La teoria atomica - ovvero la convinzione che tutta la materia sia composta da piccoli elementi indivisibili - ha radici molto profonde. Tuttavia, non è stato abbracciato scientificamente fino al 19 ° secolo, quando un approccio basato sull'evidenza ha iniziato a rivelare l'aspetto del modello atomico.
Fu in quel momento che John Dalton, un chimico, meteorologo e fisico inglese, iniziò una serie di esperimenti che sarebbero culminati in lui proponendo la teoria delle composizioni atomiche - che in seguito sarebbe stata conosciuta come la teoria atomica di Dalton - che sarebbe diventata una delle pietre miliari della fisica e della chimica moderne.
Oltre a creare un modello per le interazioni atomiche, a John Dalton viene anche riconosciuto lo sviluppo di leggi per capire come funzionano i gas. Col tempo, questo lo porterebbe a concludere cose su come gli atomi interagivano, il peso degli atomi e progettare leggi che stabiliscono la teoria atomica come disciplina scientifica.
Le leggi sul gas di Dalton:
Dalton ha escogitato la sua teoria degli atomi come risultato della sua ricerca sui gas. Ciò ebbe inizio nel 1800, quando Dalton divenne segretario della Società letteraria e filosofica di Manchester. Mentre era lì, Dalton iniziò a presentare una serie di saggi che descrivevano i suoi esperimenti sulla costituzione di gas misti, compresa la pressione del vapore e di altri vapori a diverse temperature, sull'evaporazione. e sull'espansione termica dei gas.
Nei suoi saggi, Dalton ha descritto esperimenti in cui ha cercato di accertare la pressione del vapore in vari punti tra 0 e 100 ° C (32 e 212 ° F). Sulla base delle sue osservazioni su sei liquidi diversi, Dalton ha concluso che la variazione della tensione di vapore per tutti i liquidi era equivalente, per la stessa variazione di temperatura e lo stesso vapore di ogni data pressione.
Ha anche concluso che tutti i fluidi elastici alla stessa pressione si espandono equamente quando viene applicato il calore. Inoltre, ha osservato che per ogni data espansione del mercurio (ovvero un aumento della temperatura noto usando un termometro a mercurio), che la corrispondente espansione dell'aria è proporzionalmente inferiore, maggiore è la temperatura.
Questa divenne la base come Legge di Dalton (alias. La legge di Dalton delle pressioni parziali), che stabiliva che in una miscela di gas non reattivi, la pressione totale esercitata è pari alla somma delle pressioni parziali dei singoli gas.
Teoria atomica di Dalton:
Nel corso di questa ricerca sui gas, Dalton ha anche scoperto che alcuni gas potevano essere combinati solo in determinate proporzioni, anche se due diversi composti condividessero lo stesso elemento comune o gruppo di elementi.
Questi esperimenti si basarono su due teorie emerse verso la fine del 18 ° secolo che si occupavano di reazioni chimiche. La prima era la legge di conservazione della massa, formulata da Antoine Lavoisier nel 1789, in cui si afferma che la massa totale in una reazione chimica rimane costante, vale a dire che i reagenti hanno la stessa massa dei prodotti.
La seconda era la legge di proporzioni definite, dimostrata per la prima volta dal chimico francese Joseph Louis Proust nel 1799. Questa legge afferma che se un composto viene scomposto nei suoi elementi costitutivi, le masse dei componenti avranno sempre le stesse proporzioni, indipendentemente da della quantità o fonte della sostanza originale.
Studiando queste leggi e costruendo su di esse, Dalton ha sviluppato la sua legge di molteplici proporzioni. Questa legge afferma che se due elementi possono essere combinati per formare un numero di possibili composti, i rapporti delle masse del secondo elemento, che si combinano con una massa fissa del primo elemento, saranno rapporti di piccoli numeri interi.
In altre parole, gli elementi si combinano a livello atomico in rapporti fissi che naturalmente differiscono in base ai composti che vengono combinati, a causa dei loro pesi atomici unici. I risultati sono diventati la base delle leggi o del modello atomici di Dalton, che si concentra su cinque teoremi di base. T
Lo stato in cui gli elementi, nel loro stato più puro, sono costituiti da particelle chiamate atomi; che gli atomi di un elemento specifico sono tutti uguali, fino all'ultimo atomo; che gli atomi di diversi elementi possono essere separati dai loro pesi atomici; che gli atomi degli elementi si uniscono per formare composti chimici; e che gli atomi non possono essere né creati né distrutti nella reazione chimica, cambia solo il raggruppamento.
Dalton credeva anche che la teoria atomica potesse spiegare perché l'acqua assorbiva gas diversi in proporzioni diverse - per esempio, scoprì che l'acqua assorbiva l'anidride carbonica molto meglio di quanto assorbisse l'azoto. Dalton ipotizzò che ciò fosse dovuto alle differenze di massa e complessità delle rispettive particelle dei gas.
