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 " soʻzidan kelib chiqqan boʻlib, "kesilmas" degan ma'noni anglatadi. Jon Dalton kimyoviy atomlar tabiatdagi asosiy zarralardir, degan notoʻg'ri e'tiqod ostida kimyoviy elementlarning asosiy massa birliklariga atamani qoʻllagan; Olimlar Daltonning atomlari oʻziga xos tuzilishga ega ekanligini anglab yetguncha yana bir asr oʻtdi. Haqiqatan ham boʻlinmaydigan zarralar endi "elementar zarralar" deb ataladi.

 Tarix 

 Falsafiy atomizm 

Materiyaning diskret birliklardan tashkil topganligi haqidagi g'oya juda qadimgi g'oya boʻlib, koʻplab qadimgi madaniyatlarda, jumladan, Gretsiya va Hindistonda paydo boʻlgan. "Atom" soʻzi ( Greek   ;  ), "kesilmas" degan ma'noni anglatadi, Sokratgacha boʻlgan 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 oʻrgatgan. Demokrit atomizmini keyingi yunon faylasufi Epikur (miloddan avvalgi 341–270) va Rim epikurchi shoiri Lukretsiy (   yillar) takomillashgan va ishlab chiqqan. Ilk oʻrta 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 boʻldi. Aristotel tomonidan qoʻllab-quvvatlangan materiyaning qarama-qarshi nuqtai nazari materiya uzluksiz va cheksiz va chegarasiz boʻlinishi mumkin edi.Berryman, Sylvia, "Democritus", The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Fall 2008 Edition), Edward N. Zalta (ed.), http://plato.stanford.edu/archives/fall2008/entries/democritus 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 boʻlgan epikurizm falsafasi bilan bog'liq boʻlganligi sababli, atomlarga ishonish koʻpchilik evropalik faylasuflar tomonidan maqbul deb hisoblanmagan.Pyle, Andrew (2010). "Atoms and Atomism". In Grafton, Anthony; Most, Glenn W.; Settis, Salvatore (eds.). The Classical Tradition. Cambridge, Massachusetts and London, England: The Belknap Press of Harvard University Press. pp. 103–104. ISBN 978-0-674-03572-0. Fransuz katolik ruhoniysi Per Gassendi (1592-1655) atomlar Xudo tomonidan yaratilgan va juda koʻp boʻlsa-da, soni cheksiz emasligini ta'kidlab, oʻzgartirishlar bilan epikur atomizmini qayta tikladi. U atomlarning yig'ilishini tasvirlash uchun "molekula" atamasini ishlatgan birinchi odam edi.Cohen, Henri; Lefebvre, Claire, eds. (2017). Handbook of Categorization in Cognitive Science (Second ed.). Amsterdam, The Netherlands: Elsevier. p. 427. ISBN 978-0-08-101107-2. 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 koʻp nisbatlar qonuni 
18-asrning oxirlarida atom nazariyasi tushunchasiga murojaat qilmasdan kimyoviy reaktsiyalar haqidagi ikkita qonun paydo boʻldi. Birinchisi, Antuan Lavuazyening ishi bilan chambarchas bog'liq boʻlgan massaning saqlanish qonuni boʻlib, u kimyoviy reaksiyadagi umumiy massa doimiy boʻlib 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 oʻrnatilgan ushbu qonunda aytilishicha, agar birikma uni tashkil etuvchi kimyoviy elementlarga boʻlingan boʻlsa, unda tarkibiy qismlarning massalari asl nusxaning miqdori yoki manbasidan qat'i nazar, har doim bir xil og'irlik nisbatlariga ega boʻladi. 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 oʻzi va boshqa olimlar tomonidan toʻplangan ma'lumotlarni oʻrganib chiqdi va keyinchalik koʻp nisbatlar qonuni sifatida tanilgan naqshni payqadi. Hammasi ma'lum bir elementni oʻz ichiga olgan birikmalarda bu elementning tarkibi bu birikmalar boʻylab kichik butun sonlar nisbati bilan farqlanadi. Dalton bularning barchasidan elementlar bir-biri bilan diskret va izchil og'irlik birliklarida reaksiyaga kirishadi, degan xulosaga keldi. Soʻzni 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) boʻlib, unda har 100 qism qalay uchun 13,5 qism kislorod mavjud. Boshqa oksid oq kukun (Dalton uni "deytoksid" deb atagan) boʻlib, unda har 100 qism qalay uchun 27 qism kislorod mavjud.Dalton (1817). A New System of Chemical Philosophy vol. 2, p. 36 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 toʻg'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 boʻlib, unda temirning har 100 qismiga taxminan 28 qism kislorod toʻg'ri keladi. Ikkinchisi qizil kukun boʻlib, unda har 100 qism temir uchun 42 qism kislorod mavjud.Dalton (1817). A New System of Chemical Philosophy vol. 2, p. 28 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" Dalton (1808). A New System of Chemical Philosophy vol. 1, pp. 316-319 (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?

