If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Jeżeli jesteś za filtrem sieci web, prosimy, upewnij się, że domeny *.kastatic.org i *.kasandbox.org są odblokowane.

Główna zawartość

Teoria atomistyczna John'a Dalton'a

Teoria atomistyczna Daltona: czego nowego nauczyliśmy się od tamtej pory i które postulaty są aktualne do dzisiaj? Tłumaczenie na język polski: fundacja Edukacja dla Przyszłości

Kluczowe punkty

  • Teoria atomowa Daltona była pierwszą próba zbudowania logicznego i kompletnego opisu materii w języku atomów i ich własności.
  • Dalton oparł swoją teorię na prawie zachowania masy oraz prawie stałości składu.
  • Pierwsza część jego teorii stwierdza, że cała materia składa się z atomów, które są niepodzielne.
  • Druga część tej teorii mówi, że wszystkie atomy danego pierwiastka są identyczne pod względem masy i właściwości.
  • Część trzecia mówi, że związki chemiczne są połączeniem co najmniej dwóch atomów różnych pierwiastków.
  • Część czwarta mówi, że reakcje chemiczne polegają na przegrupowaniu atomów.
  • Pewne elementy teorii Daltona uległy z biegiem czasu modyfikacji z powodu odkrycia cząstek subatomowych i izotopów.

Chemicy pytają

W dziedzinie chemii jest mnóstwo pytań, na które wciąż nie znamy odpowiedzi. Jednym z pytań, które nurtuje ludzi już od czasów starożytnych jest: Z czego zbudowany jest świat?
Przykładowo, co zobaczymy po około 100000000000-krotnym (to jest 11 zer!) przybliżeniu powierzchni skóry z czubka Twojego palca? Czy obraz jaki zobaczymy będzie inny niż obraz powiększenia skórki np. jabłka? A gdybyśmy, pocięli to jabłko na coraz to mniejsze i mniejsze kawałki, czy dojdziemy do punktu, w którym nie będzie już można go dalej dzielić? Jak będą wyglądały te kawałki i czy wciąż będą miały właściwości jabłka?
Tego typu pytania mają fundamentalne znaczenie dla współczesnej chemii do tego stopnia, że chemicy nie byli zgodni co do odpowiedzi na nie aż do początków XIX wieku. Dzięki naukowcom takim jak John Dalton, współcześni chemicy postrzegają świat w kategoriach atomów. Nawet jeśli nie możemy ich zobaczyć gołym okiem, właściwości materii, takie jak kolor, stan skupienia (tj. ciało stałe, ciecz, gaz) czy nawet zapach, wynikają z interakcji pomiędzy atomami. W tym artykule przedstawiona zostanie atomistyczna teoria John'a Dalton'a, która była pierwszą udaną próbą opisu materii pod kątem atomów i ich właściwości.

Podstawy teorii Dalton'a

Dalton oparł swoją teorię na dwóch prawach: prawie zachowania masy oraz prawie stałości składu.
Według Prawa zachowania masy (A. Lavoisier, 1789r.) ilość masy w układzie zamkniętym nie ulega zmianie. Oznacza to, że w reakcji chemicznej ilość (masa) danego pierwiastka musi być taka sama po stronie substratów jak po stronie produktów. Korzystamy z tego prawa za każdym razem kiedy bilansujemy równanie reakcji!
Sieć krystaliczna chlorku sodu wykazuje proporcję jonów sodu i chloru w proporcji 1 do 1 (1:1).
Mówiąc sól kuchenna, chemik ma na myśli jony sodu i chloru uporządkowane w sieć krystaliczną. Źródło grafiki: "Image of salt" z OpenStax Anatomy and Physiology, CC-BY-NC-SA 4.0.
Według prawa stałego składu czysty związek zawsze ma te same proporcje tych samych składników. Na przykład, sól kuchenna, której wzór cząsteczkowy to NaCl, zawiera te same proporcje (1:1) atomów sodu i chloru. Nie ważne ile masz soli, lub z której solniczki ją wziąłeś. Gdyby połączyć trochę metalicznego sodu i gazowego chloru (czego nie polecam robić w domu), uzyskamy taką samą sól kuchenną o takim samym składzie, jak ta z solniczki na stołówce.
Sprawdzamy: Podróżujący w czasie naukowiec z roku 1700 postanawia przeprowadzić następujący eksperyment: próbkę 10 gram etanolu (CH3CH2OH) spala w obecności tlenu w otwartej zlewce. Po zakończeniu reakcji, zlewka jest pusta. Czyż to nie zaprzecza prawu zachowania masy?

Teoria atomistyczna John'a Dalton'a

Część 1: Cała materia jest zbudowana z atomów

Dalton wyjaśniał prawo zachowania masy i prawo stałych proporcji poprzez ideę atomów. Zaproponował koncepcję, że cała materia składa się z niewidzialnie małych cząsteczek, które za greckimi filozofami nazwał atomami (gr. ἄτομος – átomos (od α-, „nie-” + τέμνω – temno, „ciąć”) - coś, czego nie da się podzielić), które opisał jako "trwałe, masywne, nieprzenikalne, ruchome cząsteczki".
Należy podkreślić, że Dalton nie dysponował przyrządami lub metodami badawczymi umożliwiającymi wnioskowanie o ewentualnej wewnętrznej strukturze wewnętrznej atomów. Możemy wyobrazić sobie system atomów Dalton'a jako układankę, której elementami są kulki różnych rozmiarów i kolorów. O ile taki model jest w przybliżeniu poprawny, dziś jednak wiemy, że atomy tak naprawdę nie są kulkami.

