ジョン-ダルトンの原子モデルとは何ですか?

原子論、つまり、すべての物質は小さくて不可分な要素で構成されているという信念は、非常に深いルーツを持っています。 当初、この理論は何千年も前に哲学的アイデアとしてギリシャ語とインド語のテキストに登場しました。 しかし、証拠に基づくアプローチが原子モデルがどのように見えるかを明らかにし始めた19世紀まで、それは科学的に受け入れられませんでした。

イギリスの化学者、気象学者、物理学者であるジョン–ダルトンが一連の実験を開始し、その後ダルトンの原子理論として知られる原子組成の理論を提案し、現代物理学と化学の礎石の一つとなった。 原子相互作用のモデルを作成するだけでなく、John Daltonはガスがどのように機能するかを理解するための法則を開発したとも信じられています。 やがて、これは彼が原子がどのように相互作用するか、原子の重さについてのことを結論づけ、科学的規律として原子理論を確立する法律を設計する

ダルトンのガスの法則:

ダルトンは、ガスの彼の研究の結果として原子の彼の理論を思い付いた。 これは1800年にダルトンがマンチェスター文学哲学協会の秘書となったときに始まった。 そこにいる間、ダルトンは蒸発に、異なる温度での蒸気や他の蒸気の圧力を含む混合ガスの構成に彼の実験を概説したエッセイのシリーズを提出し始 そしてガスの熱膨張について。

彼のエッセイでは、Daltonは0と100°C(32と212°F)の間のさまざまな点で蒸気の圧力を確認しようとした実験を説明しました。 6つの異なる液体の彼の観察に基づいて、ダルトンは、すべての液体の蒸気圧の変化は、温度の同じ変化、および任意の与えられた圧力の同じ蒸気に対

彼はまた、熱が加えられると、同じ圧力下のすべての弾性流体が均等に膨張すると結論づけた。 さらに、彼は、水銀の任意の膨張(すなわち、水銀温度計を使用して温度の上昇を指摘した)に対して、対応する空気の膨張が比例して小さいほど、温度が高

ヘリウム原子の原子構造の描写。 Credit:Creative Commons
ヘリウム原子の原子構造の描写。 クレジット:Wikipedia/クリエイティブ*コモンズ

これは、ダルトンの法則としての基礎となりました(別名。 ダルトンの分圧の法則)は、非反応性ガスの混合物において、発揮される全圧力は個々のガスの分圧の合計に等しいと述べた。

ダルトンの原子論:このガスの研究の過程で、Daltonは、2つの異なる化合物が同じ共通の元素または元素群を共有していても、特定のガスは特定の割合でしか結合できな

これらの実験は、化学反応を扱った18世紀末近くに現れた二つの理論に基づいて構築されました。 最初のものは、1789年にアントワーヌ–ラヴォアジエによって定式化された質量保存の法則であり、化学反応における総質量は一定のままであること、すなわち反応物は生成物と同じ質量を有することを述べている。第二は、1799年にフランスの化学者Joseph Louis Proustによって最初に証明された、明確な割合の法則でした。 この法律は、化合物がその構成要素に分解されると、元の物質の量または供給源にかかわらず、成分の質量は常に同じ割合を有すると述べている。

ジョン・ダルトンの化学哲学の新しいシステム(1808)に描かれているように、様々な原子や分子。 クレジット: パブリックドメイン

これらの法律を研究し、それらの上に構築し、ダルトンは、複数の割合の彼の法律を開発しました。 この法則は、二つの要素が可能な化合物の数を形成するために組み合わせることができる場合、第一の要素の固定質量と結合する第二の要素の質量の比は、小さな整数の比になると述べている。

言い換えれば、元素は、その独特の原子量のために、結合される化合物に基づいて自然に異なる固定比で原子レベルで結合する。

この発見は、5つの基本定理に焦点を当てたダルトンの原子法則またはモデルの基礎となった。 T

元素が最も純粋な状態で原子と呼ばれる粒子で構成されている状態、特定の元素の原子はすべて同じであり、最後の原子まで同じであること、異なる元素の原子は原子量によって区別されること、元素の原子が結合して化合物を形成すること、原子は化学反応で作成または破壊することができず、グループ化のみが変化する。

ダルトンはまた、水が異なる割合で異なるガスを吸収する理由を原子理論が説明できると信じていました–例えば、彼は水が窒素を吸収したよりも ダルトンは、これはガスのそれぞれの粒子の質量と複雑さの違いによるものであると仮定した。

彼の原子理論の五点に基づいて、原子のダルトンのモデル。 クレジット:modernbiochemistry.weebly.com's model of the atom, based on the five points of his atomic theory. Credit: modernbiochemistry.weebly.com
彼の原子理論の五点に基づいて、原子のダルトンのモデル。 クレジット: modernbiochemistry.weebly.com

