2.1: Атомная теория материи

Самое раннее записанное обсуждение основной структуры материи происходит от древнегреческих философов. Левкипп и Демокрит утверждали, что все вещества состоят из малых, конечных частиц, которые они назвалиатомос, что означает “неделимые.” Позже, Аристотель и другие пришли к выводу, что материя состояла из различных комбинаций четырех “элементов” — огня, земли, воздуха и воды — и может быть поделена на бесконечное количество частиц. Интересно, что эти философы думали о атомах и “элементах” как о философских концепциях, но, по-видимому, никогда не рассматривали возможность проведения экспериментов для проверки своих идей.  

Аристотелевский взгляд на состав вещества господствовал более двух тысяч лет, пока английский ученый Джон Дальтон не произвел революцию в химии, выдвинув гипотезу о том, что поведение вещества можно объяснить с помощью атомной теории. Впервые опубликованные в 1807 году, многие гипотезы Дальтона о микроскопических особенностях материи по-прежнему актуальны в современной атомной теории.  

Вот постулаты атомной теории Дальтона:

1. Вещество состоит из чрезвычайно мелких частиц, называемых атомами. Атом является наименьшей единицей элемента, которая может участвовать в химическом изменении.
2. Элемент состоит только из одного типа атома, который имеет массу, характерную для элемента и одинаковую для всех атомов этого элемента. Макроскопический образец элемента содержит невероятно большое количество атомов, и все они обладают идентичными химическими свойствами.
3. Атомы одного элемента отличаются свойствами от атомов всех остальных элементов.
4. Соединение состоит из атомов двух или более элементов, объединенных в малом, цело-численном соотношении. В данном соединении числа атомов каждого из его элементов всегда присутствуют в одном и том же соотношении
5. Атомы не создаются и не разрушаются во время химического изменения, но вместо этого перегруппируются для получения веществ, которые отличаются от веществ, присутствующих до изменения.

Далтон использовал три закона химических реакций в качестве основы своей теории: (1) Закон сохранения массы, (2) Закон определённых пропорций, и (3) Закон множественных пропорций. Атомная теория Дальтона дает микроскопическое объяснение многих макроскопических свойств вещества.  

Закон сохранения массы был открыт французским химиком, Антуаном Лавуазье. В нем говорится, что атомы не создаются и не разрушаются во время химического изменения; общая масса вещества, которая присутствует, когда материя изменяется от одного типа к другому, остается постоянной.

Далтон также знал об экспериментах французского химика Джозефа Пруста, который продемонстрировал, что все образцы чистого соединения содержат одни и те же элементы в том же соотношении по массе. Это заявление известно как закон определённых пропорций или закон постоянного состава. Предположение о том, что количество атомов элементов в данном соединении всегда существует в одном соотношении, соответствует этим наблюдениям.  

Далтон также использовал данные Пруста, а также результаты своих собственных экспериментов, чтобы сформулировать еще один интересный закон. Закон множественных пропорций который гласит, что когда два элемента реагируют с формированием более одного соединения, фиксированная масса одного элемента будет реагировать с массами других элементов в соотношении малых, целых чисел.

Теория Дальтона обеспечила основу, которая позже была расширена, чтобы продемонстрировать, что атом состоит из субатомных частиц, и что атомы того же элемента могут отличаться по массе – такие атомы известны как изотопы.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2e, раздел 2.1: Ранние идеи в атомной теории.