Atom nazariyasi

Atom nazariyasi materiya atomlar deb ataladigan zarrachalardan tashkil topganligi haqidagi ilmiy nazariyadir . Materiyaning diskret zarrachalardan tashkil topganligi haqidagi tushuncha qadimiy g‘oya bo‘lib, 18-19-asrlarda olimlar gazlarning harakatlarini va kimyoviy elementlarning bir-biri bilan qanday reaksiyaga kirishishini tushuntira olishi bilan ilmiy ishonchga sazovor bo‘ldi. 19-asrning oxiriga kelib atom nazariyasi ilmiy jamoatchilikda keng qabul qilindi.

 Daltonning atom nazariyasi butun materiyani atom va uning xossalari orqali tasvirlashga qaratilgan birinchi jiddiy urinish edi.
 Dalton oʻz nazariyasini massaning saqlanish qonuni va tarkibning doimiylik qonuniga asoslanib tuzgan edi.
 Dalton nazariyasining birinchi bandiga koʻra barcha moddalar atomlardan tuzilgan va atomlar boʻlinmaydigan zarrachalardir.
 Dalton nazariyasining ikkinchi bandiga koʻra bir elementning barcha atomlari bir xil massa va xossalarga ega boʻladi.
 Uchinchi bandga koʻra birikmalar ikki va undan ortiq turli xil atomlar kombinatsiyasidan iborat.

"Atom" atamasi yunoncha " atomos " so'zidan kelib chiqqan bo'lib, "kesilmas" degan ma'noni anglatadi. Jon Dalton kimyoviy atomlar tabiatdagi asosiy zarralardir, degan noto'g'ri e'tiqod ostida kimyoviy elementlarning asosiy massa birliklariga atamani qo'llagan; Olimlar Daltonning atomlari o'ziga xos tuzilishga ega ekanligini anglab yetguncha yana bir asr o'tdi. Haqiqatan ham bo'linmaydigan zarralar endi "elementar zarralar" deb ataladi.

Tarix

Falsafiy atomizm 

Materiyaning diskret birliklardan tashkil topganligi haqidagi g'oya juda qadimgi g'oya bo'lib, ko'plab qadimgi madaniyatlarda, jumladan, Gretsiya va Hindistonda paydo bo'lgan. "Atom" so'zi ( Greek   ;  ), "kesilmas" degan ma'noni anglatadi, Sokratgacha bo'lgan yunon faylasuflari Levkipp va uning shogirdi Demokrit (   460– 370 yillar) tomonidan yaratilgan.     Demokrit atomlarning soni cheksiz, yaratilmagan va abadiydir, ob'ektning sifatlari esa uni tashkil etuvchi atomlarning turidan kelib chiqadi, deb o'rgatgan.    Demokrit atomizmini keyingi yunon faylasufi Epikur (miloddan avvalgi 341–270) va Rim epikurchi shoiri Lukretsiy (   yillar) takomillashgan va ishlab chiqqan.   Ilk o'rta asrlarda atomizm asosan G'arbiy Evropada unutilgan edi. 12-asrda u G'arbiy Evropada Aristotelning yangi kashf etilgan asarlarida unga havolalar orqali yana ma'lum bo'ldi.  Aristotel tomonidan qo'llab-quvvatlangan materiyaning qarama-qarshi nuqtai nazari materiya uzluksiz va cheksiz va chegarasiz bo'linishi mumkin edi.  Dalton massaning saqlanish qonuni va tarkibning doimiylik qonunini atomlar gʻoyasi yordamida tushuntirish mumkinligini oʻyladi. U barcha materiyalar atom deb nomlangan mayda boʻlinmas zarralardan iborat boʻlib, ularni "qattiq, mustahkam, kuchli, oʻtib boʻlmaydigan, harakatchan zarracha(lar)" deb tasavvur qilgan.

