Name: dalton’s laws and early atomic ideas
Uploaded: 2020-09-03T13:38:25.000Z
Duration: 2 min 59 s
Channel: JoVE

K12 Standards

north-carolina-k-12-science-standard-course-of-study

North Carolina K-12 Science Standard Course of Study

9-12

Chemistry

Matter and its Interactions

PS.Chm.1.1

The Atomic Theory of Matter

היוונים הקדמונים, למשל דמוקריטוס, היו הראשונים להציע את רעיון האטומוס, יחידת החומר הקטנה ביותר שאיננה ניתנת לחלוקה. רעיון זה פותח אחר כך לתורה האטומית על ידי המדען האנגלי, ג'ון דלטון. ההשערה הראשונה של התורה האטומית של דלטון מציעה כי היסודות מורכבים מחלקיקים זעירים ובלתי ניתנים לחלוקה, המכונים אטומים.לדוגמה, מימן מורכב משני אטומי מימן הקשורים ביחד וחמצן משני אטומי חמצן הקשורים ביחד. לפי ההשערה השנייה, בעוד שאטומים של אותו יסוד זהים זה לזה, הם שונים מאטומים של יסודות אחרים. לכן, כל אטומי המימן זהים זה לזה אך שונים מאטומי החמצן.לפי ההשערה השלישית, אטומים של יסודות שונים יכולים להיקשר זה עם זה, ביחסים של מספרים שלמים, וליצור תרכובות. לדוגמה, שני אטומי מימן ואטום אחד של חמצן נקשרים ביחס של 2:1 ויוצרים H2O מים. ההשערה האחרונה של תאוריית דלטון קובעת כי תגובות כימיות אינן משנות את האטומים של יסוד אחד ואינן ממירות אותם לאטומים של יסוד שונה, אלא האטומים הקיימים מסתדרים מחדש ויוצרים חומרים חדשים.בהיווצרות מים, אטומי המימן והחמצן הקיימים אינם נוצרים או נהרסים, אלא מאסתדרים מחדש בלבד. דלטון ביסס את התורה האטומית שלו על שני חוקים קיימים בכימיה:חוק שימור החומר וחוק היחסים הקבועים. חוק שימור החומר קובע שסך כל המסה לפני תגובה כימית ואחריה נשאר קבוע.לכן, 18 גרם של מים יתפרקו ל-2 גרם מימן ו-16 גרם חמצן. חוק היחסים הקבועים קובע שיחס המסה בין היסודות המרכיבים תרכובת כימית נתונה, יישאר קבוע תמיד, ללא תלות במקור התרכובת. לכן, יחס המסה בין המימן והחמצן בדוגמית של מים טהורים יישאר תמיד אחד לשמונה, ללא תלות במסת המים.בהמשך, דלטון הציע את חוק היחסים המרובים בהתבסס על התאוריה שלו עצמו. לפי חוק זה, כאשר שני יסודות נקשרים ליצירת יותר מתרכובת אחת, מסות שונות של יסוד אחד נקשרות עם מסה קבועה של היסוד השני ביחס קטן של מספרים שלמים. לפיכך, מסה קבועה של מימן, 2 גרם, נקשרת עם מסות שונות של חמצן, 32 או 16 גרם, ביחס מספרים שלמים קטן של שניים לאחד ליצירת שתי תרכובות שונות:מי חמצן ומים.

