תיאוריה אטומית - כלומר, האמונה שכל החומר מורכב מאלמנטים זעירים ובלתי ניתן לחלוקה - יש שורשים עמוקים מאוד. עם זאת, היא לא אומצה מדעית עד המאה ה -19, אז החלה גישה מבוססת ראיות לחשוף כיצד נראה המודל האטומי.
זה היה בזמן שג'ון דלטון, כימאי, מטאורולוג ופיזיקאי אנגלי, התחיל בסדרת ניסויים שיגיעו לשיאם בו יציעו את התיאוריה של קומפוזיציות אטומיות - אשר לאחר מכן תידוע כתיאוריה האטומית של דלטון - שיהפכו לאחת מה אבני יסוד בפיזיקה וכימיה מודרניות.
מעבר ליצירת מודל לאינטראקציות אטומיות, ג'ון דלטון זוכה גם בפיתוח חוקים להבנת אופן הפעולה של גזים. עם הזמן זה יוביל אותו להסיק דברים על האופן שבו אינטראקציות בין אטומים, משקל האטומים, וכן לחוקי תכנון שמבססים את התיאוריה האטומית כתחום מדעי.
חוקי הגז של דלתון:
דלטון גילה את תיאוריית האטומים שלו כתוצאה ממחקר גזים. זה החל בשנת 1800, כשדלטון הפך למזכיר האגודה הספרותית והפילוסופית של מנצ'סטר. בעודו שם, דלטון החל להגיש סדרת מאמרים המתארים את הניסויים שלו בבניית גזים מעורבים, כולל לחץ של אדים ואדים אחרים בטמפרטורות שונות, באידוי. ועל התפשטות תרמית של גזים.
במאמריו תיאר דלטון ניסויים שבהם ביקש לברר את לחץ הקיטור בנקודות שונות שבין 0 ל 100 מעלות צלזיוס. בהתבסס על תצפיותיו על שישה נוזלים שונים, דלטון הגיע למסקנה כי השונות של לחץ האדים עבור כל הנוזלים שווה, לאותה שונות של טמפרטורה, ואותה אדי של כל לחץ נתון.
הוא גם הגיע למסקנה כי כל הנוזלים האלסטיים תחת אותו לחץ מתרחבים באופן שווה בעת החלת החום. יתרה מזאת, הוא ציין כי עבור כל התרחבות נתונה של כספית (כלומר ציין עליית הטמפרטורה באמצעות מדחום כספית), כי ההתפשטות המקבילה של האוויר פחות פרופורציונאלית, ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר.
זה הפך לבסיס כחוק של דלטון (המכונה חוק הלחצים החלקיים של דלטון), שקבע כי בתערובת של גזים שאינם מגיבים, הלחץ הכולל המופעל שווה לסכום הלחצים החלקיים של הגזים האישיים.
התיאוריה האטומית של דלטון:
במהלך מחקר זה על גזים גילה דלטון כי ניתן לשלב גזים מסוימים רק בפרופורציות מסוימות, גם אם שני תרכובות שונות היו שותפות לאותו אלמנט או קבוצת אלמנטים משותפים.
ניסויים אלה בנו על שתי תיאוריות שהופיעו בסוף סוף המאה ה -18 שעסקו בתגובות כימיות. הראשון היה חוק שימור המסה, שגובש על ידי אנטואן לבואזייה בשנת 1789, הקובע כי המסה הכוללת בתגובה כימית נשארת קבועה - כלומר, למגיבים אותה המסה כמו התוצרים.
השני היה חוק הפרופורציות המובהקות, שהוכח לראשונה על ידי הכימאי הצרפתי ג'וזף לואי פרוסט בשנת 1799. חוק זה קובע כי אם מתחם יתפרק ליסודות המרכיבים שלו, אז המוני הבחירים תמיד יהיו בעלי אותם פרופורציות, ללא קשר מהכמות או מקור החומר המקורי.
בלימוד חוקים אלה ובנייתם, פיתח דלטון את החוק שלו בממדים רבים. חוק זה קובע כי אם ניתן לשלב שני אלמנטים ליצירת מספר תרכובות אפשריות, הרי שיחסי ההמונים של היסוד השני, המשתלבים עם מסה קבועה של היסוד הראשון, יהיו יחסים של מספרים שלמים קטנים.
במילים אחרות, אלמנטים משתלבים ברמה האטומית ביחסים קבועים אשר נבדלים זה מזה באופן טבעי על בסיס התרכובות המשולבות, בגלל משקלי האטום הייחודיים שלהם. הממצאים הפכו לבסיס לחוקים או לדגם האטומי של דלטון, המתמקדים בחמש משפטים בסיסיים. ט
המצב שרכיבים, במצבם הטהור ביותר, מורכבים מחלקיקים הנקראים אטומים; שהאטומים של יסוד ספציפי כולם זהים, עד האטום האחרון; כי אטומים של אלמנטים שונים יכולים להיות מופרדים זה מזה באמצעות משקלי האטום שלהם; שהאטומים של יסודות מתאחדים ליצירת תרכובות כימיות; ושלא ניתן ליצור או להרוס אטומים בתגובה כימית, רק הקבוצתיות משתנה אי פעם.
דלטון גם האמין שתאוריה אטומית יכולה להסביר מדוע מים ספגו גזים שונים בפרופורציות שונות - למשל, הוא מצא כי מים ספגו פחמן דו חמצני טוב בהרבה ממה שהם ספגו חנקן. דלטון שיער כי הדבר נבע מהבדלי המסה והמורכבות של חלקיקי הגזים בהתאמה.
