Die Atomtheorie - das heißt der Glaube, dass alle Materie aus winzigen, unteilbaren Elementen besteht - hat sehr tiefe Wurzeln. Es wurde jedoch erst im 19. Jahrhundert wissenschaftlich aufgegriffen, als ein evidenzbasierter Ansatz zu enthüllen begann, wie das Atommodell aussah.
Zu dieser Zeit begann John Dalton, ein englischer Chemiker, Meteorologe und Physiker, eine Reihe von Experimenten, die dazu führten, dass er die Theorie der Atomzusammensetzungen vorschlug - die später als Daltons Atomtheorie bekannt wurde -, die zu einer der folgenden werden sollte Eckpfeiler der modernen Physik und Chemie.
John Dalton hat nicht nur ein Modell für atomare Wechselwirkungen geschaffen, sondern auch Gesetze entwickelt, um zu verstehen, wie Gase funktionieren. Mit der Zeit würde dies ihn dazu bringen, Schlussfolgerungen über die Wechselwirkung von Atomen und das Gewicht von Atomen zu ziehen und Gesetze zu entwerfen, die die Atomtheorie als wissenschaftliche Disziplin etablieren.
Daltons Gasgesetze:
Dalton entwickelte seine Theorie der Atome als Ergebnis seiner Erforschung von Gasen. Dies begann im Jahr 1800, als Dalton Sekretär der Manchester Literary and Philosophical Society wurde. Dort begann Dalton mit der Einreichung einer Reihe von Aufsätzen, in denen seine Experimente zur Konstitution gemischter Gase, einschließlich des Drucks von Dampf und anderen Dämpfen bei unterschiedlichen Temperaturen, beim Verdampfen beschrieben wurden. und auf die Wärmeausdehnung von Gasen.
In seinen Aufsätzen beschrieb Dalton Experimente, bei denen er versuchte, den Dampfdruck an verschiedenen Punkten zwischen 0 und 100 ° C (32 und 212 ° F) zu bestimmen. Basierend auf seinen Beobachtungen von sechs verschiedenen Flüssigkeiten kam Dalton zu dem Schluss, dass die Änderung des Dampfdrucks für alle Flüssigkeiten bei gleicher Temperaturänderung und gleichem Dampf eines bestimmten Drucks gleich war.
Er kam auch zu dem Schluss, dass sich alle elastischen Flüssigkeiten unter dem gleichen Druck gleichmäßig ausdehnen, wenn Wärme angewendet wird. Ferner beobachtete er, dass für jede gegebene Ausdehnung von Quecksilber (d. H. Mit einem Quecksilberthermometer festgestellter Temperaturanstieg) die entsprechende Ausdehnung von Luft proportional geringer ist, je höher die Temperatur ist.
Dies wurde zur Grundlage des Daltonschen Gesetzes (auch bekannt als Daltons Partialdruckgesetz), das besagte, dass in einem Gemisch nicht reagierender Gase der ausgeübte Gesamtdruck gleich der Summe der Partialdrücke der einzelnen Gase ist.
Daltons Atomtheorie:
Im Verlauf dieser Untersuchung von Gasen entdeckte Dalton auch, dass bestimmte Gase nur in bestimmten Anteilen kombiniert werden konnten, selbst wenn zwei verschiedene Verbindungen dasselbe gemeinsame Element oder dieselbe Gruppe von Elementen gemeinsam hatten.
Diese Experimente stützten sich auf zwei Theorien, die gegen Ende des 18. Jahrhunderts entstanden waren und sich mit chemischen Reaktionen befassten. Das erste war das Gesetz zur Erhaltung der Masse, das 1789 von Antoine Lavoisier formuliert wurde und besagt, dass die Gesamtmasse bei einer chemischen Reaktion konstant bleibt - d. H. Dass die Reaktanten die gleiche Masse wie die Produkte haben.