התיאוריה האטומית של החומר

<div style="direction:rtl">הדיון המתועד המוקדם ביותר במבנה הבסיסי של החומר מגיע מפילוסופים יוונים עתיקים. לאוקיפוס ודמוקריטוס טענו שכל חומר מורכב מחלקיקים קטנים וסופיים שהם כינו אטמוס, כלומר "בלתי ניתן לחלוקה". מאוחר יותר, אריסטו ואחרים הגיעו למסקנה שהחומר מורכב משילובים שונים של ארבעת ה"יסודות" - אש, אדמה, אוויר ומים - וניתן לחלקו לאין שיעור. מעניין שהפילוסופים הללו חשבו על אטומים ו"יסודות" כעל מושגים פילוסופיים, אך כנראה מעולם לא שקלו לבצע ניסויים כדי לבדוק את רעיונותיהם.  ההשקפה האריסטוטלית על הרכב החומר החזיקה מעמד במשך למעלה מאלפיים שנה עד שהמדען האנגלי ג'ון דלטון חולל מהפכה בכימיה עם השערתו שניתן להסביר את התנהגות החומר באמצעות תיאוריה אטומית. פורסם לראשונה ב-1807, רבות מההשערות של דלטון לגבי התכונות המיקרוסקופיות של החומר עדיין תקפות בתורת האטום המודרנית.  להלן ההנחות של תורת האטום של דלטון: <ol style="padding-right: 35px; margin: 0;"> <li style="text-align: right;">חומר מורכב מחלקיקים קטנים במיוחד הנקראים אטומים. אטום הוא היחידה הקטנה ביותר של יסוד שיכול להשתתף בשינוי כימי.</li> <li style="text-align: right;">יסוד מורכב מסוג אחד בלבד של אטום, בעל מסה האופיינית ליסוד והיא זהה לכל האטומים של אותו יסוד. דגימה מקרוסקופית של יסוד מכילה מספר רב של אטומים, שלכולם תכונות כימיות זהות.</li> <li style="text-align: right;">אטומים של יסוד אחד שונים בתכונותיהם מאטומים של כל היסודות האחרים.</li> 
<li style="text-align: right;">תרכובת מורכבת מאטומים של שני יסודות או יותר המשולבים ביחס קטן של מספר שלם. בתרכובת נתונה, מספר האטומים של כל אחד מהיסודות שלה נמצאים תמיד באותו יחס.</li> <li style="text-align: right;">אטומים לא נוצרים ולא נהרסים במהלך שינוי כימי אלא מסודרים מחדש כדי לייצר חומרים שונים מאלה שהיו לפני השינוי.</li> </ol> דלטון השתמש בשלושה חוקים של תגובות כימיות כבסיס לתיאוריה שלו: (1) חוק שימור המסה, (2) חוק הפרופורציות המוגדרות ו-(3) חוק הפרופורציות המרובות. התיאוריה האטומית של דלטון מספקת הסבר מיקרוסקופי לתכונות המקרוסקופיות הרבות של החומר.  חוק שימור המסה התגלה על ידי הכימאי הצרפתי, אנטואן לבואזיה. הוא קובע כי אטומים לא נוצרים ולא נהרסים במהלך שינוי כימי; המסה הכוללת של החומר נשארת קבועה בעת שינוי סוג החומר מסוג אחד לאחר. דלטון ידע גם על הניסויים של הכימאי הצרפתי ז'וזף פרוסט, שהוכיח שכל הדגימות של תרכובת טהורה מכילות את אותם יסודות באותו יחס לפי מסה. אמירה זו מכונה כחוק הפרופורציות המוגדרות או חוק ההרכב הקבוע. ההצעה שמספר האטומים של היסודות בתרכובת נתונה קיימים תמיד באותו יחס תואמת את התצפיות הללו.  דלטון השתמש גם בנתונים מפרוסט, כמו גם בתוצאות מניסויים שלו, כדי לנסח עוד חוק מעניין. חוק הפרופורציות המרובות קובע שכאשר שני יסודות מגיבים ליצירת יותר מתרכובת אחת, מסה קבועה של יסוד אחד תגיב עם מסת היסודות האחרים ביחס של מספרים קטנים ושלמים. התיאוריה של דלטון סיפקה מסגרת שהורחבה מאוחר יותר כדי להדגים שהאטום מורכב מחלקיקים תת-אטומיים ושאטומים של אותו יסוד יכולים להיות שונים במסה, הידועים כאיזוטופים. טקסט זה מותאם מ <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/2-1-early-ideas-in-atomic-theory">Openstax, Chemistry 2e, Section 2.1: Early Ideas in Atomic Theory.</a>  </div>

הדיון המתועד המוקדם ביותר על המבנה הבסיסי של החומר מגיע מפילוסופים יוונים עתיקים. Leucippus ו Democritus טענו כי כל החומר ...

Education

JoVE Core

כימיה

אחד

Atoms and Elements

אטומים ויסודות

KEY TERMS AND CONCEPTS

מונחים ומושגים מרכזיים

dalton’s laws and early atomic ideas

Dalton’s atomic theory explains matter with atoms, elements, and compounds. It also shows how chemical changes follow simple laws. This idea gave chemistry a microscopic model for what can be seen in the lab.

The earliest recorded ideas about matter came from ancient Greek philosophers. Leucippus and Democritus said all matter was made of tiny, finite particles called atomos, meaning “indivisible.” Aristotle and others later argued that matter was made from four elements: fire, earth, air, and water. They also believed matter could be divided forever, and these ideas were treated as philosophy rather than experiments.

