ძირითადი მასალა
კურსი: ქიმია > თემა 3
გაკვეთილი 1: ატომის აღნაგობის განვითარების ისტორიადალტონის ატომური თეორია
დალტონის ატომური თეორიის მტკიცებები: რომელ პუნქტებს ვიყენებთ დღეს და რა ვისწავლეთ დალტონის შემდეგ?
საკვანძო საკითხები
- დალტონის ატომური თეორია იყო პირველი სრულყოფილი მცდელობა, აეხსნათ ნივთიერება ატომებითა და მათი თვისებებით.
- დალტონმა თავისი თეორია დააფუძნა მასის მუდმივობის კანონოსა და შედგენილობის მუდმივობის კანონზე.
- თეორიის პირველი ნაწილი ამბობს, რომ ყველა ნივთიერება შედგება ატომებისგან, რომლებიც განუყოფელია.
- თეორიის მეორე ნაწილი ამბობს, რომ მოცემული ელემენტის ყველა ატომის მასა და თვისებები იდენტურია.
- მესამე ნაწილი ამბობს, რომ ნაერთები ორი ან მეტი განსხვავებული ტიპის ატომების კომბინაციაა.
- თეორიის მეოთხე ნაწილი ამბობს, რომ ქიმიური რეაქცია ატომების გადაჯგუფებაა.
- თეორიის ნაწილებს გადაკეთება დასჭირდა სუბატომური ნაწილაკებისა და იზოტოპების აღმოჩენის საფუძველზე.
ქიმიკოსები სვამენ კითხვებს.
ქიმია სავსეა კითხვებით, რომლებზეც პასუხი არ გვაქვს. ერთ-ერთი პირველი კითხვა, რომელსაც კაცობრიობა დასაბამიდან სვამს, არის - რისგან შედგება სამყარო?
მაგალითად, თუკი თითის წვერის გამოსახულებას დაახლოებით 1000000000000-ჯერ (11 ნულით) გავაფართოვებთ, რას დავინახავთ? ვთქვათ, ვაშლის გამოსახულებისგან რამით განსხვავებული იქნება? თუკი შემდეგ ვაშლს უმცირეს ნაჭრებად დავჭრით წარმოსახვითი პატარა დანით, მივაღწევთ იმ მომენტს, როდესაც მათი დაქუცმაცება შეუძლებელი გახდება უფრო მცირე ნაჭრებად? როგორ გამოიყურებიან ეს ნაჭრები? ექნებათ მათ ისევ ვაშლისთვის დამახასიათებელი თვისებები?
ამ კითხვებზე პასუხი თანამედროვე ქიმიისთვის ფუნდამენტურია. ქიმიკოსები ვერ თანხმდებოდნენ ამ საკითხზე, სანამ რამდენიმე ასეული წლის წინ ამ კითხვებს პასუხი გაეცემოდა. ისეთი მეცნიერების დამსახურებით, როგორიცაა ჯონ დალტონი, თანამედროვე ქიმიკოსები სამყაროს ატომების დონეზე განიხილავენ. მიუხედავად იმისა, რომ მათ შეუიარაღებელი თვალით ვერ ვხედავთ, ნივთიერების თვისებები, როგორიცაა ფერი, აგრეგატული მდგომარეობა (მყარი, თხევადი, აირადი) ან თუნდაც სუნი, ატომურ დონეზე რეაქციების შედეგია. ეს სტატია განიხილავს ჯონ დალტონის ატომურ თეორიას, რომელიც პირველი სრულყოფილი მცდელობა იყო ნივთიერებების მათი შემადგენელი ატომებისა და თვისებების მიხედვით შესწავლისა.
დალტონის თეორიის საფუძვლები
დალტონმა თავისი თეორია ორ კანონზე დააფუძნა: მასისა და შედგენილობის მუდმივობის კანონებზე.
მასის მუდმივობის კანონის მიხედვით დახურულ სისტემაში ნივთიერება არც წარმოიქმნება და არც ქრება. ეს იმას ნიშნავს, რომ თუკი ქიმიური რეაქცია მიმდინარებს, თითოეული ელემენტის რაოდენობა უცვლელია საწყის და მიღებულ ნივთიერებებში. ჩვენ ამ კანონს ვიყენებთ რეაქციის განტოლებების გასათანაბრებლად!
