo reizi piešķīra atomu teorijas nosaukumu un, pamatojoties uz to, izdarīja šādas atziņas:
pirmais postulāts
Viņš noteica, ka visa matērija sastāv no elementārdaļiņām, ko sauc par atomiem, un to nevar ne sadalīt, ne iznīcināt. Tos arī nevarēja izveidot vai mainīt ķīmiskā reakcijā.
otrais postulāts
Atomi, kas veido jebkuru elementu, ir identiski viens otram ne tikai svara, bet arī citu īpašību ziņā. Tāpēc visi skābekļa atomi ir absolūti vienādi. Tā vietā dažādu elementu atomi atšķiras viens no otra pēc svara. Pateicoties šim postulātam, radās zināšanas par relatīvo atomu svaru, salīdzinot dažādus atomus ar ūdeņraža atomu, kas pēc Daltona domām bija visvienkāršākais.
trešais postulāts
Atomus nevar sadalīt neatkarīgi no tā, kāda veida ķīmiskā iedarbība uz tiem tiek veikta. Vienādu vai dažādu atomu kombinācija radīs sarežģītākus savienojumus vai vielas, taču vienmēr sākot no atoma kā matērijas minimālās pamatvienības.
ceturtais postulāts
Atomu kombinācija savā starpā, veidojot savienojumus, vienmēr atklās attiecības, kuras var izteikt vienkāršos un pilnos skaitļos. Nekad pa daļām, jo atomus nevar sadalīt. Tas notiek ar skābekli, ko veido divi vienādi atomi (O2), vai ar ūdeni, kas ir divi vienādi un viens atšķirīgi (H2O).
piektais postulāts
Apvienojot nejaušu elementu atomus dažādos daudzumos, var izveidoties daudz dažādu savienojumu. Tas ir vienīgais veids, kā var izskaidrot, ka, sākot no ierobežota atomu skaita, visa Visuma matērija ir uzbūvēta. Lai ilustrētu šo ideju, oglekļa atoms un divi skābekļa atomi veidos savienojumu (CO2), bet tikai viens no katra elementa veidos citu savienojumu (CO).
sestais postulāts
Visi ķīmiskie savienojumi veidojas, kad divu vai vairāku dažādu elementu atomi tiek savienoti nemainīgā un vienkāršā veidā. Bet, saskaņā ar Daltona teorija, viena un tā paša elementa atomi sākotnēji neizrāda nekādu afinitāti vienam pret otru, tikai dažādu atomu klātbūtnē.
Daltona likumi
Šo postulātu rezultātā tika formulēti šādi likumi:
- Visa matērija sastāv no atomiem.
- Pilnīgi viss, kas ir zināms, sastāv no atomiem gan uz zemes, gan zināmajā Visumā. Katrs no elementiem sastāv no atomiem.
- Atomi ir nedalāmi un neiznīcināmi.
- Atomi ir mazākās vielas daļiņas.
- Visi dotā elementa atomi ir identiski.
- Konkrētā elementā visiem tā atomiem ir vienāda masa un vienādas īpašības.
- Dažādu elementu atomi atšķiras pēc masas un īpašībām.
- Katrs elements sastāv no dažādu īpašību un masas atomiem.
- Savienojumus veido divu vai vairāku dažādu veidu atomu kombinācija.
- Konkrētam savienojumam vienmēr ir vienādi apvienoti atomi un vienādās proporcijās.
- Ķīmiskā reakcija ir atomu pārkārtošanās.
- Ķīmiskās reakcijas ir atomu atdalīšanas, savienošanās vai pārkārtošanās produkts. Bet viena elementa atomi ķīmiskas reakcijas rezultātā nekad nekļūst par cita elementa atomiem.
Papildu apsvērumi saistībā ar Daltona atomu modeli
Līdz ar iepriekš uzskaitīto pamatprincipu izveidi Daltons ierosināja, ka divu elementu atomi, kas ir saistīti viens ar otru, veidojot molekulas, ievēro masas saglabāšanas likumu. Tas nozīmē, ka molekulā atrodamo atomu skaits un veidi ir tādi paši kā ķīmiskajā reakcijā izmantoto elementu atomu skaits un veidi.
