2.1: النظرية الذرية للمادة

إن أول مناقشة مسجلة للبنية الأساسية للمادة تأتي من الفلاسفة اليونانيين القدماء. جادل ليوكيبوس وديموقريطس بأن كل المادة تتكون من جسيمات صغيرة محدودة أطلقوا عليها اسم ذرة ، بمعنى “غير قابل للتجزئة” في وقت لاحق ، توصل أرسطو وآخرون إلى استنتاج مفاده أن المادة تتكون من مجموعات مختلفة من “العناصر” الأربعة — النار والأرض والهواء والماء — ويمكن تقسيمها بشكل لانهائي. ومن المثير للاهتمام أن هؤلاء الفلاسفة فكروا في الذرات و “العناصر” كمفاهيم فلسفية ، ولكن على ما يبدو لم يفكروا أبدًا في إجراء تجارب لاختبار أفكارهم.  

ظلت وجهة النظر الأرسطية لتكوين المادة سائدة لأكثر من ألفي عام حتى أحدث العالم الإنجليزي جون دالتون ثورة في الكيمياء بفرضيته القائلة بأن سلوك المادة يمكن تفسيره باستخدام النظرية الذرية. نُشر لأول مرة في عام 1807 ، العديد من فرضيات دالتون’s حول السمات المجهرية للمادة لا تزال صالحة في النظرية الذرية الحديثة.  

فيما يلي افتراضات نظرية دالتون’s الذرية:

1. تتكون المادة من جسيمات صغيرة جدًا تسمى الذرات. الذرة هي أصغر وحدة في العنصر يمكن أن تشارك في تغيير كيميائي.
2. يتكون العنصر من نوع واحد فقط من الذرات ، والذي له كتلة مميزة للعنصر وهي واحدة لجميع ذرات هذا العنصر. تحتوي العينة الظاهرة للعين المجردة لعنصر ما على عدد كبير جدًا من الذرات ، وكلها لها خصائص كيميائية متطابقة.
3. تختلف ذرات عنصر واحد في خصائصها عن ذرات جميع العناصر الأخرى.
4. يتكون المركب من ذرات مكونة من عنصرين أو أكثر مدمجة في نسبة صغيرة إلى عدد صحيح. في مركب معين ، تكون أعداد ذرات كل عنصر من عناصره موجودة دائمًا بنفس النسبة
5. لا يتم إنشاء الذرات أو إتلافها أثناء تغيير كيميائي ولكن بدلاً من ذلك يتم إعادة ترتيبها لإنتاج مواد مختلفة عن تلك الموجودة قبل التغيير.

استخدم دالتون ثلاثة قوانين للتفاعلات الكيميائية كأساس لنظريته: (1) قانون الحفاظ على الكتلة ، (2) قانون النسب المحددة ، و (3) قانون النسب المتعددة. توفر نظرية دالتون’s الذرية تفسيرًا مجهريًا للعديد من الخصائص الظاهرة للعين المجردة للمادة.  

اكتشف قانون حفظ الكتلة الكيميائي الفرنسي أنطوان لافوازييه. ينص القانون على أن الذرات لا يتم إنشاؤها أو تدميرها أثناء تغيير كيميائي ؛ تبقى الكتلة الكلية للمادة الموجودة عندما تتغير المادة من نوع إلى آخر ثابتة.

عرف دالتون أيضًا بتجارب الكيميائي الفرنسي جوزيف بروست ، الذي أوضح أن جميع عينات المركب النقي تحتوي على نفس العناصر بنفس النسبة بالكتلة. تُعرف هذه العبارة باسم قانون النسب المحددة أو قانون التكوين الثابت . الاقتراح القائل بأن عدد ذرات العناصر في مركب معين موجود دائمًا بنفس النسبة يتوافق مع هذه الملاحظات.