That view lasted for more than two thousand years. Then English scientist John Dalton changed chemistry with an atomic theory of matter. He first published it in 1807. Many of his ideas still fit modern atomic theory.

Dalton’s postulates describe matter at the atomic level. Matter is made of extremely small particles called atoms. An atom is the smallest unit of an element that can take part in a chemical change. An element contains only one type of atom, and atoms of the same element have the same characteristic mass and chemical properties. Atoms of different elements have different properties. A compound is made of atoms of two or more elements joined in a small, whole-number ratio, and the ratio stays the same in a given compound. During a chemical change, atoms are not created or destroyed. They are rearranged into new substances.

Dalton built his theory using three key laws of chemistry. The law of conservation of mass says mass stays constant during a chemical change, a result linked to Antoine Lavoisier. The law of definite proportions, also called the law of constant composition, says every pure sample of a compound contains the same elements in the same mass ratio, as shown by Joseph Proust. Dalton also used the law of multiple proportions, which says that when two elements form more than one compound, fixed masses of one element combine with the other in small whole-number ratios.

Dalton’s atomic theory gives a microscopic explanation for macroscopic matter. It also helped later scientists show that atoms contain subatomic particles. Later work also showed that atoms of the same element can differ in mass, which are called isotopes.

Dalton’s Laws and Early Atomic Ideas

the atomic theory of matter

Dalton’s atomic theory explains matter with atoms, elements, and compounds. It also shows how chemical changes follow simple laws. This idea gave chemistry a microscopic model for what can be seen in the lab. The earliest recorded ideas about matter came from ancient Greek philosophers. Leucippus and Democritus said all matter was made of tiny, finite particles called atomos, meaning “indivisible.” Aristotle and others later argued that matter was made from four elements: fire, earth, air, and...

subatomic particles

Atomic Structure: Protons, Neutrons, and Electrons

Atomic structure is built from three subatomic particles: protons, neutrons, and electrons. Atoms make up all matter, and these particles explain an atom’s mass and charge. The electron was first identified at the end of the 19th century by J.J. Thomson. He used a cathode ray tube, a sealed glass tube with almost all the air removed and two metal electrodes. When high voltage was applied, a visible beam called a cathode ray formed. The beam bent toward positive charge and away from negative...

elements: chemical symbols and isotopes

Reading Element Symbols and Isotope Notation

Chemical symbols and isotope notation help identify elements and their atoms. A chemical symbol is an abbreviation for an element or a single atom of that element. Mercury, for example, is written as Hg. The same symbol can point to one atom in the microscopic domain or to many atoms of the element in a container or sample. Many symbols come from the element’s common English name. Others come from Latin, Greek, or German names. Aluminum uses Al, while iron uses Fe from the Latin word Ferrum.

ions and ionic charges

Predicting Ion Charges on the Periodic Table

Ion charges can often be predicted from an element’s position on the periodic table. In chemical reactions, the nucleus stays unchanged, but electrons may be transferred, lost, or shared. When atoms gain or lose electrons during compound formation, they become ions, which are electrically charged particles. A positive ion is called a cation. A cation has more protons than electrons because it lost electrons. A negative ion is called an anion. An anion has more electrons than protons because it...

the periodic table

Periodic Table Patterns and Element Groups

The periodic table organizes elements by repeating patterns in their properties. Chemists first noticed that some elements behaved alike, so they grouped them by chemical behavior. Lithium, sodium, and potassium are one example. They are shiny and conduct heat and electricity well. Calcium, strontium, and barium form another group with similar physical and chemical properties. Yet these two groups are not the same. The lithium group is much more reactive, and its elements form oxygen compounds...

atomic mass

Average Atomic Mass and Isotopes

Average atomic mass explains why many elements on the periodic table have decimal values. Atoms are extremely small, so scientists use the atomic mass unit, or amu, to measure them. A carbon atom weighs less than 2 × 10−23 g, and the amu is defined from carbon-12. One amu is exactly 1/12 the mass of one carbon-12 atom, which is 1.6605 × 10−24 g. The dalton (Da) and the unified atomic mass unit (u) mean the same thing as the amu. For a single atom, atomic mass is usually close to its mass...

molar mass

Mole, Mass, and Avogadro’s Number

The mole links mass and the number of particles in a substance. It gives chemists a standard way to count atoms and molecules in samples that are far too small to see. It also helps show why substances with the same kinds of atoms can still have very different properties, like water, H2O, and hydrogen peroxide, H2O2. The mole is an amount unit, like a pair or a dozen. One mole contains 6.02214076 × 10^23 discrete entities, such as atoms or molecules. This number is usually rounded to 6.022 ×...

key terms and concepts

Explore Dalton’s atomic theory, the laws of conservation of mass, definite proportions, and multiple proportions, plus the early ideas that shaped modern chemistry.