Shuni taʼkidlash kerakki, Daltonda alohida atomlarni koʻrish yoki boshqa usulda tajriba oʻtkazish uchun zarur vositalar boʻlmagani sababli ular biron-bir ichki tuzilishga ega ekani haqida hech qanday tasavvurga ega emas edi. Biz Dalton atomini molekulyar modellashtirish toʻplamidagi bir qism sifatida tasavvur qilishimiz mumkin, bu yerda turli xil elementlar turli oʻlcham va ranglarga ega sharchalardir. Bu baʼzi bir amaliy dasturlar uchun qulay model boʻlsa-da, biz endi atomlar qattiq sharchadan iborat boʻlishi haqiqatan uzoqligini bilamiz.

 Toʻrtinchi bandga koʻra kimyoviy reaksiya atomlarning qayta taqsimlanishi natijasidir.
 Subatom zarrachalar va izotoplarning kashf etilgani hisobga olinib, nazariyaning bandlari biroz oʻzgartirilgan.

14-asrda atomistik taʼlimotlarni tavsiflovchi yirik qadimiy asarlarning qayta kashf etilishi, jumladan, Lukretsiyning “De rerum natura” va Diogen Laertiusning “Buyuk faylasuflarning hayoti va mulohazalari” nomli kitoblari olimlarning ushbu mavzuga eʼtiborini kuchaytirdi. Shunga qaramay, atomizm pravoslav nasroniy ta'limotlariga zid bo'lgan epikurizm falsafasi bilan bog'liq bo'lganligi sababli, atomlarga ishonish ko'pchilik evropalik faylasuflar tomonidan maqbul deb hisoblanmagan.  Fransuz katolik ruhoniysi Per Gassendi (1592-1655) atomlar Xudo tomonidan yaratilgan va juda ko'p bo'lsa-da, soni cheksiz emasligini ta'kidlab, o'zgartirishlar bilan epikur atomizmini qayta tikladi. U atomlarning yig'ilishini tasvirlash uchun "molekula" atamasini ishlatgan birinchi odam edi.   Gassendining modifikatsiyalangan atomlar nazariyasi Fransiyada shifokor Fransua Bernier (1620–1688) va Angliyada tabiat faylasufi Valter Sharleton (1619–1707) tomonidan ommalashtirildi. Kimyogar Robert Boyl (1627-1691) va fizik Isaak Nyuton (1642-1727) atomizmni himoya qildilar va 17-asrning oxiriga kelib, tabiatning atomistik asoslari haqidagi g'oya ilmiy jamoatchilik tomonidan qabul qilindi.

Daltonning ko'p nisbatlar qonuni 

18-asrning oxirlarida atom nazariyasi tushunchasiga murojaat qilmasdan kimyoviy reaktsiyalar haqidagi ikkita qonun paydo bo'ldi. Birinchisi, Antuan Lavuazyening ishi bilan chambarchas bog'liq bo'lgan massaning saqlanish qonuni bo'lib, u kimyoviy reaksiyadagi umumiy massa doimiy bo'lib qolishi (ya'ni, reaktivlar mahsulot bilan bir xil massaga ega) ekanligini ta'kidlaydi.  Ikkinchisi aniq nisbatlar qonuni edi. Birinchi marta 1797 yilda fransuz kimyogari Jozef Prust tomonidan o'rnatilgan ushbu qonunda aytilishicha, agar birikma uni tashkil etuvchi kimyoviy elementlarga bo'lingan bo'lsa, unda tarkibiy qismlarning massalari asl nusxaning miqdori yoki manbasidan qat'i nazar, har doim bir xil og'irlik nisbatlariga ega bo'ladi. modda. Kimyo javobsiz savollarga toʻla. Qadim zamonlardan buyon odamlarda mavjud dastlabki savollardan biri bu 

−minus “Dunyo nimadan yaratilgan?”

