Η Ατομική Θεωρία του Ντάλτον

Εισαγωγή στο ατομικό μοντέλο Dalton

Η ατομική θεωρία του Dalton προτάθηκε το 1804 και ήταν η πρώτη προσπάθεια να περιγραφεί η ύλη με όρους ατόμων. Πίστευε ότι όλες οι ενώσεις αποτελούνταν από αδιαίρετα σωματίδια που συνδυάζονταν σε καθορισμένες αναλογίες. Αν και ο Dalton δεν το πήρε εντελώς σωστά, η θεωρία του έθεσε τα θεμέλια για το σημερινό ατομικό μοντέλο. Η θεωρία του ενσωμάτωσε τόσο το νόμο της διατήρησης της μάζας όσο και τη σταθερή σύνθεση. Ανέπτυξε επίσης το νόμο των πολλαπλών αναλογιών.

Κύρια μέρη της Ατομικής Θεωρίας του Dalton

Το μοντέλο του Dalton έχει μερικά βασικά αξιώματα. Αυτά παρατίθενται παρακάτω μαζί με μια πιο εις βάθος ανάλυση του καθενός.

1. Τα στοιχεία αποτελούνται από αδιαίρετα σωματίδια. Ο Ντάλτον ονόμασε αυτά τα σωματίδια άτομα. Τα άτομα αποτελούν όλη την ύλη.
   • Τα άτομα προέρχονται από την ελληνική λέξη «άτομος», που σημαίνει «αδιαίρετο». Ο Ντάλτον δεν ήξερε τι ακριβώς είναι ένα άτομο, αλλά ήξερε ότι πρέπει να υπάρχει κάτι που να συνθέτει τόσα πολλά διαφορετικά στοιχεία. Αυτά ήταν τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία της ύλης του Dalton.
2. Όλα τα άτομα του ίδιου στοιχείου είναι πανομοιότυπα σε μέγεθος, μάζα και ιδιότητες.
   • Αυτή η ιδέα σημαίνει ότι όλα τα άτομα άνθρακα θα έχουν την ίδια μάζα και το ίδιο μέγεθος. Αυτό ήταν ένα κρίσιμο στοιχείο της θεωρίας που βασίζεται στις παρατηρήσεις του Dalton που οδηγούν στον νόμο των πολλαπλών αναλογιών (που συζητείται παρακάτω).
3. Διαφορετικές χημικές ενώσεις εμφανίζονται επειδή διαφορετικές αναλογίες ακέραιου αριθμού ατόμων συνδέονται μεταξύ τους.
   • Κάθε μοναδικό μόριο έχει μια μοναδική αναλογία στοιχείων. Αυτή είναι η βασική ιδέα του νόμου της σταθερής σύνθεσης. Οποιαδήποτε καθαρή ένωση θα έχει πάντα την ίδια αναλογία των ίδιων στοιχείων. Πρέπει να είναι αναλογίες ακέραιου αριθμού γιατί δεν μπορείτε να έχετε μισό άτομο.
4. Οι χημικές αντιδράσεις είναι μια αναδιάταξη των ατόμων αλλά δεν αλλάζουν το ίδιο το άτομο. Τα άτομα δεν μπορούν να δημιουργηθούν ή να καταστραφούν.
   • Για να δημιουργήσετε μια νέα ένωση ή μόριο, τα άτομα αναδιατάσσονται. Το ίδιο το άτομο δεν αλλάζει, απλώς δημιουργεί νέους δεσμούς σε διαφορετικά άτομα. Αυτά τα άλλα άτομα μπορεί να είναι του ίδιου στοιχείου ή ενός διαφορετικού στοιχείου. Έτσι, ένα άτομο άνθρακα μπορεί να μετατραπεί από μέρος του μονοξειδίου του άνθρακα (CO) σε μεθάνιο (CH₄ ). Είναι πλέον μέρος ενός νέου μορίου, αλλά το άτομο δεν άλλαξε ποτέ. Ήταν πάντα ένα άτομο άνθρακα.

Ενημερώσεις στη Θεωρία του Dalton

Αν και η θεωρία του Dalton ήταν επαναστατική για την εποχή, δεν ήταν απολύτως σωστή. Ακολουθώντας τα αξιώματα για το νέο ατομικό του μοντέλο δεν έδινε πάντα ο Dalton τη σωστή απάντηση. Για παράδειγμα, ο Dalton πίστευε ότι το μεθάνιο ήταν CH₂ όταν σήμερα ξέρουμε ότι είναι CH₄ . Αυτό το σφάλμα προέκυψε επειδή ο Dalton δεν ήξερε πόσο ζύγιζε το υδρογόνο. Σύμφωνα με τον ίδιο, ένα άτομο υδρογόνου ζύγιζε το διπλάσιο από όσο γνωρίζουμε τώρα ότι ζυγίζει.

