Mitmesugust

John Daltoni aine aatomimudeli päritolu ja areng

John Daltoni aine aatomimudeli päritolu ja areng

Aatomi kui kõige väiksema, jagamatu aineüksuse ideel on pikk ajalugu, mis eelnes John Daltonile aastatuhandeid, kuid tema teaduslikult põhjendatud teooria 19. sajandi alguses oli murranguline areng meie arusaamas sellest füüsiline maailm.

Aatomi päritolu

Idee jagamatust aineühikust, millest kõik asjad on tehtud, võib leida nii Vana-Kreeka kui ka iidse India tekstidest, kuid aatom, nagu me seda teame, sai alguse Vana-Kreekas 6. sajandil e.m.a.

Termin aatom on tuletatud sõnast atomos,mõtles välja Vana-Kreeka filosoof Leucippus ja tema õpilane Democritus umbes 6. või 5. sajandil e.m.a. Sõna otseses mõttes "lõikamatu", eriti Democritus levitas ideed, et atoomid on arvult lõpmatud, igavesed ja loomata füüsikalised osakesed, mis moodustavad kogu aine.

Varasemate atomistide - nagu mõnikord nimetatakse Leucippust, Democritust ja Epicurust - ideed rõhutasid kontseptsiooni, et ainus tegelik muutus maailmas oli koha muutus - täpsemalt liikumis- või puhkeseisundi muutus - ja et midagi uut ei loodud kunagi ja et midagi säilinud ei lakanud olemast.

Kui inimene sündis, muutusid atoomid, millest nad koosnesid, asendit, et muuta see inimene selliseks, nagu ta oli. Kasv oli lihtsalt rohkem atomose positsiooni muutmine, et liituda juba olemasoleva atomose kollektsiooniga. Kui keegi suri ja nende keha lagunes, aatomid lihtsalt eraldusid ja hajusid ning need aatomid võis pärast seda ümber kujundada, et moodustada rohutera või jõgi. Nad olid sisuliselt oma aja Carl Saganid, tuletades meile kõigile meelde, et me kõik oleme valmistatud tähekraamist.

See jõuab lõpuks aine tegelikule reaalsusele lähemale, kui Democrituse armeenese Platon ideed, kes kontseptualiseeris transtsendentsetest kolmnurkadest ja polüheedritest ehitatava maailma, millest sündis üks neljast elemendist - Maa, Tuul, Tuli ja vesi. Need elemendid ühendaksid siis ebatäiuslikud, füüsilised koopiad iga asja abstraktsetest ja täiuslikest vormidest.

Democrituse töö elas üle Rooma languse ja sõitis islamimaailmas välja Euroopa keskaega. Atomose taasavastamine Euroopas toimus tänu Aristotelese, Platoni õpilase, kes arutles oma teostes atomose ja Platoni kolmnurga konkureerivate ideede üle, ning Rooma poeedi Lucretiusele, kes kirjutas Epikurose atomistlikest ideedest, mis ta ehitas paarkümmend aastat varem olnud Democrituse ideedele.

Paganliku filosoofia taaskehtestamine muutis valitsevad kirikuvõimud üsna vormist välja, ehkki Aristotelesel oli vähemalt kasu monoteistlikust filosoofiast, mille pooldajad võisid - ja väitsidki - näidata, et Aristoteles oli tõesti rääkides Aabrahami jumalast, ei olnud ta temast lihtsalt kunagi kuulnud, nii et ta ei teadnud, mis nime peaministrile panna.

Epikurusel ja Demokritusel aga sellist kaitset polnud. Atomos tähendas, et elu ja surma selgitamiseks või selle kohta, kuidas puit põleb suitsuks ja tuhaks või kuidas vesi ja muld muutuvad põllukultuurideks, pole vaja jumalaid. Kõike võiks seletada erinevate atomote positsiooni muutumisega üksteise suhtes. Epikurose ja Demokritose filosoofiate materialistlik alus oli otseselt vastuolus kiriku õpetustega ja seetõttu tembeldati selle filosoofia vilju, atoome, rumalaks paganlikuks ketserluseks, mistõttu oli sellise materiaalse mudeli eest seismine ohtlik.