למען האמת, התבוננות היא זו שזו הפעם הראשונה שדלטון רמז לקיומם של אטומים. במאמר שעסק בספיגת גז במים, שפורסם לראשונה בשנת 1805, הוא כתב:
"מדוע מים אינם מודים ברובם מכל סוג של גז כאחד? שאלתי את השאלה הזו כדין, ולמרות שאינני מסוגל לספק את עצמי לחלוטין, כמעט משוכנעים כי הנסיבות תלויות במשקל ובמספר החלקיקים האולטימטיביים של מספר הגזים..”
דלטון הציע שכל יסוד כימי יהיה מורכב מאטומים מסוג יחיד וייחודי, ולמרות שלא ניתן לשנות או להשמיד אותם באמצעים כימיים, הם יכולים לשלב ליצירת מבנים מורכבים יותר (כלומר תרכובות כימיות). זה סימן את התיאוריה המדעית הראשונה באמת של האטום, מכיוון שדלטון הגיע למסקנותיו על ידי ניסוי ובחינת התוצאות בצורה אמפירית.
משקולות דלתון ומשקל אטומי:
דלתון החלה גם ללמוד משקולות אטומיות על בסיס יחסי המסה שבהם הם שילבו, עם אטום המימן שנלקח כתקן. עם זאת, דלתון הוגבל על ידי גסותם של מכשירי המעבדה שלו והעובדה שהוא לא העלה על דעתו שהאטומים של יסודות מסוימים קיימים בצורה מולקולרית, כמו חמצן טהור (O2).
הוא גם האמין שהתרכובת הפשוטה ביותר בין שני יסודות היא תמיד אטום אחד כל אחד. הדבר הוצג בצורה הטובה ביותר כיצד הוא חשב שהנוסחה הכימית למים היא HO, ולא H2O.
בשנת 1803 הציג דלטון בעל פה את רשימת המשקלים האטומיים היחסיים שלו למספר חומרים. מאמר זה פורסם בשנת 1805, אך הוא לא דן שם בדיוק כיצד השיג נתונים אלה. בשנת 1807 נחשפה שיטתו על ידי מכרו תומאס תומסון, במהדורה השלישית של ספר הלימוד של תומסון, מערכת כימיה. לבסוף, דלטון פרסם חשבון מלא בספר הלימוד שלו, מערכת חדשה לפילוסופיה כימית, בשנת 1808 ו- 1810.
ליקויים מדעיים:
הפגם העיקרי בתורתו של דלתון - כלומר קיומם של מולקולות וגם אטומים - תוקן מאוחר יותר באופן עקרוני בשנת 1811 על ידי אמדאו אבוגדרו. אבוגדרו הציע כי נפחים שווים של שני גזים כלשהם, בטמפרטורה ולחץ שווים, יכילו מספרים שווים של מולקולות. במילים אחרות, מסת חלקיקי הגז אינה משפיעה על הנפח שהוא תופס.
החוק של אבוגדרו איפשר לו להסיק את טבעם האטומי של גזים רבים על ידי לימוד הנפחים שבהם הגיבו. לפיכך, אבוגדרו הצליח להציע הערכות מדויקות יותר של המסה האטומית של חמצן ואלמנטים אחרים, והבחין בבירור בין מולקולות לאטומים. למרבה הצער, תגליות אלה ואחרות סתרו ושכללו את התיאוריות של דלטון.
לדוגמה, מדענים גילו מאז שהאטום - שנחשב בעבר להיות החלק הקטן ביותר של החומר - יכול למעשה להיות מחולק לחלקיקים יסודיים קטנים עוד יותר. והואיל ודלטון הגה אטומים כישות יחידה ללא הפרדה בין מטענים חיוביים, שליליים וניטרליים, ניסויים שלאחר מכן של ג'יי ג'יי. תומסון, ארנסט רתרפורד, ונילס בוהר חשפו מבנה מורכב יותר לאטום.
תיאוריות אלה קיבלו תוקף מאוחר יותר על ידי תצפיות שנעשו במיקרוסקופ האלקטרוני. אנו גם יודעים שמשקל אטומי הוא תוצר של מבנה האטומים עצמם. לפיכך, המודל האטומי של דלטון, בצורתו הטהורה ביותר, נחשב כעת תקף רק לתגובות כימיות. עם זאת, זה לא מפחית את תרומתו של דלתון למדע המודרני.
לפני זמנו האטום היה רק יותר ממבנה פילוסופי שהועבר מהעת העתיקה הקלאסית. עבודתו פורצת הדרך של דלתון לא רק שהפכה את התיאוריה למציאות, אלא הובילה לתגליות רבות אחרות, כמו תורת היחסות של איינשטיין ותורת הקוונטים של פלאנק - שני תחומי לימוד המהווים את הבסיס להבנתנו המודרנית של הקוסמוס.
כתבנו מאמרים מעניינים רבים על תיאוריה אטומית כאן במגזין החלל. להלן מספר על האטומים ביקום, מהם החלקים של האטום ?, מי היה דמוקריטוס ?, המודל האטומי של בוהר, ומה המודל של פודינג שזיף?
אם אתה רוצה ללמוד יותר על המודל של דלטון, עיין במאמר מאוניברסיטת מרכז קווינסלנד על המודל האטומי של דלתון.
אסטרונומיה קאסט הקליטה פרקים מעניינים רבים בנושא. בדוק אותם - פרק 138: מכניקת הקוונטים, פרק 378: Rutherford and Atoms, and Episode 392: The Standard Model - Intro.