استخدم دالتون أيضًا بيانات من بروست ، بالإضافة إلى نتائج تجاربه الخاصة ، لصياغة قانون آخر مثير للاهتمام. ينص قانون النسب المتعددة على أنه عندما يتفاعل عنصران لتشكيل أكثر من مركب واحد ، فإن الكتلة الثابتة لعنصر واحد ستتفاعل مع كتل العناصر الأخرى بنسبة أعداد صحيحة صغيرة.

قدمت نظرية دالتون’s إطارًا تم توسيعه لاحقًا لإثبات أن الذرة تتكون من جسيمات تحت ذرية وأن ذرات نفس العنصر يمكن أن تختلف في الكتلة ، والمعروفة باسم النظائر.

هذا النص مقتبس من Openstax ، الكيمياء 2 هـ ، القسم 2.1: الأفكار المبكرة في النظرية الذرية.

كان اليونانيون القدماء مثل،ديموكرايتس أول من طوروا فكرة الذرات،أصغر وحدة غير قابلة للتجزئة مكونِه للماده. وقد تطور هذا المفهوم فيما بعد للنظرية الذريه،على يد العالم الإنجليزي جون دالتون. وكانت الفرضيه الأولى لنظرية دالتون الذرية تقترح أن العناصر تتكون من حبيبات،صغيرة غير قابلة للتجزئة منفردة،تسمى الذرات.

على سبيل المثال،يتكون الهيدروجين من ذرتي هيدروجين متحدتين مع بعض،والأكسجين مكون من ذرتي أوكسجين متحدتين مع بعضهما. الفرضيه الثانية تنص علي أنه بينما تتطابق ذرات العنصر الواحد،فهي تختلف عن ذرات العناصر الأخري. ولهذا فإن جميع ذرات الهيدروجين متطابقة،ولكن تختلف عن ذرات الأكسجين.

الفرضيه الثالثه تقترح أن ذرات العناصر المختلفة يمكن أن تندمج مع بعضها البعض،بنسب عدد-كامل بسيطة،لتشكل مركبات. مثلا،تندمج ذرتي هيدروجين وذرة واحدة أوكسجين بنسبة 2 إلى 1 لتشكل الماء H2O. آخر فرضيه لنظريه دالتون تنص علي أنّالتفاعلات الكيميائية لا تغير ذرات عنصر إلى ذرات عنصر مختلف؛بل تقوم الذرات الموجودة بإعادة ترتيب نفسها لتشكل مادة جديده.

خلال تكوين الماء،ذرات الهيدروجين والأكسجين الموجوده لا تستحدث ولا تفني،بل يتم إعادة ترتيبها. بنى دالتون نظريته الذرية بناءاًعلى قانونين سابقين للتفاعلات الكيميائيه:قانون حفظ الكتلة وقانون النسب المحدده. ينص قانون حفظ الكلتله على أ ن الكتلة الكلية قبل وبعد التفاعلات الكيميائية تبقى ثابتة.

مثلا،18 غرام من الماء تجزأت إلى 2 غرام من الهيدروجين و16 غرام من الأوكسجين. ينص قانون النسب المحدده على،و بشكل مستقل عن المصدر،في مركب كيميائي محدد،نسبة الكتلة للعنصر المكون تبقى ثابتة دائما. ولهذا فإن عينه من الماء النقي ستحتوي دائما علي نسبة 1 إلى 8 نسبة كتلة الهيدروجين إلى الأكسجين يغض النظر عن الكتلة الكلية للماء.

ثم طرح دالتون قانون الخواص المتعدده بناءا على نظريته الخاصه. بناءًعلى هذا القانون،عندما يجتمع عنصرين لتشكيل أكثر من مركب،تتحد كتل مختلفة لعنصر الواحد مع الكتله الثابته للعنصر الآخر بنسبة رقم-كامل صغيرة. وبذلك تكون الكتله الثابته للهيدروجين،2 غرام،تتحد مع كتل مختلفة للأوكسجين،32 غرام أو 16 غرام،بنسبة رقم-كامل صغيرة 2 إلى 1،لتشكيل مركبين مختلفين:الهيدروجين بيروكسايد،والماء.