النظرية الذرية - أي الاعتقاد بأن كل المادة تتكون من عناصر صغيرة غير قابلة للتجزئة - لها جذور عميقة جدًا. ومع ذلك ، لم يتم تبنيها علميًا حتى القرن التاسع عشر ، عندما بدأ النهج القائم على الأدلة في الكشف عن شكل النموذج الذري.
في هذا الوقت بدأ جون دالتون ، الكيميائي الإنجليزي وعلم الأرصاد الجوية والفيزيائي ، سلسلة من التجارب التي ستبلغ ذروته باقتراح نظرية التراكيب الذرية - والتي ستعرف بعد ذلك باسم نظرية دالتون الذرية - التي ستصبح واحدة من أركان الفيزياء والكيمياء الحديثة.
بالإضافة إلى إنشاء نموذج للتفاعلات الذرية ، يُنسب إلى جون دالتون أيضًا تطوير القوانين لفهم كيفية عمل الغازات. بمرور الوقت ، سيقوده ذلك إلى استنتاج أشياء حول كيفية تفاعل الذرات ، ووزن الذرات ، وتصميم قوانين تضع النظرية الذرية كتخصص علمي.
قوانين دالتون للغاز:
توصل دالتون إلى نظريته حول الذرات نتيجة بحثه في الغازات. بدأ هذا في عام 1800 ، عندما أصبح دالتون سكرتيرًا لجمعية مانشستر الأدبية والفلسفية. أثناء وجوده هناك ، بدأ دالتون في تقديم سلسلة من المقالات التي حددت تجاربه على تكوين الغازات المختلطة ، بما في ذلك ضغط البخار والأبخرة الأخرى في درجات حرارة مختلفة ، على التبخر. وعلى التمدد الحراري للغازات.
في مقالاته ، وصف دالتون التجارب التي سعى فيها للتأكد من ضغط البخار عند نقاط مختلفة بين 0 و 100 درجة مئوية (32 و 212 درجة فهرنهايت). بناءً على ملاحظاته حول ستة سوائل مختلفة ، خلص دالتون إلى أن تغير ضغط البخار لجميع السوائل كان متكافئًا ، لنفس التباين في درجة الحرارة ونفس البخار لأي ضغط معين.
وخلص أيضًا إلى أن جميع السوائل المرنة تحت نفس الضغط تتمدد بالتساوي عند تطبيق الحرارة. علاوة على ذلك ، لاحظ أنه بالنسبة لأي توسع معين في الزئبق (أي الارتفاع الملحوظ في درجة الحرارة باستخدام مقياس حرارة الزئبق) ، فإن التمدد المقابل للهواء أقل نسبيًا ، ترتفع درجة الحرارة.
أصبح هذا هو الأساس لقانون دالتون (المعروف أيضًا بقانون دالتون للضغوط الجزئية) ، الذي نص على أنه في مزيج من الغازات غير المتفاعلة ، فإن الضغط الكلي الذي يمارس يساوي مجموع الضغوط الجزئية للغازات الفردية.
نظرية دالتون الذرية:
في سياق هذا البحث في الغازات ، اكتشف دالتون أيضًا أنه يمكن دمج غازات معينة فقط بنسب معينة ، حتى إذا كان هناك مركبان مختلفان يشتركان في نفس العنصر المشترك أو مجموعة العناصر.
استندت هذه التجارب إلى نظريتين ظهرت قرب نهاية القرن الثامن عشر تناولت التفاعلات الكيميائية. الأول هو قانون الحفاظ على الكتلة ، الذي صاغه أنطوان لافوازييه في عام 1789 ، والذي ينص على أن الكتلة الإجمالية في التفاعل الكيميائي تظل ثابتة - أي أن المواد المتفاعلة لها نفس كتلة المنتجات.