შედგენილობის მუდმივობის კანონის მიხედვით კი სუფთა ნაერთში ყოველთვის დაცულია შემადგენელი ელემენტების პროპორციულობა. მაგალითად, სუფრის მარილი, რომლის მოლეკულური ფორმულაა NaCl, შეიცავს ერთისა და იმავე პროპორციულობის ნატრიუმისა და ქლორის ელემენტებს მიუხედავად იმისა, რა რაოდენობის ნივთიერებაა აღებული ან საიდან. თუ ნატრიუმის მეტალს რეაქციაში შევიყვანთ ქლორის გაზთან - რასაც არ გირჩევთ სახლის პირობებში - უფრო მეტ სუფრის მარილს მივიღებთ იმავე შედგენილობით.
ცნების შემოწმება: დროში მოგზაურმა მეცნიერმა ადრეული 1700-იანებიდან გადაწყვიტა ჩაეტარებინა ექსპერიმენტი: მან აიღო 10 გრამი ეთანოლი (CH3CH2OH) და ღია ჭურჭელში დაწვა ჟანგბადის თანაობისას. რეაქციის დასრულებისას ჭურჭელი ცარიელი დახვდა. ეწინააღმდეგება თუ არა ეს შედეგი მასის მუდმივობის კანონს?
დალტონის ატომური თეორია
ნაწილი პირველი: ყველა ნივთიერება შედგება ატომებისგან.
დალტონმა გამოთქვა ჰიპოთეზა, რომ მასის მუდმივობისა და განსაზღვრული პროპორციების კანონები აიხსნებოდა ატომების არსებობით. მან ივარაუდა, რომ ყველა ნივთიერება შედგება უმცირესი, უხილავი ნაწილაკებისგან - ატომებისგან, რომლებსაც წარმოიდგენდა როგორც „მყარ, მასის მქონე, მაგარ, შეუღწევად, მოძრავ ნაწილაკებს“.
აღსანიშნავია ისიც, რომ რადგანაც დალტონს არ ჰქონდა საჭირო ინსტრუმენტები იმისათვის, რომ ენახა ან ექსპერიმენტები ჩაეტარებინა ცალკეულ ატომებზე, წარმოდგენა არ ჰქონდა ატომების შინაგან სტრუქტურაზე. ჩვენ შეგვიძლია წარმოვიდგინოთ დალტონის ატომი მოლეკულური მოდელით, სადაც სხვადასხვა ელემენტები წარმოდგენილია სხვადასხვა ზომისა და ფერის სფეროებით. ეს მოდელი გამოსადეგია ზოგიერთ შემთხვევაში, თუმცა ახლა ვიცით, რომ ატომები მყარ სფეროებს სულაც არ ჰგავს.
ნაწილი 2: მოცემული ელემენტის ყველა ატომი იდენტურია მასით და თვისებებით.
დალტონმა ივარაუდა, რომ ელემენტის, მაგალითად ოქროს, თითოეული ატომი არის იმავე ელემენტის სხვა ატომების იდენტური. მან ასევე აღნიშნა, რომ ერთი ელემენტის ატომები განსხვავდება სხვა ელემენტის ატომებისგან. დღესდღეობით, ჩვენ ვიცით, რომ ეს ძირითადად სიმართლეა. ნატრიუმის ატომი განსხვავდება ნახშირბადის ატომისგან. ელემენტებს შეიძლება მსგავსი ჰქონდეთ დუღილის და დნობის ტემპერატურა, და ელექტროუარყოფითობა, მაგრამ არც ერთ ორ ელემენტს არ ახასიათებს ზუსტად ერთისა და იმავე თვისებების ერთობლიობა.
ნაწილი 3: ნაერთები არის ორი ან მეტი განსხვავებული ატომის კომბინაცია.