Agar biz barmoqlarimiz terisini taxminan 100000000000 marta – bu yerda 11 ta nol! – kattalashtirilsak, nimani koʻrgan boʻlardik? Turli xil narsalar kattalashtirilganda, aytaylik, olmani kattalashtirsak, nimani koʻrgan boʻlardik? Agar biz olmani xayolan kichikroq va yanada kichikroq boʻlaklarga boʻlsak, ortiq kichikroq boʻlaklarga boʻlib boʻlmaydigan nuqtagacha kelsak-chi? Bu boʻlaklar nimaga oʻxshagan boʻlardi va ularda hali ham olmaning xususiyatlari saqlanib qolarmidi?

Ushbu savollarning javoblari zamonaviy kimyo uchun poydevor boʻlib, bir necha yuz yil ilgari kimyogarlar bu toʻgʻrida aniq bir toʻxtamga kela olishmagan. Jon Dalton kabi olimlar tufayli zamonaviy kimyogarlar dunyoni atomlar nuqtayi nazaridan tasavvur qiladi. Biz atomlarni ochiq koʻz bilan koʻra olmaganimiz bilan rang, faza (masalan, qattiq, suyuqlik, gaz) va hatto hid kabi moddalarning xususiyatlari atom darajasidagi oʻzaro taʼsirlardan kelib chiqadi. Ushbu maqolada Jon Daltonning barcha moddalarni atomlar va ularning xususiyatlari jihatidan tavsiflashga qaratilgan birinchi toʻliq urinishi – atom nazariyasi muhokama qilinadi.

Jon Dalton o'zi va boshqa olimlar tomonidan to'plangan ma'lumotlarni o'rganib chiqdi va keyinchalik ko'p nisbatlar qonuni sifatida tanilgan naqshni payqadi. Hammasi ma'lum bir elementni o'z ichiga olgan birikmalarda bu elementning tarkibi bu birikmalar bo'ylab kichik butun sonlar nisbati bilan farqlanadi. Dalton bularning barchasidan elementlar bir-biri bilan diskret va izchil og'irlik birliklarida reaksiyaga kirishadi, degan xulosaga keldi. So'zni falsafiy an'anadan olgan Dalton bu birliklarni atomlar deb atadi.Dalton oʻz nazariyasini ikki qonunga asoslanib tuzgan: massaning saqlanish qonuni va tarkibning doimiylik qonuni.

Massaning saqlanish qonuni materiya yopiq tizimda oʻz-oʻzidan yaralmasligini yoki bordan yoʻq boʻlmasligini bildiradi. Bu shuni anglatadiki, kimyoviy reaksiyalarda boshlangʻich reagentlar va mahsulotlarda har bir elementning miqdori bir xil boʻlishi kerak. Tenglamalarni tenglashtirishda har safar massaning saqlanish qonunidan foydalanamiz!

1-misol - qalay oksidlari: Dalton qalayning ikkita oksidini aniqladi. Ulardan biri kulrang kukun (Dalton uni "protoksid" deb atagan) bo'lib, unda har 100 qism qalay uchun 13,5 qism kislorod mavjud. Boshqa oksid oq kukun (Dalton uni "deytoksid" deb atagan) bo'lib, unda har 100 qism qalay uchun 27 qism kislorod mavjud.  13,5 va 27 1:2 nisbatni hosil qiladi. Dalton kulrang oksidda har bir qalay atomiga bitta kislorod atomi, oq oksidda esa har bir qalay atomiga ikkita kislorod atomi to'g'ri keladi, degan xulosaga keldi. Ushbu oksidlar bugungi kunda mos ravishda qalay (II) oksidi (SnO) va qalay (IV) oksidi (SnO 2 ) deb nomlanadi.

2-misol - temir oksidi: Dalton temirning ikkita oksidini aniqladi. Ulardan biri qora kukun bo'lib, unda temirning har 100 qismiga taxminan 28 qism kislorod to'g'ri keladi. Ikkinchisi qizil kukun bo'lib, unda har 100 qism temir uchun 42 qism kislorod mavjud.  28 va 42 2:3 nisbatni hosil qiladi. Ushbu oksidlar bugungi kunda temir (II) oksidi (yaxshiroq vüstit sifatida tanilgan) va temir (III) oksidi (zangning asosiy tarkibiy qismi) sifatida tanilgan. Ularning zamonaviy formulalari mos ravishda Fe 2 O 2 va Fe 2 O 3 dir.

