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

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Атомната теория на Далтон

Постулатите на атомната теория на Далтон: кои точки използваме и днес и какво сме научили от времето на Далтон насам?

Ключови точки

  • Атомната теория на Далтон е първият завършен опит да се опише материята по отношение на атомите и техните свойства.
  • Далтон основава своята теория върху закона за запазване на масата и закона за постоянния състав.
  • Според първата част от неговата теория цялата материя се състои от атоми, които са неделими.
  • Втората част на теорията казва, че всички атоми от даден елемент имат еднаква маса и свойства.
  • Третата част казва, че съединенията са комбинации от два или повече различни видове атоми.
  • Според четвъртата част от теорията химичната реакция е разместване на атомите.
  • Части от теорията е трябвало да бъдат променени въз основа на откритията на субатомните частици и изотопите.

Химиците задават въпроси.

Химията е пълна с въпроси без отговор. Един от първите въпроси, които хората си задават още от древни времена, е От какво е направен светът?
Тоест, ако увеличим ~ 100 000 000 000 пъти (това е число с 11 нули!) кожата на върха на пръста, какво ще видим? Ще изглежда ли по-различно, ако разглеждаме с такова увеличение повърхността на една ябълка? А ако след това нарежем ябълката на все по-малки и малки парчета с помощта на въображаем малък нож, ще достигнем ли точка, след която да не могат да бъдат отрязани по-малки парчета? Как биха изглеждали тези парчета и дали все още ще имат свойства на ябълка?
Отговорите на тези въпроси са от голямо значение в съвременната химия и химиците са постигнали съгласие по тях едва преди няколкостотин години. Благодарение на учени като Джон Далтон съвременните химици приемат света като изграден от атоми. Дори и да не виждаме атомите с невъоръжено око, свойствата на материята като цвят, агрегатно състояние (твърдо, течно, газообразно и пр.) и дори мирис, идват от взаимодействия на атомно ниво. В тази статия ще обсъдим атомната теория на Джон Далтон, която е първият изчерпателен опит за описание на материята по отношение на атомите и техните свойства.

Основа на теорията на Далтон

Теорията на Далтон се основава на два закона: закона за запазване на масата и закона за постоянния състав.
Законът за запазване на масата казва, че в една затворена система материята не може да бъде създадена или унищожена. Това означава, че ако имаме химична реакция, количеството на всеки елемент трябва да е равно в изходните вещества и в продуктите. Използваме Закона за запазване на масата всеки път, когато изравняваме химични уравнения!
Кристалната решетка на натриевия хлорид показва натриеви и хлорни йони в съотношение 1:1.
За химика готварската сол е натриев и хлориден йон, подредени в кристална решетка. Източник на изображението: "Image of salt" by OpenStax Anatomy and Physiology, CC-BY-NC-SA 4.0.
Законът за постоянния състав казва, че едно чисто съединение винаги ще има еднакъв дял от едни и същи елементи. Например готварската сол, която е с молекулна формула start text, N, a, C, l, end text, съдържа еднакво съотношение на елементите натрий и хлор без значение от количеството сол, което имаме, или мястото, от което идва. Ако комбинираме известно количество натрий (метал) и хлор (газ), (което не бих препоръчал да правите у дома си), можем да получим повече готварска сол, която ще има същия състав.
Проверка на понятие: Учен от началото на 18 век, който пътува във времето, решава да проведе следния експеримент: той взима 10 грама етанол (start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, H, end text) и го изгаря в присъствието на кислород в отворена пещ. След края на реакцията пещта е празна. Дали този резултат нарушава закона за запазване на масата?

Атомната теория на Далтон

Част 1: Цялата материя се състои от атоми.

Далтон изказва хипотезата, че законът за запазване на масата и законът за постоянния състав могат да бъдат обяснени с идеята за атомите. Той предполага, че цялата материя е съставена от малки невидими частици, наречени атоми, които си представя като "твърди, тежки, здрави, непробиваеми, подвижни частици".
Важно е да се отбележи, че тъй като Далтон не е имал необходимите инструменти, за да види или по друг начин да прави опити с отделните атоми, той не е имал никаква представа дали те могат да имат някаква вътрешна структура. Можем да си представим атома като едно парченце от комплект за сглобяване на молекули, където различните елементи са със сферична форма, с различен размер и цвят. Въпреки че това е удобен модел за някои приложения, сега знаем, че атомите са нещо много повече от някакви си твърди сфери.