Sellegipoolest ei saanud mööda hiilida asjaolust, et atomos oli tõesti hea viis loodusnähtuste seletamiseks, nii et atoomide idee jäi ümber, isegi mõned kiriku liikmed, kes väitsid, et pühakirjades pole midagi välistatud Jumal loob universumist atomosest. Valgustusajaks oli teadus atomosidest uue teadusklassi hulgas üsna laialt levinud, kuid see jäi üldjoontes puhtalt filosoofiliseks ideeks.

John Daltoni teos gaasidest

19. sajandi vahetusel oli John Dalton inglise keemik, füüsik ja meteoroloog, kes töötas Manchesteri kirjandus- ja filosoofiaühingu sekretärina. 1800. aastaks oli keemia läbinud aastatuhandete jooksul ühe dramaatilisema intellektuaalse revolutsiooni, kuna teaduse rangust hakati rakendama iidsele alkeemia uurimisele, mida hakati nimetama 18. sajandi keemiarevolutsiooniks.

Kui Vana-Kreeka ideed, et vesi, õhk, tuli ja maa olid kogu aine olulised elemendid, võeti tollal veel paljude poolt antud, siis Antoine Lavoisier-sugused keemikud panid 18. sajandil suure osa kaasaegse keemia aluspõhjaks. mõnede keemias kõige olulisemate elementide, näiteks vesiniku ja hapniku, eraldamine ja tuvastamine. See teaduslik arusaam keemiast ja selle kõige keskmes olevast aatomist oli siiski alles lapsekingades, kui John Dalton selle 19. sajandi alguses päris.

Gaaside omadused pakkusid Daltonile erilist huvi ja suur osa tema olulisimast tööst käib nende uurimise ümber. Alates 1800. aastast hakkas Dalton registreerima erinevate auruvormide erinevat rõhku, mida tollal peeti atmosfääriõhust eraldatud aineks. VastavaltUniversum täna:

[b] kuue erineva vedeliku vaatluste põhjal järeldas Dalton, et kõigi vedelike aururõhu muutused olid samaväärsed, sama temperatuuri kõikumise ja sama rõhu korral.

Samuti jõudis ta järeldusele, et kõik sama rõhu all olevad elastsed vedelikud paisuvad soojuse rakendamisel võrdselt. Lisaks täheldas ta, et elavhõbeda mis tahes paisumise korral (s.t. elavhõbedatermomeetri abil täheldatud temperatuuri tõus) on vastav õhu paisumine proportsionaalselt väiksem, seda kõrgem temperatuur tõuseb.

See sai aluseks Daltoni seadusele (ehk Daltoni osaliste rõhkude seadusele), mis väitis, et reageerimata gaaside segus on avaldatav kogurõhk võrdne üksikute gaaside osarõhkude summaga.

Just nende gaaside omaduste uurimisel märkas Dalton omapärast suundumust. Ta leidis, et teatud gaase saab teatud ühendite moodustamiseks ühendada ainult kindlates vahekordades, isegi kui kahel erineval ühendil on ühine element või elemendid.

Dalton hakkas järeldama, et kui ühendit saab valmistada ainult kindla proportsiooniga koostisosadest, võib see toimida ainult siis, kui koostisosade üksikud üksused ühendaksid segus diskreetselt kindlas vahekorras, et saada üks ühend ja mitte teine.

Lisaks jõudis ta järeldusele, et kui kaks elementi võivad toota kahte või enamat ühendit, siis kuidas süsinik ja hapnik võivad muuta nii süsinikmonooksiidi kui ka süsinikdioksiidi, oleks teise elemendi masside suhe, mis annab esimese elemendi kindla massi, paratamatult väikseks tervikuks numbrid.