Vēl viens būtisks šīs teorijas apgalvojums bija vairāku proporciju likums, saskaņā ar kuru, kad divu elementu divi atomi ir konjugēti, konjugācija var notikt tikai saskaņā ar veselu skaitļu attiecību, piemēram, 1:1, 2:1, 2:2. , un tā tālāk. Ja par piemēru ņem ūdeni, var redzēt, ka H2O apvienojas attiecībā 2:1, kas nozīmē, ka tajā ir divi ūdeņraža atomi un viens skābeklis.
Tāpēc nav iespējams, ka ūdens iegūšanai var izmantot citu šo elementu proporciju. Nav iespējams ražot ūdeni, izmantojot 3 ūdeņraža atomus un divus skābekļa atomus (3:2).
Daltons arī spēja izveidot "Atomu svaru tabulu" un, izmantojot šīs tabulas datus, viņš varēja novietot elementus tādā izkārtojumā, ko noteica to elementu svars, salīdzinot ar ūdeņradi, kas ir vieglākais elements. , kas ir pirmais jūsu tabulā un kura atomskaitlis ir 1.
Biljarda bumbas modelis
Sekas, uzskatot, ka atomi ir matērijas mazākās daļiņas, varēja tās iedomāties kā cietas un cietas sfēras, kurām daudzi viņa attēlojumi tika veidoti ar modeļiem, kas izgatavoti no koka sfērām, pateicoties kuriem viņš saņēma biljarda bumbu. modeļa nosaukums.
Daltona teorijas argumentācijas ķēde spēja zinātniski apmierinošā veidā izskaidrot divus likumus: konstanto proporciju likumu, saskaņā ar kuru tiek fiksēta proporcionalitāte starp reaģējošām vielām, un vairāku proporciju likumu, saskaņā ar kuru proporcijas starp reaģējošām vielām. vienmēr to darīs veselos skaitļos.
Izmantojot šo formulējumu, bija iespējams arī izskaidrot daudzu elementāru vielu esamību, sākot ar ierobežotu sastāvdaļu kopumu. Vēlāk tas tika uzlabots ar Rezerforda teoriju un Bohr Atomic Model
Daltona atomu modelis būtībā ir vienkāršs kombinatorisks modelis, kas varētu dot skaidrojumu gandrīz visai tā laika ķīmijai un līdz ar to arī pamatu attīstībai un nākotnes inovācijām ķīmijas un dažādās citās zinātnes jomās.
Daltona eksperimenti
Pretēji atomistiem, kuri izmantoja tikai savu loģiku, lai konceptualizētu atomu, Daltons savus apgalvojumus pamatoja ar lielu skaitu eksperimentu, kas pierādīja atomu esamību, kas tika veikti tikai no ķīmijas viedokļa. Vairāki no pazīstamākajiem bija:
Viņš veica eksperimentus ar vielu gāzveida stāvoklī, novērojot šīs vielas stāvokļa spiediena ietekmi, nonākot pie secinājuma, ka atomi, no kuriem sastāv gāzveida vielas, atrodas nepārtrauktā nejaušā kustībā.
Daži no viņa eksperimentiem balstījās uz elementu maisījumu, lai izveidotu savienojumu molekulas, kuru rezultāti ļāva viņam apgalvot, ka konkrēts savienojums vienmēr sastāvēs no vieniem un tiem pašiem elementiem tādās pašās proporcijās un ievērojot viņa daudzo proporciju likumu.
Daltona atoma modeļa pieņemšana
Daltona atomu teoriju plaši pieņēma daudzi tā laika zinātnieki, un tai nebija vajadzīgs daudz laika, un tā kļuva par pamatu dažām mūsdienu atomu teorijas sadaļām.
Lai gan mūsdienās zinātnieki arī zina, ka atomi nav mazākās matērijas daļiņas, jo, kā zināms, atomi satur vairāku veidu mazākas daļiņas, piemēram, protonus, neitronus un elektronus. Daltona teorija nekavējoties tika izveidota kā ķīmijas teorētiskais pamats.