დალტონმა ატომური თეორიის მესამე ნაწილში ჩამოაყალიბა, რომ ნაერთები შედგება ორი ან მეტი განსხვავებული სახეობის ატომებისაგან. მაგალითად, სუფრის მარილი არის ორი ერთმანეთისაგან ფიზიკურად და ქიმიურად განსხვავებული ელემენტის ნაერთი. პირველი, ნატრიუმი, არის მაღალი აქტივობის მქონე მეტალი. მეორე, ქლორი, არის მომწამლავი აირი. მათი ურთიერთქმედებისას ატომების თანაფარდობა არის 1:1 და ყალიბდება თეთრი კრისტალური ნაერთი
ვინაიდან ატომები ერთმანეთისგან თვალის ზომით განუყოფელია, ისინი ყოველთვის გარკვეული თანაფარდობით ერევიან ერთმანეთს. ამიტომ, არ ექნებოდა აზრი მსგავს ჩანაწერს:
ნაწილი 4: ქიმიური რეაქცია არის ატომთა ხელახლა მოწესრიგება.
დალტონმა თავისი ატომური თეორიის მეოთხე და ბოლო ნაწილში აღნიშნა, რომ ქიმიური რეაქციის შედეგად ატომები არც იშლება და არც წარმოიქმნება. ისინი მხოლოდ გადაჯგუფდებიან. მაგალითისთვის, გამოვიყენოთ მარილის წარმოქმნის ხერხი: ნატრიუმი უერთდება ქლორს იმისთვის, რომ წარმოქმნას მარილი. ამ შემთხვევაში ორივეს - ნატრიუმისა და ქლორის - ატომები ისევ არსებობს. ისინი უბრალოდ გადაჯგუფდნენ მარილის წარმოსაქმნელად.
რა ვისწავლეთ მას შემდეგ, რა დალტონმა თავისი თეორია შემოგვთავაზა?
მოკლე პასუხი: ბევრი! მაგალითად, ვიცით, რომ ატომები არაა განუყოფელი—როგორც ეს პირველ ნაწილშია ნათქვამი—რადგან ისინი შედგება პროტონების, ნეიტრონებისა და ელექტრონებისგან. ატომის თანამედროვე სურათი ძალიან განსხვავდება დალტონის „მყარი, მასის მქონე" ნაწილაკისგან. სინამდვილეში ერნესტ რუტერფორდის, ჰანს გაიგერისა და ერნესტ მარსდენის ექსპერიმენტება უჩვენა, რომ ატომები ძირითადად ცარიელი სივრცისგან შედგება.
დალტონის თეორიის მეორე ნაწილი შეიცვალა მას შემდეგ, რაც მასის სპექტრომეტრის ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ ერთი და იგივე ელემენტის ატომებს შეიძლება, ჰქონდეთ განსხვავებული მასები იმიტომ, რომ ერთი და იგივე ელემენტის იზოტოპებში ნეიტრონების რიცხვი განსხვავდება. იზოტოპების შესახებ დამატებითი ინფორმაციისთვის შეგიძიათ, იხილოთ ატომური რიცხვი, მასის რიცხვი და იზოტოპები.
მიხედავად ამ დეტალებისა, დალტონის ატომური თეორია სინამდვილეს შეესაბამება. მას გარკვეული წვლილიც კი შეაქვს თანამედროვე ქიმიის ჩამოყალიბებაში. ატომის დონიდან სამყაროს დასანახად მეცნიერებმა განსაკუთრებული ტექნოლოგია შეიმუშავეს!
შეჯამება
- დალტონის ატომური თეორია იყო პირველი სრულყოფილი მცდელობა, აეხსნათ ნივთიერება ატომებით და მათი თვისებებით.
- დალტონმა თავისი თეორია დააფუძნა მასის მუდმივობის კანონოსა და შედგენილობის მუდმივობის კანონზე.
- თეორიის პირველი ნაწილი ამბობს, რომ ყველა ნივთიერება შედგება ატომებისგან, რომლებიც განუყოფელია.
- თეორიის მეორე ნაწილი ამბობს, რომ მოცემული ელემენტის ყველა ატომის მასა და თვისებები იდენტურია.
- მესამე ნაწილი ამბობს, რომ ნაერთები ორი ან მეტი განსხვავებული ტიპის ატომების კომბინაციაა.
- თეორიის მეოთხე ნაწილი ამბობს, რომ ქიმიური რეაქცია ატომების გადაჯგუფებაა.
- თეორიის ნაწილებს გადაკეთება დასჭირდა სუბატომური ნაწილაკებისა და იზოტოპების არსებობის საფუძველზე.
გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?
პოსტები ჯერ არ არის.