والثاني هو قانون النسب المحددة ، التي أثبتها لأول مرة الكيميائي الفرنسي جوزيف لويس بروست في عام 1799. ينص هذا القانون على أنه إذا تم تقسيم المركب إلى عناصره المكونة ، فسيكون لدى الجماهير دائمًا نفس النسب ، بغض النظر لكمية أو مصدر المادة الأصلية.
بدراسة هذه القوانين والبناء عليها ، طور دالتون قانونه بنسب متعددة. ينص هذا القانون على أنه إذا كان يمكن الجمع بين عنصرين لتشكيل عدد من المركبات المحتملة ، فإن نسب كتل العنصر الثاني ، التي تتحد مع كتلة ثابتة للعنصر الأول ، ستكون نسبًا لأعداد صحيحة صغيرة.
بمعنى آخر ، تتحد العناصر على المستوى الذري في نسب ثابتة تختلف بشكل طبيعي بناءً على المركبات التي يتم دمجها ، بسبب أوزانها الذرية الفريدة. أصبحت النتائج أساسًا لقوانين أو نماذج دالتون الذرية ، والتي تركز على خمس نظريات أساسية. ت
الحالة التي تتكون فيها العناصر ، في أنقى حالاتها ، من جزيئات تسمى الذرات ؛ أن ذرات عنصر معين هي نفسها ، حتى آخر ذرة ؛ أنه يمكن التمييز بين ذرات العناصر المختلفة من خلال أوزانها الذرية ؛ أن ذرات العناصر تتحد لتشكل مركبات كيميائية ؛ وأن الذرات لا يمكن تكوينها أو تدميرها في التفاعل الكيميائي ، بل يتغير التجميع على الإطلاق.
يعتقد دالتون أيضًا أن النظرية الذرية يمكن أن تفسر لماذا يمتص الماء غازات مختلفة بنسب مختلفة - على سبيل المثال ، وجد أن الماء يمتص ثاني أكسيد الكربون بشكل أفضل بكثير من امتصاصه للنيتروجين. افترض دالتون أن هذا يرجع إلى الاختلافات في كتلة وتعقيد جسيمات الغازات المعنية.
في الواقع ، كانت هذه الملاحظة هي التي يعتقد أنها المرة الأولى التي يلمح فيها دالتون إلى الوجود المفترض للذرات. في الورقة التي تناولت امتصاص الغاز في الماء ، والتي نُشرت لأول مرة عام 1805 ، كتب:
لماذا لا تقبل المياه الجزء الأكبر من الغاز على حد سواء؟ هذا السؤال الذي نظرت فيه على النحو الواجب ، وعلى الرغم من أنني غير قادر على إرضاء نفسي تمامًا ، إلا أنني مقتنع تقريبًا بأن الظروف تعتمد على وزن وعدد الجسيمات النهائية للعديد من الغازات.”
اقترح دالتون أن كل عنصر كيميائي يتكون من ذرات من نوع واحد وفريد ، وعلى الرغم من أنه لا يمكن تغييرها أو تدميرها بالوسائل الكيميائية ، إلا أنها يمكن أن تتحد لتشكيل هياكل أكثر تعقيدًا (أي المركبات الكيميائية). كان هذا أول نظرية علمية حقيقية للذرة ، حيث وصل دالتون إلى استنتاجاته بالتجربة وفحص النتائج بطريقة تجريبية.
دالتون والأوزان الذرية:
بدأ دالتون أيضًا في دراسة الأوزان الذرية بناءً على نسب الكتلة التي تم دمجها فيها ، مع ذرة الهيدروجين المأخوذة كمعيار. ومع ذلك ، كان دالتون محدودًا بسبب فظاظة أدواته المختبرية وحقيقة أنه لم يتصور أن ذرات عناصر معينة موجودة في شكل جزيئي ، مثل الأكسجين النقي (O2).
كان يعتقد أيضًا أن أبسط مركب بين أي عنصرين هو دائمًا ذرة واحدة لكل منهما. وقد تم توضيح ذلك بشكل أفضل في كيفية اعتقاده أن الصيغة الكيميائية للمياه هي HO ، وليس H2سين.