Dalton’s Laws and Early Atomic Ideas | JoVE K12

chemistry

JoVE Core Chemistry brings general chemistry concepts to life using concise and easy-to-understand animated video lessons. Plus, in the scientist-in-action videos, we demonstrate classical and original research experiments performed in today's laboratories worldwide.

Physical Science

PS.PSc.1.4

PS.PSc.1.5

Louisiana Student Standards for Science

High School

Matter And Its Interactions

HS-PS1-2

HS-PS1-3

HS-PS1-7

motion-and-stability-forces-and-interactions

Motion And Stability: Forces And Interactions

HS-PS2-6

ohios-learning-standards-and-model-curriculum

Ohio’s Learning Standards and Model Curriculum

Study Of Matter

Atoms

Structure And Properties Of Matter

Atomic structure

Physical Geology

Minerals

Atoms and elements

Tennessee Academic Standards

Matter and Its Interactions

CHEM1.PS1.2

CHEM1.PS1.11

Virginia  Standards of Learning

HIgh School

CH.2

CH.2.a

PS.2

PS.2.a

Minnesota Academic Standards in Science

2.2.1 9C.1.2.1.2

Arizona Science Standards

HS.P1

HS.P1U1.1

HS+C.P1

HS+C.P1U1.1

new-jersey-student-learning-standards-for-science

New Jersey Student Learning Standards for Science

Texas Essential Knowledge and Skills

CHEM.6

CHEM.6.D

Alabama Course of Study Science

9-12.C.1.1

9-12.C.1.1.a

9-12.C.1.1.b

9-12.PS.3.4.a

Next Generation Science Standards

HS-PS1-1

Earth and Space Science

Earth’s Place in the Universe

HS-ESS1-2

Florida Department of Education

SC.912.E.5

SC.912.E.5.2

SC.912.P.8

SC.912.P.8.3

Chemistry and Physics

IPC.7

IPC.7.A

south-carolina-college-and-career-ready-science-standards

South Carolina College and Career Ready Science Standards

C-PS1-1

C-PS1-2

C-PS1-3.

C-PS1-7

Motion and Stability: Forces and Interactions

C-PS2-6.

Georgia Standards of Excellence

SC1.

Atomic Models: Size, Charge, and Structure

Scientific Laws and Theories

Scientific Laws

In science, a law is defined as a concise, verbal or mathematical, statement that summarizes a vast number of experimental observations. ...

The Scientific Method

Chemistry is an empirical science. Scientists often pose questions to understand the chemistry in everyday life and seek answers to these questions. To ...

Classifying Matter by State

Chemistry is the study of matter and the changes it undergoes. Matter is anything that has mass and occupies space. Matter is all around us; the air, ...

Classifying Matter by Composition

Matter: Pure Substances and Mixtures
According to its composition, the matter can be classified into two broad categories &mdash; pure substances and ...

The earliest recorded discussion of the basic structure of matter comes from ancient Greek philosophers. Leucippus and Democritus argued that all matter ...

Subatomic Particles

Dalton was only partially correct about the particles that make up matter. All matter is composed of atoms, and atoms are composed of three smaller ...

Elements: Chemical Symbols and Isotopes

A chemical symbol is an abbreviation used to indicate an element or an atom of an element. For example, the symbol for mercury is Hg. The same symbol is ...

Use models to explain how the scientific understanding of atomic structure has evolved.

Radioactivity and Nuclear Equations

Nuclear chemistry is the study of reactions that involve changes in nuclear structure. The nucleus of an atom is composed of protons and, except for ...

Types of Radioactivity

The most common types of radioactivity are &#945; decay, &#946; decay, &#947; decay, neutron emission, and electron capture.
Alpha (&#945;) decay is the ...

Nuclear Stability

Protons and neutrons, collectively called nucleons, are packed together tightly in a nucleus. With a radius of about 10&#8722;15 meters, a nucleus is ...

Nuclear Binding Energy

The difference between the calculated and experimentally measured masses is known as the mass defect of the atom. In the case of helium-4, the mass defect ...

Radioactive Decay and Radiometric Dating

Radioactivity is a spontaneous disintegration of an unstable nuclide and is a random process, as all the nuclei in the sample do not decay simultaneously. ...