Daltona teorijas ierobežojumi un kļūdas
Daltonam bija hipotēze, ka visu elementu atomi paliek individuāli, kā dēļ viņš nevarēja saprast, ka dažos elementos atomi eksistē molekulās, kā tas ir tīrā skābekļa gadījumā, kas pastāv kā O2, tas ir, viena un tā paša elementa molekula ar diviem skābekļa atomiem.
Tāpat viņa ideja, ka vienkāršākais savienojums starp diviem elementiem pastāvīgi ir viens atoms no katra, bija nepareizs. Kļūda, kas lika viņam secināt, ka ūdens izteiksme bija HO, nevis H2O.
Fakts, ka aprīkojums, ko viņš izmantoja eksperimentu veikšanai, bija ļoti vienkāršs, lika Daltonam izdarīt vairākus nepareizus secinājumus. Savā sākumā viņš deva skābekļa vērtību 5.5, kas nozīmē, ka tas bija 5.5 reizes apjomīgāks nekā ūdeņraža atoms, kuru viņš izmantoja kā atsauci. Tomēr viņš varēja labot šīs vērtības gadus vēlāk, piešķirot skābeklim vērtību 7, neskatoties uz to, ka citi viņa laika pētnieki deva skābekļa vērtību 8.
Daltona teorijas ietekme
Taisnība, ka pašreizējā atomu teorija ir sasniegusi līmeni, kas pirms dažiem gadiem bija neaprakstāms, taču Daltona ģenialitāte ir tāda, ka viņa teorijas būtiskie principi zināmos aspektos joprojām ir spēkā. Taču mūsdienās ir zināms, ka atomus var atdalīt ar reakcijām kodollīmenī, taču tas nenozīmē, ka Daltona apgalvojums, ka tos nevar atdalīt ar ķīmisku reakciju palīdzību, vairs nav spēkā.
Turklāt mūsdienās ir zināms arī tas, ka ne visiem viena elementa atomiem ir vienāda masa, jo ir izdevies pierādīt, ka eksistē izotopi, kas ir atomi ar papildu neitroniem, un ka tiem ir lielāka masa pat tad, kad tā ir tas pats.elements.
Daltona biogrāfija
Džons Daltons dzimis Anglijā 6. gada 1766. septembrī, viņa ģimene bija pazemīga, un viņa agrīno izglītību ieguva viņa vecāki un skola savā pilsētā. Savas izcelsmes un ģimenes ekonomiskā stāvokļa dēļ viņam bija jāsāk strādāt 10 gadu vecumā, dienējot mājā, lai gan tiek arī norādīts, ka skolā viņš sāka mācīt 12 gadu vecumā un 14 prot latīņu valodu.
Daltons turpināja mācīt un saņemt neformālus norādījumus no instruktoriem apgabalā, kurā viņš dzīvoja, un, sasniedzot 27 gadu vecumu, viņš saņēma iecelšanu par matemātikas un dabas filozofijas profesoru nelielā Mančestras universitātē, šajā amatā viņš turpināja strādāt. vairākus gadus 7 gadi, līdz pieņemu lēmumu kļūt par privātskolotāju šajos pašos priekšmetos.
Zinātniskie ieguldījumi
Neapšaubāmi, viens no viņa svarīgākajiem ieguldījumiem ir viņa atoma teorija, bet Džons Daltons veica pētījumus un eksperimentus par:
- Meteoroloģija.
- Kalnu augstuma mērījumi.
- Krāsu aklums, stāvoklis, ko vēlāk par godu nosauca par daltonismu.
- Daži likumi, kas attiecas uz gāzēm.
Un viņš publicēja daudzas citas publikācijas par saviem darbiem par maznozīmīgām tēmām, piemēram, par debesu krāsu un pat par angļu valodas gramatiku.
Daltons bija atturīgs cilvēks un nekad nebija precējies. Veltīdamies tikai pētniecībai, viņš dzīvoja pieticīgu dzīvi bez lielas kņadas. 1837. un 1838. gadā viņš cieta no krampjiem, kuru rezultātā viņš kļuva mēms, taču tas netraucēja viņam turpināt izmeklēšanu līdz pat viņa nāves gadam, 1844. gadā.