Koʻp nisbatlar qonuni tomonidan berilgan dalillardan Dalton oʻzining 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 oʻlchay olmadilar, chunki atomlar 19-asrda mavjud boʻlgan texnologiyalar bilan toʻg'ridan-toʻg'ri oʻlchash uchun juda kichik edi. Buning oʻrniga, ular Dalton davridagi kimyogarlar tabiatdagi eng engil element deb bilishgan vodorod atomlariga nisbatan turli elementlarning atomlari qanchalik og'irligini oʻlchadilar.

Dalton atom og'irliklarini ular birlashgan massa nisbatlariga koʻra, 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 qoʻshimcha 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 oʻlchagan. 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 boʻlishi kerak degan xulosaga keldi va u butun umri davomida bu vaznni saqlab qoldi. Boshqalar oʻsha paytdagi aniqroq oʻlchovlar natijasida kislorod atomining og'irligi 8 ga, agar suv molekulasi (H2O) uchun Dalton formulasini qabul qilsak, vodorod 1 ga teng boʻlsa, yoki zamonaviy suv formulasini (H 2 O) qabul qilsak, 16 boʻlishi 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 oʻz 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 toʻg'ri boʻlsa, nisbiy gaz zichligi gazlarni tashkil etuvchi zarrachalarning nisbiy og'irliklarini bevosita koʻrsatadi. Bunday fikrlash usuli toʻg'ridan-toʻg'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 koʻpincha ikkiga boʻlinadi. 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 boʻlishi kerakligini ham anglatardi. Shunday qilib, Avogadro kislorod va boshqa turli elementlarning atom massasini aniqroq baholay oldi va molekulalar va atomlar oʻrtasidagi 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 yoʻqligi edi. "Atom" soʻzi boʻlinmaslikni nazarda tutgan, ammo Dalton buning oʻrniga atomni har qanday moddaning asosiy zarrasi deb ta'riflagan, bu esa "elementar atomlar" dan farqli oʻlaroq, karbonat angidrid kabi "aralash atomlar" boʻlinishi mumkinligini anglatadi.Pullman (1998). The Atom in the History of Human Thought, p. 201 Boshqa olimlar oʻzlarining nomenklaturasidan foydalanganlar, bu faqat umumiy chalkashlikni kuchaytirdi. Masalan, JJ Berzelius "organik atomlar" atamasini uch yoki undan ortiq elementni oʻz ichiga olgan zarrachalarga nisbatan ishlatgan, chunki u bu faqat organik birikmalarda mavjud deb oʻylagan.Pullman (1998). The Atom in the History of Human Thought, p. 202

Ikkinchi muammo falsafiy edi. 19-asr olimlari atomlarni bevosita kuzatish imkoniga ega emas edilar. Ular bilvosita kuzatishlar, masalan, Daltonning koʻp nisbatlar qonuni orqali atomlarning mavjudligi haqida xulosa chiqardilar. Ba'zi olimlar, xususan, pozitivizm maktabiga mansub boʻlganlar, olimlar koinotning chuqur haqiqatini aniqlashga harakat qilmasliklari kerak, faqat ular toʻg'ridan-toʻg'ri kuzatishlari mumkin boʻlgan naqshlarni tizimlashtirishlari kerakligini ta'kidladilar. Anti-atomistlarning ta'kidlashicha, atomlar elementlarning qanday reaksiyaga kirishishini bashorat qilish uchun foydali abstraksiya boʻlishi 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 koʻrganlar, 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 boʻlgan ikkita muhim oʻzgarishlar bilan bekor qilindi: davriy jadvalning rivojlanishi va molekulalarning oʻz xususiyatlarini belgilaydigan ichki arxitekturaga ega ekanligining kashfiyoti.Pullman (1998). The Atom in the History of Human Thought, p. 226: "The first development is the establishment of the periodic classification of the elements, marking the successful climax of concerted efforts to arrange the chemical properties of elements according to their atomic weight. The second is the emergence of structural chemistry, which ousted what was a simple and primitive verbal description of the elemental composition, be it atomic or equivalentist, of substances and replaced it with a systematic determination of their internal architecture."

Daltonning koʻp nisbatlar qonuni organik moddalar haqida gap ketganda ham universal qonun emasligi koʻrsatildi. 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 koʻra kattaroq molekulalarga ega boʻlishi mumkin. Oleyk kislota formulasi C 18 H 34 O 2 va metanniki CH 4 dir.Trusted (1999). The Mystery of Matter, p. 73 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?]

Turkum:Atom fizikasi