Back to chapter

2.1:

Атомная теория материи

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
The Atomic Theory of Matter

Languages

Share

Древние греки, такие как Демокрит, первыми выдвинули идею атома, мельчайшей неделимой частицы вещества. Эта концепция была позже выдвинута как теория атома английским ученым Джоном Дальтоном. Первый постулат теории атома Дальтона предполагает, что элементы состоят из крошечных неделимых частиц, называемых атомами.Например, водород состоит из двух атомов водорода, связанных вместе, а кислород состоит из двух атомов кислорода, связанных вместе. Второй постулат гласит, что, хотя атомы одного и того же элемента идентичны, они отличаются от атомов других элементов. Таким образом, все атомы водорода идентичны друг другу, но отличаются от атомов кислорода.Третий постулат гласит, что атомы разных элементов могут соединяться друг с другом в различных целочисленных соотношениях, образуя соединения. Например, два атома водорода и один атом кислорода соединяются в соотношении 2 к 1, образуя H2O воду. Последний постулат теории Дальтона гласит, что химические реакции не превращают атомы одного элемента в атомы другого элемента;вместо этого существующие атомы перестраиваются и образуют новые вещества.Во время образования воды, существующие атомы водорода и кислорода не создаются и не разрушаются, они только перестраиваются. Дальтон построил свою атомную теорию на двух предыдущих законах химических реакций законе сохранения массы и законе постоянства состава. Закон сохранения массы гласит, что общая масса до и после химической реакции остается постоянной.Итак, 18 граммов воды распадаются на 2 грамма водорода и 16 граммов кислорода. Закон постоянства состава гласит, что независимо от источника в данном химическом соединении массовое соотношение составляющих элементов всегда остается постоянным. Таким образом, образец чистой воды всегда будет иметь массовое отношение водорода к кислороду от 1 к 8, независимо от общей массы воды.Затем Дальтон предложил закон кратных отношений, основанный на его собственной теории. Согласно этому закону, когда два элемента соединяются, образуя более одного соединения, разные массы одного элемента соединяются с постоянной массой другого элемента в небольшом целочисленном соотношении. Таким образом, постоянная масса водорода, равная 2 граммам, соединяется с различными массами кислорода, 32 или 16 грамм, в небольшом целочисленном соотношении 2 к 1, образуя два разных соединения перекись водорода и воду.

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.