Част 2: Всички атоми на даден елемент имат еднаква маса и еднакви свойства.

Далтон предполага, че всеки един атом от даден елемент, като например злато, е същият като всеки друг атом на този елемент. Освен това отбелязва, че атомите на един елемент се различават от атомите на другите елементи. Днес знаем, че това в повечето случи е вярно. Един атом натрий е различен от един атом въглерод. Елементите могат да имат близки точки на кипене, точки на топене и електроотрицателности, но няма два елемента със съвсем еднакви свойства.
Изображение на молекулярен модел, включващ няколко вида пластмасови топчета в различни цветове, които представляват елементите, и подобни на пръчици пластмасови "връзки".
Комплект за моделиране на молекули, който включва сферични атоми с различен размер и цвят, които могат да се свързват с пръчици, които представляват химичните връзки. Източник на изображението: "Photo of modeling kit" by Sonia on Wikimedia Commons, CC-BY 3.0

Част 3: Съединенията са комбинации от два или повече различни атома.

В третата част на своята атомна теория Далтон приема съединенията като комбинации от два или повече различни вида атоми. Пример за такова съединение е готварската сол. Готварската сол е комбинация от 2 отделни елемента с уникални физични и химични свойства. Първо, натрият е силно реактивен метал. Второ, хлорът е токсичен газ. Когато те реагират, атомите се свързват в съотношение 1, colon, 1, като образуват бели кристали start text, N, a, C, l, end text, които можем да поръсим върху храната.
Тъй като атомите са неделими, то съотношенията, в които се комбинират, винаги ще бъдат прости цели числа. От това следва, че не е логично да запишем формулата start text, N, a, end text, start subscript, 0, comma, 5, end subscript, start text, C, l, end text, start subscript, 0, comma, 5, end subscript, понеже не можем да разделим атома наполовина!

Част 4: Химичните реакции са преподреждане на атомите.

В четвъртата и последна част на атомната теория на Далто той предлага, че химичните реакции не унищожават и не създават атоми. В тях атомите само се преподреждат или разместват. Ако пак използваме нашия пример със солта, когато натрият взаимодейства с хлор, за да се получи сол, налице са както натриеви, така и хлорни атоми. Те просто се разместват, за да образуват ново съединение.

Какво научихме в годините след теорията на Далтон?

Краткият отговор е: много! Например, днес знаем, че атомите не са неделими, както е посочено в част 1, защото са съставени от протони, неутрони и електрони. Модерното виждане за строежа на атома е много различно от "твърдите, тежки" частици на Далтон. В действителност експерименти на Ърнест Ръдърфорд, Ханс Гайгер и Ърнест Марсдън са показали, че атомите се състоят основно от празно пространство.
Изображение на волфрамов диселенид, start text, W, S, e, end text, start subscript, 2, end subscript.
Сканиращата трансмисионна електронна микроскопия (STEM) ни позволява да видим на атомно ниво структурата на волфрамовия селенид, WSestart subscript, 2, end subscript. Източник на изображението: "STEM image" by Kazu Suenaga et al. on Wikimedia Commons, CC BY 4,0
Втората част на теорията на Далтон е трябвало да се промени след като масспектралните експерименти показват, че атомите на един и същи елемент могат да имат различни маси, защото броят на неутроните може да варира при различните изотопи на даден елемент. За повече информация относно изотопите можеш да гледаш това видео, посветено на атомен номер, масово число и изотопи.
Въпреки тези нови знания, атомна теория на Далтон все още е предимно вярна и поставя основите на съвременната химия. Учените дори са разработили технология, с която да могат да разглеждат света на атомно ниво!

Обобщение

  • Атомната теория на Далтон е първият завършен опит да се опише материята по отношение на атомите и техните свойства.
  • Далтон основава своята теория върху закона за запазване на масата и закона за постоянния състав.
  • Според първата част от неговата теория цялата материя се състои от атоми, които са неделими.
  • Втората част на теорията казва, че всички атоми от даден елемент имат еднаква маса и свойства.
  • Третата част казва, че съединенията са комбинации от два или повече различни видове атоми.
  • Според четвъртата част от теорията химичната реакция е разместване на атомите.
  • Части от теорията са били променени след откриването на субатомните частици и изотопите.