3-misol - azot oksidi: Dalton azotning uchta oksidi haqida bilar edi: "azot oksidi", "azot gazi" va "azot kislotasi"  (bu birikmalar bugungi kunda mos ravishda azot oksidi, azot oksidi va azot dioksidi sifatida tanilgan. ). Dalton "Azot oksidi" 63,3% azot va 36,7% kislorod ekanligini tushundi, ya'ni har 140 g azot uchun 80 g kislorod bor. "Azotli gaz" 44,05% azot va 55,95% kislorod, ya'ni har 140 g azot uchun 160 g kislorod bor. "Azot kislotasi" 29,5% azot va 70,5% kislorod, ya'ni har 140 g azot uchun 320 g kislorod bor. 80 g, 160 g va 320 g 1:2:4 nisbatda hosil qiladi. Daltonning ushbu birikmalar uchun formulalari N 2 O, NO va NO 2 edi, asosan bugungi kun bilan bir xil.Tarkibning doimiylik qonuniga koʻra sof birikma har doim bir xil elementlarning bir xil nisbatidan iborat boʻladi. Masalan, 

NaClstart text, N, a, C, l, end text molekulyar formulasiga ega osh tuzi qancha tuz borligidan yoki tuz qayerdan olinganidan qatʼi nazar, natriy va xlor elementlarining teng nisbatidan tarkib topadi. Agar biz ozroq natriy metalli va xlor gazini taʼsirlashtirsak (buni uyda bajarish tavsiya etilmaydi!), unda bir xil tarkibga ega boʻlgan koʻproq osh tuzi olishimiz mumkin boʻladi.

Nazorat savoli: 1700-yillarning boshlarida sayohat qilgan olim quyidagi tajribani oʻtkazishga qaror qildi: u 10 gramm etanol (CH3​CH2​OHstart 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) namunasini olib, kislorod ishtirokida ochiq menzurkada yoqib koʻradi. Reaksiya bajarilgandan soʻng, menzurka boʻsh qoladi. Ushbu natija massaning saqlanish qonunini buzadimi?

Ko'p nisbatlar qonuni tomonidan berilgan dalillardan Dalton o'zining atom nazariyasini ishlab chiqdi. Nazariyaning asosiy muammosi turli elementlar atomlarining nisbiy og'irliklarini aniqlash edi. Elementning atom og'irligi - bu element atomining og'irligi, boshqa elementlar atomlarining og'irligi bilan solishtiriladi. Dalton va uning zamondoshlari atomlarning mutlaq og'irligini, ya'ni grammdagi og'irligini o'lchay olmadilar, chunki atomlar 19-asrda mavjud bo'lgan texnologiyalar bilan to'g'ridan-to'g'ri o'lchash uchun juda kichik edi. Buning o'rniga, ular Dalton davridagi kimyogarlar tabiatdagi eng engil element deb bilishgan vodorod atomlariga nisbatan turli elementlarning atomlari qanchalik og'irligini o'lchadilar.

Dalton atom og'irliklarini ular birlashgan massa nisbatlariga ko'ra, vodorod atomining og'irligini shartli ravishda birlik sifatida baholadi. Biroq, Dalton ba'zi elementlar tabiiy sof shaklda molekulalar sifatida mavjudligini tushunmadi - masalan, sof kislorod O 2 shaklida mavjud. U, shuningdek, har qanday ikki element orasidagi eng oddiy birikma har doim har birining bittadan atomi ekanligiga yanglishib ishongan (shuning uchun u suvni H 2 O emas, H O deb hisoblagan).  Bu, uning apparati cheklovlariga qo'shimcha ravishda, uning natijalarini buzdi. Masalan, 1803 yilda u kislorod atomlari vodorod atomlaridan 5,5 baravar og'irroq ekanligiga ishongan, chunki u suvda 5,5 ni o'lchagan. har 1 g kislorod gramm vodorod va suv formulasi H2O deb ishongan. Yaxshiroq ma'lumotlarni qabul qilib, 1806 yilda u kislorodning atom og'irligi 5,5 emas, balki 7 bo'lishi kerak degan xulosaga keldi va u butun umri davomida bu vaznni saqlab qoldi. Boshqalar o'sha paytdagi aniqroq o'lchovlar natijasida kislorod atomining og'irligi 8 ga, agar suv molekulasi (H2O) uchun Dalton formulasini qabul qilsak, vodorod 1 ga teng bo'lsa, yoki zamonaviy suv formulasini (H 2 O) qabul qilsak, 16 bo'lishi kerak degan xulosaga kelishgan. ). 

