نظرية ذرية
التاريخ > جون دالتون

ظهر قانونان حول التفاعلات الكيميائية قرب نهاية القرن الثامن عشر لا يتضمن إشارةً إلى فكرة النظرية الذرية. كان الأول هو قانون انحفاظ الكتلة الذي صاغه أنطوان لافوازييه عام 1789، والذي ينص على أن الكتلة الكلية في تفاعل كيميائي تبقى ثابتة (أي أن مجموع كتلة المواد المتفاعلة يساوي مجموع كتلة المواد الناتجة). أما الثاني فهو قانون النسب الثابتة، وقد أُثبت هذا القانون للمرة الأولى على يد الكيميائي الفرنسي جوزيف لويس بروست عام 1799، ينص هذا القانون على أن مركباً ما إذا فُصِل إلى عناصره المُكوِّنة فإن هذه العناصر دائماً تأخذ نفس النسب، بغض النظر عن كمية أو مصدر المادة الأصلية.
درس جون دالتون ما سبق وتوسع فيه وطوّر قانون النسب المتضاعفة، الذي ينص على أنه إذا أمكن جمع عنصرين لتشكيل عدد من المركبات المحتملة، فإن النسبة بين الكتل المختلفة من أحد العنصرين التي تتحد مع كتلة ثابتة من العنصر الآخر تكون نسبة عددية صحيحة وبسيطة. على سبيل المثال، درس بروست أكاسيد القصدير ووجد أن كتلتها هي إما 88.1% قصدير و 11.9% أوكسجين أو 78.7% قصدير و 21.3% أوكسجين (و هي أوكسيد القصدير الثنائي وثنائي أوكسيد القصدير على التوالي). لاحظ دالتون من هذه النسب المئوية أن 100 غرام من القصدير ستجتمع مع إما مع 13.5 غرام أو 27 غرام من الأوكسجين. حيث تشكل 13.5 و 27 النسبة 1:2. وجد دالتون أن النظرية الذرية للمادة يمكن أن تشرح هذا النموذج الكيميائي الشائع بشكل أنيق، ففي حالة أكاسيد القصدير التي بحثها بروست، سوف تتحد ذرة واحدة من القصدير مع ذرة أو ذرتين من الأوكسجين.
آمن دالتون بأن النظرية الذرية قادرة على تفسير سبب امتصاص المياه للغازات المختلفة بنسب مختلفة، على سبيل المثال وجد أن الماء يمتص ثنائي أوكسيد الكربون بشكل أفضل من امتصاصه لغزا النتروجين. افترض دالتون أن سبب هذا السلوك الاختلافات في الكتلة ومزيج جزيئات الغاز، بالإضافة إلى أن جزيئات ثنائي أوكسيد الكربون أثقل وأكبر من جزيئات النيتروجين.
اقترح دالتون أن كل عنصر كيميائي يتكون من ذرات نوع فريد واحد، وعلى الرغم أن هذه الذرات لا يمكن تدميرها أو تغييرها بوسائل كيميائية، فإنه من الممكن أن تجتمع لتشكل بنى أكثر تعقيداً (المركبات الكيميائية). كانت هذه أول نظرية علمية حقيقية عن الذرة، حيث توصل دالتون إلى استنتاجاته عن طريق التجريب.
عام 1803 قدم دالتون شفوياً قائمته الأولى للأوزان الذرية النسبية لعدد من المواد. نُشِرت هذه الورقة عام 1805، لكنه لم يناقش بالضبط طريقة حصوله على الأرقام. كُشِف للمرة الأولى عن طريقة الحساب عام 1807 من قبل معارفه توماس طومسون في كتاب «نظام الكيمياء» في الطبعة الثالثة منه. وأخيراً نشر دالتون حساباً كاملاً في كتابه الخاص «نظام جديد للفلسفة الكيميائية» بين عامي 1808 و 1810.
قدّر دالتون الأوزان الذرية استناداً لنسب الكتلة عند اتحادها مع ذرة الهيدروجين، التي اِعتُبرت واحدةً للقياس. على الرغم من أن دالتون لم يتصور وجود ذرات بعض العناصر متحدةً بشكل جزيئات- على سبيل المثال الأوكسجين النقي يوجد بشكل جزيئات أوكسجين كل واحدة منها تتألف من ذرتين. واعتقد دالتون بصورة خاطئة أن أبسط مركب بين أي عنصرين هو دائماً المركب المكون من ذرة واحدة من أحدهما وذرة من الآخر (لذا فقد اعتقد أن HO أبسط من H2O). بالإضافة إلى سوء معداته والعيب في نتائجه، على سبيل المثال كان يعتقد عام 1803 أن ذرات الأوكسجين كانت أثقل بـ 5.5 مرات من ذرات الهيدروجين، لأنه قاس في الماء 5.5 غرام من الأوكسجين مقابل كل 1 غرام هيدروجين واعتقد كذلك أن صيغة الماء هي HO. عام 1806اعتمد دالتون أرقاماً أفضل، حيث خلص إلى أن الوزن الذري للأوكسجين هو 7 أضعاف الهيدروجين بدلاً من 5.5، وقد اعتمد هذا الوزن لبقية حياته، بينما خلص آخرون عاصروه إلى أن ذرة الأوكسجين يجب أن تزن 8 أضعاف ذرة الهيدروجين إذا اعتمد صيغة دالتون لجزيء الماء HO، أو يجب أن يزن 16 ضعف ذرة الهيدروجين إذا اعتمد الصيغة الحالية (H2O).