نظرية العالم دالتون الذرية

تاريخ نظرية دالتون الذريّة

على الرغم من أن مفهوم الذرّة يعود إلى أفكار ديموقريطس، إلا أن عالم الأرصاد الجوية والكيميائي الإنجليزي جون دالتون صاغ أول وصف حديث لها باعتبارها اللبنة الأساسية للبنى الكيميائية. طور دالتون قانون النسب المتعددة (قدم لأول مرة في 1803) من خلال دراسة وتوسيع أعمال أنطوان لافوازييه وجوزيف بروست. درس بروست أكاسيد القصدير ووجد أن كتلها كانت إما 88.1٪ قصدير و 11.9٪ أكسجين أو 78.7٪ قصدير و 21.3٪ أكسجين (كانت هذه أكسيد القصدير (II) وثاني أكسيد القصدير على التوالي).
 لاحظ دالتون من هذه النسب المئوية أن 100 جرام من القصدير سوف تتحد إما مع 13.5 جرام أو 27 جرام من الأكسجين؛ تشكل 13.5 و 27 نسبة 1: 2. وجد دالتون أن النظرية الذرية للمادة يمكن أن تفسر بأناقة هذا النمط الشائع في الكيمياء – في حالة أكاسيد القصدير لبروست سوف تتحد ذرة واحدة من القصدير مع ذرة أكسجين واحدة أو اثنتين.
يعتقد دالتون أيضًا أن النظرية الذرية يمكن أن تفسر سبب امتصاص الماء لغازات مختلفة بنسب مختلفة: على سبيل المثال، وجد أن الماء يمتص ثاني أكسيد الكربون بشكل أفضل بكثير من امتصاصه للنيتروجين. افترض دالتون أن هذا يرجع إلى الاختلافات في كتلة وتعقيد جزيئات الغازات. في الواقع جزيئات ثاني أكسيد الكربون (CO₂) أثقل وأكبر من جزيئات النيتروجين (N₂).
اقترح دالتون أن كل عنصر كيميائي يتكون من ذرات من نوع واحد فريد، وعلى الرغم من أنه لا يمكن تغييرها أو تدميرها بالوسائل الكيميائية إلا أنها يمكن أن تتحد لتشكيل هياكل أكثر تعقيدًا (مركبات كيميائية). منذ أن توصل دالتون إلى استنتاجاته عن طريق التجريب وفحص النتائج بطريقة تجريبية، كان هذا أول نظرية علمية حقيقية للذرة.

القوانين الأساسية للنظرية الذريّة

أول شيء سننظر إليه هو قانون الحفاظ على الكتلة . كان قانونًا أسسه أنطوان لافوازييه عام 1789. ينص قانون حفظ الكتلة على أن صافي التغير في كتلة المواد المتفاعلة والمنتجات بعد تفاعل كيميائي هو صفر. هذا يعني أن الكتلة لا يمكن تدميرها أو خلقها. هذا يعني أن الكتلة تظل دائمًا ثابتة في تفاعل كيميائي. لوحظ عدد قليل من الأخطاء في هذا القانون لاحقًا، نظرًا لحقيقة أنه خلال بعض التفاعلات يمكن للكتلة أن تتحول مع الحرارة وطاقة الرابطة.
القانون الثاني هو قانون النسب الثابتة. ينص قانون النسب الثابتة على أنه عندما يتم كسر مركب ما فإن كتلة العناصر المكونة تبقى بنفس النسبة. تكمن أهمية هذا القانون في حقيقة أن كتلة كل مركب لها نفس العناصر بنفس النسب، بغض النظر عن مكان صنع المركب أو مكان الحصول عليه أو كتلة المركب.
القانون الثالث هو قانون النسب المتعددة، والذي ينص على أنه عندما يشكل عنصرين مركبين أو أكثر بينهما، يمكن التعبير عن نسبة كتل العنصر الثاني في كل مركب في شكل أعداد صحيحة صغيرة. تم اقتراح القانون من قبل دالتون نفسه بعد دراسة القانونين السابقين.
القانون الرابع والأخير هو قانون النسب التبادلية، والذي ينص على أنه عندما يتحد عنصران مختلفان مع نفس الكمية من عنصر ثالث، فإن النسبة التي يتم فيها ذلك ستكون هي نفسها أو مضاعفة النسبة التي يُجمعان فيها . اقترح جيمس ريتشر هذا القانون في عام 1792.

نموذج جون دالتون الذري

بناءً على القوانين المذكورة أعلاه التي تم وضعها، صاغ دالتون فكرته حول الطبيعة الأساسية للمادة، وهي الطريقة التي توصل بها إلى مفهوم الذرات. بعد دراسة القوانين المذكورة أعلاه بتفحص شديد، توصل إلى الافتراضات والنقاط التالية.

النقاط الرئيسية لنظرية دالتون الذريّة

• الذرّات عبارة عن جسيمات مادة صغيرة غير قابلة للتدمير كيميائيًا وتتكون العناصر من ذرات.
  
• تشترك ذرّات العنصر في الخصائص المشتركة.
  
• ذرّات العناصر المختلفة لها خصائص مختلفة وأوزان ذريّة مختلفة وتختلف في الحجم.
  
• الذرات التي تتفاعل مع بعضها البعض تخضع لقانون حفظ الكتلة.
  
• الذرات التي تتحد مع بعضها البعض تخضع لقانون النسب المتعددة.
  

العيوب العلمية في نظرية دالتون

تم تصحيح الخلل الرئيسي في نظرية دالتون – أي وجود كل من الجزيئات والذرات – في وقت لاحق من حيث المبدأ في عام 1811 بواسطة أميديو أفوجادرو. اقترح أفوجادرو أن أحجامًا متساوية من أي غازين عند درجة حرارة وضغط متساويين، تحتوي على أعداد متساوية من الجزيئات. بمعنى آخر لا تؤثر كتلة جزيئات الغاز على الحجم الذي يشغله.
سمح له قانون أفوجادرو باستنتاج الطبيعة ثنائية الذرة للعديد من الغازات من خلال دراسة الأحجام التي تفاعلت عندها. وهكذا، كان Avogadro قادرًا على تقديم تقديرات أكثر دقة للكتلة الذرية للأكسجين وعناصر أخرى مختلفة، وقام بتمييز واضح بين الجزيئات والذرات. للأسف تناقضت هذه الاكتشافات وغيرها مع نظريات دالتون.
على سبيل المثال، اكتشف العلماء منذ ذلك الحين أن الذرة – التي كان يُعتقد في السابق أنها أصغر جزء من المادة – يمكن في الواقع تقسيمها إلى جسيمات أولية أصغر. وبينما تصور دالتون الذرات ككيان واحد بدون فصل بين الشحنات الموجبة والسالبة والمحايدة ، كشفت التجارب اللاحقة التي أجراها طومسون ورذرفورد ونيلز بورعن بنية أكثر تعقيدًا للذرة.