Część 2: Wszystkie atomy danego pierwiastka są identyczne pod względem masy i właściwości

Dalton postulował, że pojedynczy atom jakiegoś pierwiastka, na przykład złota, jest identyczny z każdym innym atomem tego samego pierwiastka. Atomy jednego pierwiastka są zaś różne od atomów każdego innego pierwiastka. Dziś wiemy, że w zasadzie jest to prawdą. Atom sodu jest różny od atomu węgla. Pierwiastki mogą wykazywać podobieństwa co do niektórych właściwości np. mieć podobną temperaturę wrzenia, topnienia lub ładunek elektryczny, jednak nie ma dwóch pierwiastków o jednakowych wszystkich właściwościach.
Zestaw do budowania modeli cząsteczek złożony z kolorowych kulek przedstawiających atomy poszczególnych pierwiastków i patyczki przedstawiające "wiązania" między nimi.
Zestaw do budowania modeli cząsteczek złożony z kolorowych kulek przedstawiających atomy poszczególnych pierwiastków i patyczki przedstawiające "wiązania" między nimi. Żródło: "Fotografia zestawu do modelowania" by Sonia on Wikimedia Commons, CC-BY 3.0

Część 3: Związki są połączeniem co najmniej dwóch atomów różnych pierwiastków

W trzeciej części swojej teorii, Dalton wnioskował, że związki chemiczne są połączeniem co najmniej dwóch atomów różnych pierwiastków. Na przykład - sól kuchenna (NaCl) jest związkiem w który łączą się dwa różne pierwiastki, z których każdy wykazuje unikalne właściwości fizyczne i chemiczne. Sód (Na) jest wysoce reaktywnym metalem. Chlor (Cl) jest trującym gazem. Kiedy reagują ze sobą, ich atomy łączą się ze sobą w proporcji 1:1 tworząc białe kryształy NaCl, którymi można coś osolić.
Atomy są niepodzielne, więc łączą się ze sobą w stosunkach liczb całkowitych. Dlatego nie można napisać Na0,5Cl0,5, ponieważ nie można mieć połowy atomu.

Część 4: Reakcja chemiczna jest przegrupowaniem atomów

W finalnej części teorii Dalton stwierdza, że reakcje chemiczne nie powodują zniszczenia lub utworzenia atomów, a tylko zmieniają ich ułożenie. Wracając do przykładu soli kuchennej, kiedy sód łączy się z chlorem tworząc sól, oba atomy - chlor i sód - nadal istnieją, tylko połączyły się tworząc związek.

Czego dowiedzieliśmy się odkąd Dalton ogłosił swoją teorię?

Mówiąc krótko: bardzo dużo! Na przykład wiemy, że atomy nie są niepodzielne (co głosił postulat 1) ponieważ są zbudowane z protonów, neutronów i elektronów. Współczesny model atomu nie jest "trwałą, masywną" cząstką. Eksperymenty Ernest'a Rutherford'a, Hans'a Geiger'a i Ernest'a Marsden'a dowiodły, że atomy w istocie składają się prawie z pustej przestrzeni.
Obraz dwuselenku wolframu, WSe2.
Elektronowy mikroskop skanningowy (STEM) pozwala zaobserwować atomową strukturę diselenku wolframu, WSe2. Żródło: "Obraz STEM" by Kazu Suenaga et al. on Wikimedia Commons, CC BY 4.0
Część druga teorii Dalton'a została zmodyfikowana po doświadczeniach z zastosowaniem spektrometrii masowej, dowodzącej, że atomy tych samych pierwiastków mogą mieć różne masy, w zależności od ilości neutronów w różnych izotopach danego pierwiastka. Aby dowiedzieć się więcej o izotopach obejrzyj ten film atomic number, mass number, and isotopes.
Pomimo tych zastrzeżeń, teoria Dalton'a pozostaje prawdziwa i stanowi podstawę współczesnej chemii. Opracowano nawet technologie umożliwiające oglądanie pojedynczych atomów!

Podsumowanie

  • Teoria atomowa Daltona była pierwszą próba zbudowania logicznego i kompletnego opisu materii w języku atomów i ich własności.
  • Dalton oparł swoją teorię na prawie zachowania masy oraz prawie stałości składu.
  • Pierwsza część jego teorii stwierdza, że cała materia składa się z atomów, które są niepodzielne.
  • Druga część tej teorii mówi, że wszystkie atomy danego pierwiastka są identyczne pod względem masy i właściwości.
  • Część trzecia mówi, że związki chemiczne są połączeniem co najmniej dwóch atomów różnych pierwiastków.
  • Część czwarta mówi, że reakcje chemiczne polegają na przegrupowaniu atomów.
  • Pewne elementy teorii Daltona uległy z biegiem czasu modyfikacji z powodu odkrycia cząstek subatomowych i izotopów.

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.