Dalton nazariyasidagi nuqson printsipial jihatdan 1811 yilda Amedeo Avogadro tomonidan tuzatilgan. Avogadro har qanday ikkita gazning teng hajmlari, bir xil harorat va bosimda, teng miqdordagi molekulalarni o'z ichiga oladi (boshqacha aytganda, gaz zarralarining massasi uning egallagan hajmiga ta'sir qilmaydi) taklif qildi.  Hozir odatda Avogadro qonuni deb ataladigan Avogadro gipotezasi gazsimon elementlar molekulalarining nisbiy og'irliklarini chiqarish usulini taqdim etdi, chunki gipoteza to'g'ri bo'lsa, nisbiy gaz zichligi gazlarni tashkil etuvchi zarrachalarning nisbiy og'irliklarini bevosita ko'rsatadi. Bunday fikrlash usuli to'g'ridan-to'g'ri ikkinchi gipotezaga olib keldi: ba'zi elementar gazlarning zarralari atomlar emas, balki har biri ikkita atomdan iborat molekulalar edi; va kimyoviy jihatdan birlashganda bu molekulalar ko'pincha ikkiga bo'linadi. Masalan, ikki litr vodorod atigi bir litr kislorod bilan reaksiyaga kirishib, ikki litr suv bug‘ini hosil qilishi (doimiy bosim va haroratda) ikkita molekula suv hosil qilish uchun bitta kislorod molekulasi ikkiga bo‘linishi kerakligini ko‘rsatdi. . Bu suv molekulasi H 2 O bo'lishi kerakligini ham anglatardi. Shunday qilib, Avogadro kislorod va boshqa turli elementlarning atom massasini aniqroq baholay oldi va molekulalar va atomlar o'rtasidagi farqni aniqladi. Biz hozir Avogadro deb ataydigan atomlarni "elementar molekulalar" deb ataydi va biz hozir Avogadro deb ataydigan molekulalar "birikma molekulalar" deb ataladi.

Atom nazariyasiga qarshi 
Daltonning atom nazariyasi barcha olimlar tomonidan darhol qabul qilinmadi.

Muammolardan biri yagona nomenklaturaning yo'qligi edi. "Atom" so'zi bo'linmaslikni nazarda tutgan, ammo Dalton buning o'rniga atomni har qanday moddaning asosiy zarrasi deb ta'riflagan, bu esa "elementar atomlar" dan farqli o'laroq, karbonat angidrid kabi "aralash atomlar" bo'linishi mumkinligini anglatadi.  Boshqa olimlar o'zlarining nomenklaturasidan foydalanganlar, bu faqat umumiy chalkashlikni kuchaytirdi. Masalan, JJ Berzelius "organik atomlar" atamasini uch yoki undan ortiq elementni o'z ichiga olgan zarrachalarga nisbatan ishlatgan, chunki u bu faqat organik birikmalarda mavjud deb o'ylagan. 