実際には、ダルトンが原子の存在を示唆したのは初めてと考えられているこの非常に観察でした。 1805年に最初に出版された水のガス吸収を扱った論文の中で、彼は書いた:

“なぜ水はあらゆる種類のガスの大部分を同様に認めないのですか? この質問は私が正式に検討しましたが、私は完全に自分自身を満足させることはできませんが、状況はいくつかのガスの究極の粒子の重量と数に”

Daltonは、各化学元素は単一のユニークなタイプの原子で構成されており、化学的手段によって変更または破壊することはできませんが、結合してより複雑な構造(すなわち化学化合物)を形成することができると提案しました。 ダルトンは実験と経験的な方法で結果の検討によって彼の結論に達したので、これは、原子の最初の真に科学的な理論をマークしました。

ダルトンと原子量:

ダルトンはまた、水素原子を標準とした質量比に基づいて原子量を研究し始めました。 しかし、ダルトンは実験室の機器の粗さと、純粋な酸素(O2)などの特定の元素の原子が分子の形で存在するとは考えていなかったという事実によっ

彼はまた、任意の2つの元素の間の最も単純な化合物は常にそれぞれ1つの原子であると信じていました。

これは、水の化学式がH2OではなくHOであると考えた方法で最もよく説明されました。

現代の原子理論の父であるジョン-ダルトン。 クレジット:chemheritage.org
ジョン-ダルトン、現代の原子理論の父。 クレジット: chemheritage.org

1803年に、ダルトンは経口物質の数のための相対原子量の彼の最初のリストを発表しました。 この論文は1805年に出版されましたが、彼はこれらの数字をどのように得たかを正確に議論しませんでした。 1807年、彼の方法は、トムソンの教科書、化学のシステムの第三版で、彼の知人トマス・トムソンによって明らかにされました。 最後に、ダルトンは1808年と1810年に彼自身の教科書”A New System of Chemical Philosophy”に完全な記述を発表した。

科学的欠陥:

ダルトンの理論の主な欠陥–すなわち 分子と原子の両方の存在は、後にAmedeo Avogadroによって1811年に原則的に修正されました。 アボガドロは、等しい温度と圧力で、等しい体積の任意の二つのガスは、分子の等しい数を含むことを提案しました。 言い換えれば、ガスの粒子の質量は、それが占める体積に影響を与えません。

アボガドロの法則は、彼が反応する体積を研究することによって、多数のガスの二原子の性質を推測することを可能にした。 したがって、Avogadroは、酸素および他の様々な元素の原子質量のより正確な推定値を提供することができ、分子と原子を明確に区別した。 悲しいかな、これらの発見と他の発見の両方がダルトンの理論と矛盾し、洗練されました。例えば、科学者たちは、かつて物質の最小部分であると考えられていた原子が、実際にはさらに小さな素粒子に細分されることを発見しました。

そして、ダルトンは、正、負、および中性電荷の間に分離しない単一のエンティティとしての原子として考案したのに対し、Jによるその後の実験。J.Thomson、Ernest Rutherford、Neils Bohrはより複雑な構造を原子に明らかにした。

ニール-ボーアのモデルa窒素原子。 クレジット:britannica.com's model a nitrogen atom. Credit: britannica.com
Neils Bohrのモデル窒素原子。 クレジット:britannica.com

これらの理論は、後に電子顕微鏡で行われた観察によって検証されました。 我々はまた、原子量は原子自体の構造の産物であることを知っている。 したがって、ダルトンの原子モデルは、その最も純粋な形で、現在は化学反応にのみ有効であると考えられている。 しかし、これは現代科学へのダルトンの貢献を減少させるものではありません。

彼の時代以前は、原子は古典的な古代から受け継がれた哲学的な構造に過ぎませんでした。 ダルトンの画期的な研究は、理論を現実のものにしただけでなく、アインシュタインの相対性理論やプランクの量子論など、現代の宇宙の理解の基礎を形成する2つの研究分野など、他の多くの発見につながった。私たちは今日の宇宙でここに原子理論についての多くの興味深い記事を書いています。

ここでは、宇宙の原子の数についてのものですが、原子の部分は何ですか? デモクリトスは誰だった?、ボーアの原子モデル、そしてプラムプディングモデルとは何ですか?Daltonのモデルについてもっと知りたい場合は、Central Queensland UniversityのDaltonの原子モデルについての記事をチェックしてください。

Daltonの原子モデルについての記事。

天文学のキャストは、件名に多くの興味深いエピソードを記録しています。 それらをチェックアウト-エピソード138:量子力学、エピソード378:ラザフォードと原子、およびエピソード392: 標準モデル-イントロ。

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