في عام 1803 ، قدم دالتون شفويا قائمته الأولى للأوزان الذرية النسبية لعدد من المواد. نُشرت هذه الورقة في عام 1805 ، لكنه لم يناقش هناك بالضبط كيف حصل على هذه الأرقام. في عام 1807 ، تم الكشف عن طريقته من قبل معارفه توماس طومسون ، في الطبعة الثالثة من كتاب طومسون ، نظام الكيمياء. أخيرًا ، نشر دالتون حسابًا كاملاً في كتابه الخاص ، نظام جديد للفلسفة الكيميائيةفي عامي 1808 و 1810.
العيوب العلمية:
تم تصحيح الخلل الرئيسي في نظرية دالتون - أي وجود كل من الجزيئات والذرات - لاحقًا من حيث المبدأ في عام 1811 بواسطة أميديو أفوغادرو. اقترح أفوغادرو أن كميات متساوية من أي غازين ، عند درجة حرارة وضغط متساويين ، تحتوي على أعداد متساوية من الجزيئات. بعبارة أخرى ، لا تؤثر كتلة جزيئات الغاز على الحجم الذي تحتله.
سمح له قانون أفوجادرو باستنتاج الطبيعة ثنائية الذرات للعديد من الغازات من خلال دراسة الأحجام التي تفاعلت معها. وهكذا ، كان Avogadro قادرًا على تقديم تقديرات أكثر دقة للكتلة الذرية للأكسجين وعناصر أخرى مختلفة ، وقام بتمييز واضح بين الجزيئات والذرات. للأسف ، تناقضت هذه الاكتشافات وغيرها مع نظريات دالتون.
على سبيل المثال ، اكتشف العلماء منذ ذلك الحين أن الذرة - التي كان يُعتقد في السابق أنها أصغر جزء من المادة - يمكن في الواقع تقسيمها إلى جسيمات أولية أصغر. وبينما تصور دالتون على أنه ذرات ككيان واحد بدون فصل بين الشحنات الموجبة والسالبة والحيادية ، فإن التجارب اللاحقة بواسطة JJ كشف طومسون وإرنست رذرفورد ونيلز بور عن بنية أكثر تعقيدًا للذرة.
تم التحقق من صحة هذه النظريات لاحقًا من خلال الملاحظات التي أجريت باستخدام المجهر الإلكتروني. نحن نعلم أيضًا أن الوزن الذري هو نتاج بنية الذرات نفسها. وبالتالي ، فإن النموذج الذري لدالتون ، في أنقى صوره ، يعتبر الآن صالحًا فقط للتفاعلات الكيميائية. ومع ذلك ، هذا لا يقلل من مساهمة دالتون في العلوم الحديثة.
قبل وقته ، كانت الذرة أكثر من مجرد بنية فلسفية مرت من العصور القديمة الكلاسيكية. إن عمل دالتون الرائد لم يجعل النظرية حقيقة فحسب ، بل أدى إلى العديد من الاكتشافات الأخرى ، مثل نظرية النسبية لأينشتاين ونظرية الكم بلانك - مجالان من الدراسة يشكلان أساس فهمنا الحديث للكون.
لقد كتبنا العديد من المقالات المثيرة للاهتمام حول النظرية الذرية هنا في مجلة الفضاء. إليك واحدة عن عدد الذرات في الكون ، ما هي أجزاء الذرة؟ ، من كان ديموقراطس ؟، نموذج بور الذري ، وما هو نموذج البرقوق؟
إذا كنت تريد معرفة المزيد عن نموذج دالتون ، فراجع المقالة من جامعة سنترال كوينزلاند حول نموذج دالتون الذري.
سجل فريق علم الفلك العديد من الحلقات المثيرة للاهتمام حول هذا الموضوع. تحقق منها - الحلقة 138: ميكانيكا الكم ، الحلقة 378: روثرفورد والذرات ، والحلقة 392: النموذج القياسي - مقدمة.