Das zweite war das Gesetz bestimmter Proportionen, das 1799 vom französischen Chemiker Joseph Louis Proust erstmals bewiesen wurde. Dieses Gesetz besagt, dass, wenn eine Verbindung in ihre Bestandteile zerlegt wird, die Massen der Bestandteile unabhängig davon immer die gleichen Proportionen haben der Menge oder Quelle des ursprünglichen Stoffes.
Dalton studierte diese Gesetze und baute darauf auf. Er entwickelte sein Gesetz von mehreren Ausmaßen. Dieses Gesetz besagt, dass, wenn zwei Elemente kombiniert werden können, um eine Anzahl möglicher Verbindungen zu bilden, die Verhältnisse der Massen des zweiten Elements, die sich mit einer festen Masse des ersten Elements verbinden, Verhältnisse kleiner ganzer Zahlen sind.
Mit anderen Worten, Elemente verbinden sich auf atomarer Ebene in festen Verhältnissen, die sich aufgrund ihrer einzigartigen Atomgewichte natürlich aufgrund der zu kombinierenden Verbindungen unterscheiden. Die Ergebnisse wurden zur Grundlage von Daltons Atomgesetzen oder -modellen, die sich auf fünf grundlegende Theoreme konzentrieren. T.
Der Zustand, in dem Elemente in ihrem reinsten Zustand aus Teilchen bestehen, die Atome genannt werden; dass Atome eines bestimmten Elements bis zum letzten Atom alle gleich sind; dass Atome verschiedener Elemente durch ihre Atomgewichte unterschieden werden können; dass sich Atome von Elementen zu chemischen Verbindungen vereinigen; und dass Atome bei chemischen Reaktionen weder erzeugt noch zerstört werden können, nur die Gruppierung ändert sich jemals.
Dalton glaubte auch, dass die Atomtheorie erklären könnte, warum Wasser unterschiedliche Gase in unterschiedlichen Anteilen absorbierte - zum Beispiel fand er heraus, dass Wasser Kohlendioxid weitaus besser absorbierte als Stickstoff. Dalton vermutete, dass dies auf die Unterschiede in Masse und Komplexität der jeweiligen Partikel der Gase zurückzuführen ist.
Tatsächlich war es genau diese Beobachtung, von der angenommen wird, dass sie das erste Mal war, dass Dalton auf die angebliche Existenz von Atomen hinwies. In dem 1805 erstmals veröffentlichten Artikel über die Gasabsorption in Wasser schrieb er:
„Warum lässt Wasser nicht den größten Teil aller Arten von Gas gleichermaßen zu? Diese Frage habe ich gebührend geprüft, und obwohl ich mich nicht vollständig befriedigen kann, bin ich fast überzeugt, dass der Umstand vom Gewicht und der Anzahl der endgültigen Partikel der verschiedenen Gase abhängt.”
Dalton schlug vor, dass jedes chemische Element aus Atomen eines einzelnen, einzigartigen Typs besteht, und obwohl sie nicht durch chemische Mittel verändert oder zerstört werden können, können sie sich zu komplexeren Strukturen (d. H. Chemischen Verbindungen) verbinden. Dies war die erste wirklich wissenschaftliche Theorie des Atoms, da Dalton zu seinen Schlussfolgerungen kam, indem er die Ergebnisse auf empirische Weise experimentierte und untersuchte.
Dalton und Atomgewichte:
Daltons begann auch, Atomgewichte basierend auf den Massenverhältnissen zu untersuchen, in denen sie sich kombinierten, wobei das Wasserstoffatom als Standard genommen wurde. Dalton war jedoch durch die Grobheit seiner Laborinstrumente und die Tatsache eingeschränkt, dass er nicht glaubte, dass die Atome bestimmter Elemente in molekularer Form vorliegen, wie beispielsweise reiner Sauerstoff (O.2).