Nuclear Fission

Many heavier elements with smaller binding energies per nucleon can decompose into more stable elements that have intermediate mass numbers and larger ...

Nuclear Power

Controlled nuclear fission reactions are used to generate electricity. Any nuclear reactor that produces power via the fission of uranium or plutonium by ...

Nuclear Fusion

The process of converting very light nuclei into heavier nuclei is also accompanied by the conversion of mass into large amounts of energy, a process ...

Nuclear Transmutation

Nuclear transmutation is the conversion of one nuclide into another. It can occur by the radioactive decay of a nucleus, or the reaction of a nucleus with ...

Use models to compare nuclear reactions including alpha decay, beta decay and gamma decay; nuclear fusion and nuclear fission.

PS.Chm.1.2

Atomic Orbitals

An atomic orbital represents the three-dimensional regions in an atom where an electron has the highest probability to reside. The radial distribution ...

The Pauli Exclusion Principle

The arrangement of electrons in the orbitals of an atom is called its electron configuration. We describe an electron configuration with a symbol that ...

The Energies of Atomic Orbitals

In an atom, the negatively charged electrons are attracted to the positively charged nucleus. In a multielectron atom, electron-electron repulsions are ...

The Aufbau Principle and Hund's Rule

To determine the electron configuration for any particular atom, we can build the structures in the order of atomic numbers. Beginning with hydrogen, and ...

electron-configuration-of-multielectron-atoms

Electron Configuration of Multielectron Atoms

The alkali metal sodium (atomic number 11) has one more electron than the neon atom. This electron must go into the lowest-energy subshell available, the ...

Use models to explain how electrons are distributed in atoms.

PS.Chm.1.3

Periodic Classification of the Elements

The periodic table arranges atoms based on increasing atomic number so that elements with the same chemical properties recur periodically. When their ...

The Periodic Table

As early chemists discovered more elements, they realized that various elements could be grouped by their similar chemical behaviors. One such grouping ...

Atomic Mass

Atoms &mdash; and the protons, neutrons, and electrons that compose them &mdash; are extremely small. For example, a carbon atom weighs less than 2 ...

Molar Mass

The identity of a substance is defined not only by the types of atoms or ions it contains but by the quantity of each type of atom or ion. For example, ...

Use the Periodic Table as a model to predict the relative properties of elements based on the pattern of valence electrons in the outermost energy levels of atoms.

PS.Chm.2.1

atomic-radii-and-effective-nuclear-charge

Atomic Radii and Effective Nuclear Charge

The elements in groups of the periodic table exhibit similar chemical behavior. This similarity occurs because the members of a group have the same number ...

Ionic Radii

Ionic radius is the measure used to describe the size of an ion. A cation always has fewer electrons and the same number of protons as the parent atom; it ...

Ionization Energy

The amount of energy required to remove the most loosely bound electron from a gaseous atom in its ground state is called its first ionization energy ...

Electron Affinity

The electron affinity (EA) is the energy change for adding an electron to a gaseous atom to form an anion (negative ion).



This process can be either ...

Construct an explanation to infer the atomic size, reactivity, electronegativity, and ionization energy of an element based on its position in the Periodic Table.

PS.Chm.2.2

Types of Chemical Bonds

Chemical bonding theories were pioneered by American chemist Gilbert&#xA0;N. Lewis. He developed a model called the Lewis model to explain the type and ...

Lewis Symbols and the Octet Rule

Chemical bonds are complex interactions between two or more atoms or ions, which reduce the potential energy of the molecule. Gilbert N. Lewis developed a ...

Ionic Bonding and Electron Transfer

Ions are atoms or molecules bearing an electrical charge. A cation (a positive ion) forms when a neutral atom loses one or more electrons from its valence ...

The Born-Haber Cycle

Lattice Energy&#xA0;

An ionic compound is stable because of the electrostatic attraction between its positive and negative ions. The lattice energy of a ...

trends-in-lattice-energy-ion-size-and-charge

Trends in Lattice Energy: Ion Size and Charge

An ionic compound is stable because of the electrostatic attraction between its positive and negative ions. The lattice energy of a compound is a measure ...

Covalent Bonding and Lewis Structures

Compared to ionic bonds, which results from the transfer of electrons between metallic and nonmetallic atoms, covalent bonds result from the mutual ...

Analyze and interpret data to explain the mechanisms and properties of the two main types of intramolecular (ionic and covalent) bonds.

PS.Chm.3.1

Analyze the structure of atoms and isotopes.

Dalton’s Laws and Early Atomic Ideas

Description

Transcript

More videos by Standards