Ikkinchi muammo falsafiy edi. 19-asr olimlari atomlarni bevosita kuzatish imkoniga ega emas edilar. Ular bilvosita kuzatishlar, masalan, Daltonning ko'p nisbatlar qonuni orqali atomlarning mavjudligi haqida xulosa chiqardilar. Ba'zi olimlar, xususan, pozitivizm maktabiga mansub bo'lganlar, olimlar koinotning chuqur haqiqatini aniqlashga harakat qilmasliklari kerak, faqat ular to'g'ridan-to'g'ri kuzatishlari mumkin bo'lgan naqshlarni tizimlashtirishlari kerakligini ta'kidladilar. Anti-atomistlarning ta'kidlashicha, atomlar elementlarning qanday reaksiyaga kirishishini bashorat qilish uchun foydali abstraksiya bo'lishi mumkin, ammo ular aniq haqiqatni aks ettirmaydi.Dalton atom nazariyasining uchinchi qismida, birikmalar ikki yoki undan ortiq turli xil atomlarning kombinatsiyalaridir, deb taklif bildirdi. Bunga misol osh tuzidir. Osh tuzi bu – oʻziga xos fizik va kimyoviy xususiyatlarga ega boʻlgan ikkita alohida elementlarning birikmasidir. Birinchisi, natriy kuchli reaktiv metalldir. Ikkinchisi, xlor zaharli gazdir. Ular reaksiyaga kirishganda atomlar 1:1 nisbatda birikadi va biz Qisqa javob: juda koʻp! Masalan, biz hozir atomlarning boʻlinmas emasligini bilamiz (birinchi qismda aytilganidek), chunki ular proton, neytron va elektrondan iborat. Zamonaviy atom tasviri Daltonning “qattiq, mustahkam” zarrachasidan juda farq qiladi. Aslida, Ernest Rezerford, Xans Geyger va Ernest Marsdenning tajribalari shuni koʻrsatdiki, atomlar asosan boʻshliqdan iborat.
NaClstart text, N, a, C, l, end text ning oq kristallarini hosil qilamiz va endi ularni oziq-ovqatimizga sepishimiz mumkin.
Bunday olimlar ba'zan "ekvivalentistlar" nomi bilan tanilgan, chunki ular ekvivalent og'irliklar nazariyasini afzal ko'rganlar, bu Prustning aniq nisbatlar qonunining umumlashtirilishi. Masalan, 1 gramm vodorod 8 gramm kislorod bilan birlashib, 9 gramm suv hosil qiladi, shuning uchun kislorodning ekvivalent og'irligi 8 grammni tashkil qiladi. Bu pozitsiya oxir-oqibat 19-asrda sodir bo'lgan ikkita muhim o'zgarishlar bilan bekor qilindi: davriy jadvalning rivojlanishi va molekulalarning o'z xususiyatlarini belgilaydigan ichki arxitekturaga ega ekanligining kashfiyoti. 

Daltonning ko'p nisbatlar qonuni organik moddalar haqida gap ketganda ham universal qonun emasligi ko'rsatildi. Masalan, oleyk kislotada har 216 g uglerod uchun 34 g vodorod, metanda esa 216 g uglerod uchun 72 g vodorod bor. 34 va 72 17:36 nisbatni hosil qiladi, bu kichik butun sonlar nisbati emas. Biz endi bilamizki, uglerodga asoslangan moddalar boshqa elementlardan ko'ra kattaroq molekulalarga ega bo'lishi mumkin. Oleyk kislota formulasi C 18 H 34 O 2 va metanniki CH 4 dir. Dalton oltin kabi elementlarning har bir atomi shu elementning boshqa atomlari bilan bir xil boʻlishini taxmin qildi. Shuningdek, u bitta elementning atomlari boshqa barcha elementlarning atomlaridan farq qilishini taʼkidladi. Bugunga kelib, biz buni ayni haqiqat ekanini bilamiz. Natriy atomi uglerod atomidan farq qiladi. Elementlar bir nechta shunga oʻxshash qaynash nuqtalari, erish nuqtalari va elektromanfiy xususiyatlarga ega boʻlishi mumkin, ammo ikkala element ham aniq bir xil xususiyatlarga ega emas.

[Nima uchun bu CHIN haqiqat?]
Atom fizikasi