Die Atomtheorie – also der Glaube, dass alle Materie aus winzigen, unteilbaren Elementen besteht – hat sehr tiefe Wurzeln. Anfangs erschien die Theorie vor Tausenden von Jahren in griechischen und indischen Texten als philosophische Idee. Es wurde jedoch erst im 19.Jahrhundert wissenschaftlich angenommen, als ein evidenzbasierter Ansatz zu enthüllen begann, wie das Atommodell aussah.Zu dieser Zeit begann John Dalton, ein englischer Chemiker, Meteorologe und Physiker, eine Reihe von Experimenten, die darin gipfelten, dass er die Theorie der atomaren Zusammensetzungen vorschlug – die danach als Daltons Atomtheorie bekannt wurde – das würde einer der Eckpfeiler der modernen Physik und Chemie werden. Neben der Erstellung eines Modells für atomare Wechselwirkungen wird John Dalton auch die Entwicklung von Gesetzen zum Verständnis der Funktionsweise von Gasen zugeschrieben. Mit der Zeit würde dies ihn dazu bringen, Dinge über die Wechselwirkung von Atomen, das Gewicht von Atomen und Gesetze zu entwerfen, die die Atomtheorie als wissenschaftliche Disziplin etablieren.

Daltons Gasgesetze:

Dalton entwickelte seine Theorie der Atome als Ergebnis seiner Forschungen zu Gasen. Dies begann 1800, als Dalton Sekretär der Manchester Literary and Philosophical Society wurde. Dort begann Dalton mit einer Reihe von Aufsätzen, in denen er seine Experimente zur Konstitution gemischter Gase, einschließlich des Drucks von Dampf und anderen Dämpfen bei unterschiedlichen Temperaturen, bei der Verdampfung skizzierte. und über die thermische Ausdehnung von Gasen.In seinen Aufsätzen beschrieb Dalton Experimente, in denen er versuchte, den Dampfdruck an verschiedenen Punkten zwischen 0 und 100 ° C (32 und 212 ° F) zu ermitteln. Basierend auf seinen Beobachtungen von sechs verschiedenen Flüssigkeiten, Dalton kam zu dem Schluss, dass die Variation des Dampfdrucks für alle Flüssigkeiten äquivalent war, für die gleiche Variation der Temperatur, und der gleiche Dampf eines bestimmten Drucks.

Er kam auch zu dem Schluss, dass sich alle elastischen Flüssigkeiten unter dem gleichen Druck gleichmäßig ausdehnen, wenn Wärme angewendet wird. Ferner beobachtete er, dass bei jeder gegebenen Ausdehnung von Quecksilber (d. H. Einem Temperaturanstieg mit einem Quecksilberthermometer) die entsprechende Ausdehnung der Luft proportional geringer ist, je höher die Temperatur ist.

Dies wurde zur Grundlage als Daltons Gesetz (aka. Daltons Partialdruckgesetz), das besagt, dass in einem Gemisch nicht reagierender Gase der ausgeübte Gesamtdruck gleich der Summe der Partialdrücke der einzelnen Gase ist.

Daltons Atomtheorie:

Im Zuge dieser Gasforschung entdeckte Dalton auch, dass bestimmte Gase nur in bestimmten Anteilen kombiniert werden können, selbst wenn zwei verschiedene Verbindungen dasselbe gemeinsame Element oder dieselbe Gruppe von Elementen haben.Diese Experimente bauten auf zwei Theorien auf, die gegen Ende des 18.Jahrhunderts entstanden waren und sich mit chemischen Reaktionen befassten. Das erste war das von Antoine Lavoisier 1789 formulierte Massenerhaltungsgesetz, das besagt, dass die Gesamtmasse in einer chemischen Reaktion konstant bleibt – d. H. Dass die Reaktanten die gleiche Masse wie die Produkte haben.Das zweite war das Gesetz der bestimmten Proportionen, das erstmals 1799 vom französischen Chemiker Joseph Louis Proust bewiesen wurde. Dieses Gesetz besagt, dass, wenn eine Verbindung in ihre Bestandteile zerlegt wird, die Massen der Bestandteile immer die gleichen Anteile haben, unabhängig von der Menge oder Quelle der ursprünglichen Substanz.

Dalton studierte diese Gesetze und entwickelte darauf aufbauend sein Gesetz der multiplen Proportionen. Dieses Gesetz besagt, dass, wenn zwei Elemente kombiniert werden können, um eine Anzahl möglicher Verbindungen zu bilden, die Verhältnisse der Massen des zweiten Elements, die sich mit einer festen Masse des ersten Elements verbinden, Verhältnisse kleiner ganzer Zahlen sind.Mit anderen Worten, Elemente verbinden sich auf atomarer Ebene in festen Verhältnissen, die sich aufgrund ihrer einzigartigen Atomgewichte natürlich je nach den zu kombinierenden Verbindungen unterscheiden. Die Ergebnisse wurden zur Grundlage von Daltons Atomgesetzen oder -modell, das sich auf fünf grundlegende Theoreme konzentriert. Der Zustand, dass Elemente in ihrem reinsten Zustand aus Teilchen bestehen, die Atome genannt werden; dass Atome eines bestimmten Elements alle gleich sind, bis zum allerletzten Atom; dass Atome verschiedener Elemente durch ihre Atomgewichte getrennt werden können; dass sich Atome von Elementen zu chemischen Verbindungen vereinigen; und dass Atome in chemischen Reaktionen weder erzeugt noch zerstört werden können, nur die Gruppierung ändert sich jemals.Dalton glaubte auch, dass die Atomtheorie erklären könnte, warum Wasser verschiedene Gase in unterschiedlichen Anteilen absorbierte – zum Beispiel fand er heraus, dass Wasser Kohlendioxid viel besser absorbierte als Stickstoff. Dalton stellte die Hypothese auf, dass dies auf die Unterschiede in Masse und Komplexität der jeweiligen Partikel der Gase zurückzuführen sei.