Põhimõtteliselt, kui teatud koguse hapniku lisamine süsinikule annab teile süsinikmonooksiidi, nõuab süsinikdioksiidi saamiseks süsinikmonooksiidi tootmiseks kasutatud hapniku koguse mitmekordne lisamine, mis antud näites tähendaks, et peate lisama kaks korda rohkem hapnikku süsinikdioksiidi saamiseks, nagu vaja süsinikmonooksiidi saamiseks.

Jällegi, ainus viis, kuidas see võib juhtuda, on see, kui teie kombineeritud füüsikalised süsiniku- ja hapnikuained oleksid üksikute süsiniku- ja hapnikuühikute kogum, mis ühendaksid eraldi iga kindla suhtega vastavalt iga elemendi kogusele.

Need kaks arusaama koos massi ja kindlate proportsioonide säilitamise seadustega, mille avastasid vastavalt Lavoisier ja Joseph Louis Proust, olid oluline seos Vana-Kreeka demokraatose atomose ja tänapäevase keemia vahel. Dalton tunnistas seda ajalugu, nii et ta nimetas neid elementide üksusi aatomiteks.

Daltoni aatomimudel

Tehes ettepaneku nimetada Daltoni aatomimudelit, kirjeldas Dalton aatomi viit olulist omadust.

Esiteks, saab iga elemendi taandada omaette ühtseks jagamatuks üksuseks.

Teiseks, on elemendi iga aatom identne selle elemendi kõigi teiste aatomitega.

Kolmandaks, erinevate elementide aatomeid oli aatomkaalu järgi võimalik eristada.

Neljandaks, moodustavad ühe elemendi üksikud aatomid ühendid teise elemendi üksikute aatomitega.

Viiendaks, keemilist protsessi ei saa kunagi hävitada ega luua ühtegi aatomit, muutub ainult aatomite paigutus.

Kuigi mõned neist osutuksid mitte päris õigeks - näiteks elemendi isotoopid võivad üksteisest erineda ja neil võivad olla isegi erinevad omadused, klassifitseerides neid siiski samaks elemendiks - mida Dalton kirjeldas 19. sajand on makrotasandil üsna lähedal meie arusaamale ainest.

Kuidas viimistleti Daltoni aatomimudelit

Järgmise sajandi jooksul viimistletakse Daltoni aatomimudelit, kuna edasised katsed näitasid, et aatom ei olnud nii korralik ja korralik kui Dalton esialgu soovitas. Marie ja Pierre Curie avastasid, et teatud elementide aatomid vabastavad kiirgust, mida nad ei saaks teha, kui need oleksid taandamatud materjalid, mida Dalton kirjeldas.

Hiljem leiti, et aatomitel võib olla kas positiivne või negatiivne elektromagnetiline laeng, mida me nimetame ioonideks. Need ioonid näitavad, et tavaliselt neutraalsed aatomid peavad koosnema negatiivselt laetud ainest, mis on otseselt proportsionaalne positiivselt laetud ainega, nii et need kaks laengut tühistaksid üksteise. Ioone oli võimalik seletada ainult siis, kui see tasakaal oli häiritud, mis tähendas, et aatomi elektromagnetiliselt laetud ained pidid olema erinevad ja eraldatavad. Aatom ei olnud siis nii väike kui saab.

Sealt saime prootoni, neutroni ja elektroni; footon ja Plancki konstant; ning Albert Einstein, Niels Bohr ja teised, kes teevad lahti John Daltoni tugevalt muudetud aatomimudeli ja tutvustavad kvantmehaanika veidrat maailma. Sealt jätab teadus korrastatud ja mõõdetava aatomistruktuuri ning ka füüsika seljataha - ehkki veel pole sõna selle kohta, kas Platonil oli nende kolmnurkade osas õigus.