Παρακάτω είναι μερικές από τις αλλαγές που θα έπρεπε να γίνουν στο ατομικό μοντέλο του Dalton για να αντικατοπτρίζουν όσα έμαθαν οι επιστήμονες από τότε που ο Dalton δημοσίευσε τη θεωρία του.

1. Ένα άτομο μπορεί να υποδιαιρεθεί περαιτέρω σε υποατομικά σωματίδια
   • Ο Dalton δεν είχε τις τεχνικές για να το μάθει εκείνη την εποχή, αλλά ένα άτομο έχει μικρότερα μέρη. Ένα άτομο αποτελείται από ηλεκτρόνια, πρωτόνια, νετρόνια και πολύ κενό χώρο (όπως φαίνεται από τον Rutherford). Το μοντέλο του Dalton απεικονίζει τα άτομα ως συμπαγείς σφαίρες.
2. Όλα τα άτομα του ίδιου στοιχείου δεν έχουν την ίδια μάζα
   • Τα άτομα του ίδιου στοιχείου έχουν διαφορετικές μάζες μερικές φορές επειδή υπάρχουν διαφορετικά ισότοπα. Ισότοπο είναι ένα στοιχείο που έχει διαφορετικό αριθμό νετρονίων, αλλά τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων.
3. Χρησιμοποιώντας την πυρηνική σχάση και σύντηξη μπορούμε να δημιουργήσουμε και να καταστρέψουμε άτομα
   • Αυτή η διαδικασία απαιτεί ωστόσο τόνους ενέργειας και συμβαίνει μόνο σε ειδικές καταστάσεις.
4. Η θεωρία δεν εξηγεί τα αλλότροπα.
   • Ο γραφίτης και το διαμάντι είναι κατασκευασμένα από άνθρακα αλλά έχουν πολύ διαφορετικές ιδιότητες. Η θεωρία του John Dalton δεν θα χαρακτηρίσει αυτές τις δύο δομές με ακρίβεια.

Νόμος των πολλαπλών αναλογιών

Ο νόμος των πολλαπλών αναλογιών λέει ότι τα άτομα ή τα στοιχεία μπορούν να συνδυαστούν για να σχηματίσουν διάφορες χημικές ενώσεις. Οι λόγοι μάζας θα είναι λόγοι ακέραιου αριθμού μεταξύ τους.

Για παράδειγμα:

Το CO έχει 12 g άνθρακα ανά 16 g οξυγόνου. Επομένως, αναλογία μάζας 12:16 ή 3:4.

CO₂ έχει 12 g άνθρακα ανά 32 g οξυγόνου. Αποτέλεσμα σε αναλογία μάζας 12:32 ή 3:8.

Αν και τα ίδια δύο στοιχεία συνδυάζονται, συνδυάζονται σε διαφορετικές αναλογίες. Αυτό σημαίνει ότι είναι διαφορετικά στοιχεία.

Επίσης, είτε υπάρχουν 2 μόρια CO είτε 548 μόρια CO, η αναλογία θα είναι πάντα η ίδια όπως για 1 μόριο CO. Αυτό συμβαίνει επειδή κάθε μόριο του ίδιου τύπου έχει τον ίδιο αριθμό κάθε τύπου άτομο.

Ποιος είναι ο John Dalton;

Ο Τζον Ντάλτον είναι Άγγλος χημικός που έζησε από το 1766 έως το 1844. Υπήρξε δάσκαλος σε διάφορα σχολεία σε όλη του τη ζωή. Ξεκίνησε την πρώτη του θέση διδασκαλίας βοηθώντας τον αδελφό του όταν ήταν δώδεκα ετών.

Εκτός από την ατομική θεωρία του, ο John Dalton είχε και άλλα επιστημονικά ενδιαφέροντα. Η πρώτη του επιστημονική εργασία αφορούσε την αχρωματοψία που είχε παρατηρήσει στον ίδιο και στον αδελφό του. Η αχρωματοψία εξακολουθεί μερικές φορές να αναφέρεται ως Δαλτονισμός λόγω αυτού του χαρτιού. Του άρεσε επίσης να σπουδάζει μετεωρολογία. Κατέγραφε προσεκτικά τις καθημερινές παρατηρήσεις του καιρού από το 1787 και μετά. Οι μετεωρολογικές του παρατηρήσεις τον βοήθησαν επίσης να αναπτύξει τη θεωρία του για τις μερικές πιέσεις και, τελικά, την ατομική του θεωρία.

Άρθρα για άλλα ατομικά μοντέλα

• Ατομική Θεωρία του Μπορ
• Πείραμα του Rutherford's Gold Foil
• Το ατομικό μοντέλο του Ράδερφορντ