In effetti, è stata proprio questa osservazione che si ritiene sia la prima volta che Dalton ha accennato alla presunta esistenza di atomi. Nel documento che riguardava l'assorbimento di gas nell'acqua, che fu pubblicato per la prima volta nel 1805, scrisse:
“Perché l'acqua non ammette la maggior parte di tutti i tipi di gas? Questa domanda che ho debitamente preso in considerazione, e sebbene non sia in grado di soddisfarmi completamente, sono quasi persuasa che la circostanza dipende dal peso e dal numero delle particelle finali dei vari gas.”
Dalton ha proposto che ciascun elemento chimico sia composto da atomi di un unico tipo unico e sebbene non possano essere alterati o distrutti con mezzi chimici, possono combinarsi per formare strutture più complesse (cioè composti chimici). Ciò ha segnato la prima teoria veramente scientifica dell'atomo, dal momento che Dalton ha raggiunto le sue conclusioni sperimentando ed esaminando i risultati in modo empirico.
Pesi atomici e Dalton:
Dalton ha anche iniziato a studiare pesi atomici basati sui rapporti di massa in cui si sono combinati, con l'atomo di idrogeno preso come standard. Tuttavia, Dalton era limitato dalla crudezza dei suoi strumenti di laboratorio e dal fatto che non concepiva l'esistenza degli atomi di alcuni elementi in forma molecolare, come l'ossigeno puro (O2).
Credeva anche che il composto più semplice tra due elementi qualsiasi fosse sempre un atomo ciascuno. Ciò è stato meglio illustrato da come pensava che la formula chimica per l'acqua fosse HO, non H2O.
Nel 1803, Dalton presentò oralmente il suo primo elenco di pesi atomici relativi per una serie di sostanze. Questo documento fu pubblicato nel 1805, ma non discusse lì esattamente come ottenne queste cifre. Nel 1807, il suo metodo fu rivelato dal suo conoscente Thomas Thomson, nella terza edizione del libro di testo di Thomson, Un sistema di chimica. Infine, Dalton ha pubblicato un account completo nel suo libro di testo, Un nuovo sistema di filosofia chimica, nel 1808 e 1810.
Difetti scientifici:
Il principale difetto della teoria di Dalton - cioè l'esistenza di molecole e atomi - fu in seguito corretto in linea di principio nel 1811 da Amedeo Avogadro. Avogadro ha proposto che volumi uguali di due gas, a temperatura e pressione uguali, contengano un numero uguale di molecole. In altre parole, la massa delle particelle di un gas non influenza il volume che occupa.
La legge di Avogadro gli ha permesso di dedurre la natura diatomica di numerosi gas studiando i volumi a cui hanno reagito. Pertanto, Avogadro è stato in grado di offrire stime più accurate della massa atomica dell'ossigeno e di vari altri elementi e ha fatto una chiara distinzione tra molecole e atomi. Purtroppo, queste e altre scoperte contraddicono e raffinano le teorie di Dalton.
Ad esempio, da allora gli scienziati hanno scoperto che l'atomo - una volta ritenuto la più piccola parte della materia - può in effetti essere suddiviso in particelle elementari ancora più piccole. E mentre Dalton concepiva come atomi una singola entità senza separazione tra cariche positive, negative e neutre, i successivi esperimenti di J.J. Thomson, Ernest Rutherford e Neils Bohr rivelarono all'atomo una struttura più complessa.
Queste teorie sono state successivamente convalidate da osservazioni fatte con il microscopio elettronico. Sappiamo anche che il peso atomico è un prodotto della struttura degli atomi stessi. Pertanto, il modello atomico di Dalton, nella sua forma più pura, è ora considerato valido solo per le reazioni chimiche. Tuttavia, ciò non diminuisce il contributo di Dalton alla scienza moderna.
Prima del suo tempo, l'atomo era poco più di un costrutto filosofico tramandato dall'antichità classica. Il lavoro pionieristico di Dalton non solo ha reso la teoria una realtà ma ha portato a molte altre scoperte, come la teoria della relatività di Einstein e la teoria quantistica di Planck - due campi di studio che formano la base della nostra moderna comprensione del cosmo.
Abbiamo scritto molti articoli interessanti sulla teoria atomica qui su Space Magazine. Ecco uno sul numero di atomi nell'universo, quali sono le parti dell'atomo ?, Chi era Democrito?
Se vuoi saperne di più sul modello di Dalton, consulta l'articolo della Central Queensland University sul modello atomico di Dalton.
Il cast di astronomia ha registrato molti episodi interessanti sull'argomento. Dai un'occhiata - Episodio 138: Quantum Mechanics, Episodio 378: Rutherford and Atoms e Episodio 392: The Standard Model - Intro.