Tatsächlich war es genau diese Beobachtung, von der angenommen wird, dass sie das erste Mal war, dass Dalton auf die angebliche Existenz von Atomen hinwies. In der Arbeit, die sich mit der Gasabsorption in Wasser befasste und erstmals 1805 veröffentlicht wurde, schrieb er:“Warum gibt Wasser nicht seinen Großteil jeder Art von Gas gleichermaßen zu? Diese Frage habe ich sorgfältig geprüft, und obwohl ich mich nicht vollständig befriedigen kann, bin ich fast überzeugt, dass der Umstand von dem Gewicht und der Anzahl der letzten Teilchen der verschiedenen Gase abhängt.“Dalton schlug vor, dass jedes chemische Element aus Atomen eines einzigen, einzigartigen Typs besteht, und obwohl sie nicht durch chemische Mittel verändert oder zerstört werden können, können sie sich zu komplexeren Strukturen (d. H. chemischen Verbindungen) verbinden. Dies war die erste wirklich wissenschaftliche Theorie des Atoms, da Dalton seine Schlussfolgerungen durch Experimentieren und empirische Untersuchung der Ergebnisse zog.

Dalton und Atomgewichte:

Daltons begann auch, Atomgewichte basierend auf den Massenverhältnissen zu untersuchen, in denen sie sich kombinierten, wobei das Wasserstoffatom als Standard genommen wurde. Dalton war jedoch durch die Rohheit seiner Laborinstrumente und die Tatsache eingeschränkt, dass er nicht begriff, dass die Atome bestimmter Elemente in molekularer Form wie reinem Sauerstoff (O2) existieren.

Er glaubte auch, dass die einfachste Verbindung zwischen zwei beliebigen Elementen immer jeweils ein Atom ist. Dies wurde am besten dadurch veranschaulicht, wie er dachte, dass die chemische Formel für Wasser HO war, nicht H2O.

1803 präsentierte Dalton mündlich seine erste Liste relativer Atomgewichte für eine Reihe von Substanzen. Dieses Papier wurde 1805 veröffentlicht, aber er diskutierte dort nicht genau, wie er diese Zahlen erhielt. 1807 wurde seine Methode von seinem Bekannten Thomas Thomson in der dritten Ausgabe von Thomsons Lehrbuch A System of Chemistry enthüllt. Schließlich veröffentlichte Dalton 1808 und 1810 einen vollständigen Bericht in seinem eigenen Lehrbuch A New System of Chemical Philosophy.

Wissenschaftliche Mängel:

Der Hauptfehler in Daltons Theorie – d.h. die Existenz von Molekülen und Atomen – wurde später 1811 von Amedeo Avogadro im Prinzip korrigiert. Avogadro schlug vor, dass gleiche Volumina von zwei beliebigen Gasen bei gleicher Temperatur und gleichem Druck die gleiche Anzahl von Molekülen enthalten. Mit anderen Worten, die Masse der Teilchen eines Gases beeinflusst nicht das Volumen, das es einnimmt.

Avogadros Gesetz erlaubte ihm, die Zweiatomigkeit zahlreicher Gase abzuleiten, indem er die Volumina untersuchte, mit denen sie reagierten. So konnte Avogadro genauere Schätzungen der Atommasse von Sauerstoff und verschiedenen anderen Elementen anbieten und klar zwischen Molekülen und Atomen unterscheiden. Leider widersprachen und verfeinerten diese und andere Entdeckungen Daltons Theorien.Zum Beispiel haben Wissenschaftler inzwischen entdeckt, dass das Atom – einst als der kleinste Teil der Materie angesehen – tatsächlich in noch kleinere Elementarteilchen unterteilt werden kann. Und während Dalton konzipiert als Atome als eine Einheit ohne Trennung zwischen positiven, negativ, und neutrale Ladungen, nachfolgende Experimente von J.J. Thomson, Ernest Rutherford und Neils Bohr enthüllten dem Atom eine komplexere Struktur.

Diese Theorien wurden später durch Beobachtungen mit dem Elektronenmikroskop validiert. Wir wissen auch, dass das Atomgewicht ein Produkt der Struktur der Atome selbst ist. Daher gilt Daltons Atommodell in seiner reinsten Form nur noch für chemische Reaktionen. Dies schmälert jedoch nicht Daltons Beitrag zur modernen Wissenschaft.

Vor seiner Zeit war das Atom kaum mehr als ein philosophisches Konstrukt, das aus der Antike überliefert wurde. Daltons bahnbrechende Arbeit hat nicht nur die Theorie Wirklichkeit werden lassen, sondern auch zu vielen anderen Entdeckungen geführt, wie Einsteins Relativitätstheorie und Plancks Quantentheorie – zwei Forschungsgebiete, die die Grundlage unseres modernen Verständnisses des Kosmos bilden.

Wir haben viele interessante Artikel über die Atomtheorie hier bei Universe today geschrieben. Hier ist eine über die Anzahl der Atome im Universum, Was sind die Teile des Atoms? Wer war Demokrit?, Bohrs Atommodell, und was ist das Plumpudding-Modell?

Wenn Sie mehr über Daltons Modell erfahren möchten, lesen Sie den Artikel der Central Queensland University über Daltons Atommodell.

Astronomy Cast hat viele interessante Episoden zu diesem Thema aufgenommen. Schau sie dir an – Episode 138: Quantenmechanik, Episode 378: Rutherford und Atome und Episode 392: Das Standardmodell – Intro.