Er glaubte auch, dass die einfachste Verbindung zwischen zwei Elementen immer jeweils ein Atom ist. Dies wurde am besten dadurch veranschaulicht, wie er dachte, dass die chemische Formel für Wasser HO und nicht H war2Ö.
1803 legte Dalton mündlich seine erste Liste der relativen Atomgewichte für eine Reihe von Substanzen vor. Dieses Papier wurde 1805 veröffentlicht, aber er diskutierte dort nicht genau, wie er diese Zahlen erhielt. 1807 wurde seine Methode von seinem Bekannten Thomas Thomson in der dritten Ausgabe von Thomsons Lehrbuch enthüllt. Ein System der Chemie. Schließlich veröffentlichte Dalton einen vollständigen Bericht in seinem eigenen Lehrbuch, Ein neues System der chemischen Philosophie1808 und 1810.
Wissenschaftliche Mängel:
Der Hauptfehler in Daltons Theorie - d. H. Die Existenz von Molekülen und Atomen - wurde später 1811 von Amedeo Avogadro im Prinzip korrigiert. Avogadro schlug vor, dass gleiche Volumina von zwei beliebigen Gasen bei gleicher Temperatur und gleichem Druck die gleiche Anzahl von Molekülen enthalten. Mit anderen Worten, die Masse der Partikel eines Gases hat keinen Einfluss auf das Volumen, das es einnimmt.
Das Gesetz von Avogadro erlaubte ihm, die zweiatomige Natur zahlreicher Gase abzuleiten, indem er die Volumina untersuchte, bei denen sie reagierten. Auf diese Weise konnte Avogadro genauere Schätzungen der Atommasse von Sauerstoff und verschiedenen anderen Elementen anbieten und klar zwischen Molekülen und Atomen unterscheiden. Leider widersprachen diese und andere Entdeckungen Daltons Theorien und verfeinerten sie.
So haben Wissenschaftler inzwischen entdeckt, dass das Atom - einst als kleinster Teil der Materie angesehen - tatsächlich in noch kleinere Elementarteilchen unterteilt werden kann. Und während Dalton als Atome als eine Einheit ohne Trennung zwischen positiven, negativen und neutralen Ladungen konzipiert wurde, wurden nachfolgende Experimente von J.J. Thomson, Ernest Rutherford und Neils Bohr enthüllten dem Atom eine komplexere Struktur.
Diese Theorien wurden später durch Beobachtungen mit dem Elektronenmikroskop bestätigt. Wir wissen auch, dass das Atomgewicht ein Produkt der Struktur der Atome selbst ist. Daher gilt Daltons Atommodell in seiner reinsten Form nur noch für chemische Reaktionen. Dies mindert jedoch nicht Daltons Beitrag zur modernen Wissenschaft.
Vor seiner Zeit war das Atom kaum mehr als ein philosophisches Konstrukt, das aus der Antike überliefert wurde. Daltons bahnbrechende Arbeit hat die Theorie nicht nur Wirklichkeit werden lassen, sondern auch zu vielen anderen Entdeckungen geführt, wie Einsteins Relativitätstheorie und Plancks Quantentheorie - zwei Forschungsfelder, die die Grundlage unseres modernen Verständnisses des Kosmos bilden.
Wir haben hier im Space Magazine viele interessante Artikel über Atomtheorie geschrieben. Hier ist eine über die Anzahl der Atome im Universum, Was sind die Teile des Atoms? Wer war Demokrit?, Bohrs Atommodell und Was ist das Pflaumenpuddingmodell?
Wenn Sie mehr über das Dalton-Modell erfahren möchten, lesen Sie den Artikel der Central Queensland University über das Dalton-Atommodell.
Astronomy Cast hat viele interessante Episoden zu diesem Thema aufgenommen. Probieren Sie sie aus - Episode 138: Quantenmechanik, Episode 378: Rutherford und Atome und Episode 392: Das Standardmodell - Intro.
