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Der Ursprung und die Entwicklung von John Daltons Atommodell der Materie

Die wissenschaftlichen Wurzeln der modernen Atomtheorie beginnen in der Arbeit des Chemikers John Dalton aus dem 19. Jahrhundert, aber das Atom ist eine der ältesten Ideen in der westlichen Philosophie.

Die Idee des Atoms als kleinste, unteilbare Einheit der Materie hat eine lange Geschichte, die John Dalton um Jahrtausende vorausgeht, aber seine wissenschaftlich begründete Theorie zu Beginn des 19. Jahrhunderts war eine bahnbrechende Entwicklung in unserem Verständnis dieser GrundlagenElement der physischen Welt.

Die Ursprünge des Atoms

Quelle : Afshin Taylor Darian / Flickr

Die Idee einer unteilbaren Einheit der Materie, aus der alle Dinge gemacht sind kann gefunden werden in Texten sowohl aus dem antiken Griechenland als auch aus dem alten Indien, aber das Atom, wie wir es kennen, begann im 6. Jahrhundert v. Chr. Wirklich im antiken Griechenland.

Der Begriff Atom leitet sich vom Wort ab Atomos, geprägt von der antike griechische Philosoph Leukipp und sein Schüler Demokrit um das 6. oder 5. Jahrhundert v. Chr. Wörtlich Demokrit, was wörtlich "nicht schneidbar" bedeutet, verbreitete er die Idee, dass die Atome unendlich viele, ewige und ungeschaffene physikalische Teilchen sind, aus denen alle Materie besteht.

Die Ideen der frühen Atomisten - wie Leucippus, Demokrit und Epikur manchmal genannt werden - haben das Konzept wesentlich gemacht, dass die einzige wirkliche Veränderung in der Welt die des Ortes war - insbesondere die Veränderung des Bewegungs- oder Ruhezustands--und dass nie etwas Neues geschaffen wurde und dass nichts Bestehendes jemals aufgehört hat zu sein.

Als eine Person geboren wurde, änderten die Atomos, aus denen sie zusammengesetzt waren, ihre Position, um diese Person zu dem zu machen, was sie waren. Wachstum war einfach mehr Atomos, die ihre Position änderten, um sich einer bereits existierenden Sammlung von Atomos anzuschließen. Als jemand starb und ihre Körper verfielen, wurden dieAtomos einfach getrennt und zerstreut, und diese Atomos konnten später zu einem Grashalm oder einem Fluss umgestaltet werden. Sie waren im Wesentlichen die Carl Sagans ihrer Zeit und erinnerten uns alle daran, dass wir alle aus Sternen bestehen.

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Quelle : Studentkinja matematike / Wikimedia Commons

Dies kommt der tatsächlichen Realität der Materie näher als den Ideen von Demokrits Erzfeind Platon. wer konzipiert Die Welt besteht aus transzendenten Dreiecken und Polyedern, aus denen eines der vier Elemente - Erde, Wind, Feuer und Wasser - hervorgegangen ist. Diese Elemente würden sich dann zu unvollkommenen physischen Kopien abstrahierter, perfekter Formen von allen zusammenfügengegebene Sache.

Demokrits Werk überlebte den Fall Roms und ritt aus dem Europäisches Mittelalter in der islamischen Welt. Die Wiederentdeckung des Atomos in Europa erfolgte dank der Wiedereinführung von Aristoteles, Platons Schüler, der in seinen eigenen Werken über die konkurrierenden Ideen des Atomos und Platons Dreiecke debattierte, und des römischen Dichters Lucretius, der darüber schriebEpicurus 'atomistische Ideen, die auf Democritus' Ideen aus ein paar Jahrhunderten zuvor aufbauten.

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Die Wiedereinführung der heidnischen Philosophie brachte die regierenden kirchlichen Autoritäten ziemlich aus der Form, obwohl Aristoteles zumindest den Vorteil einer monotheistischen Philosophie hatte, die Befürworter argumentieren konnten - und taten -, dass Aristoteles dies war. wirklich Als er über den abrahamitischen Gott sprach, hatte er gerade noch nie von ihm gehört und wusste nicht, welchen Namen er seinem Hauptantrieb geben sollte.

Epikur und Demokrit hatten jedoch keine solche Verteidigung. Die Atomos bedeuteten, dass keine Götter benötigt wurden, um Leben und Tod zu erklären, oder wie Holz zu Rauch und Asche verbrennt oder wie Wasser und Boden zu Feldfrüchten werden. Alles konnte durch erklärt werdeneine Änderung der Position der verschiedenen Atomos im Verhältnis zueinander. Die materialistische Grundlage für die Philosophien von Epikur und Demokrit widersprach direkt den Lehren der Kirche, und so wurden die Früchte dieser Philosophie, die Atomos, als dumme heidnische Häresie gebrandmarkt, was sie gefährlich machtesich für ein solches materielles Modell einzusetzen.

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Trotzdem konnte man nicht umgehen, dass das Atomos ein wirklich guter Weg war, um das natürliche Phänomen zu erklären, so dass die Idee des Atomos herumhing und sogar von einigen aufgegriffen wurde. innerhalb der Kirche wer argumentierte, dass nichts in den heiligen Schriften ausgeschlossen Gott von der Erschaffung des Universums aus Atomos. Zur Zeit der Aufklärung war die Kenntnis des Atomos ziemlich weit verbreitet unter der neuen wissenschaftlichen Klasse, aber es blieb im Großen und Ganzen eine rein philosophische Idee.

John Daltons Arbeit über Gase

Quelle : Wikimedia Commons

Um die Wende des 19. Jahrhunderts John Dalton war ein englischer Chemiker, Physiker und Meteorologe, der als Sekretär der Manchester Literary and Philosophical Society arbeitete. Um 1800 erlebte die Chemie eine der dramatischsten intellektuellen Revolutionen seit Jahrtausenden, als wissenschaftliche Strenge auf das alte Studium der Alchemie angewendet wurde, die genannt wurde Chemische Revolution aus dem 18. Jahrhundert

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Während die altgriechische Idee, dass Wasser, Luft, Feuer und Erde die wesentlichen Elemente aller Materie sind, zu dieser Zeit von vielen als gegeben angesehen wurde, Chemiker wie Antoine Lavoisier im 18. Jahrhundert einen Großteil der Grundlagen für die moderne Chemie legte, indem er einige der wichtigsten Elemente der Chemie wie Wasserstoff und Sauerstoff isolierte und identifizierte. Dennoch steht dieses wissenschaftliche Verständnis der Chemie und des Atoms im Mittelpunkt vonAls John Dalton es zu Beginn des 19. Jahrhunderts erbte, steckte alles noch in den Kinderschuhen.

Die Eigenschaften von Gasen waren für Dalton von besonderem Interesse und ein Großteil seiner wichtigsten Arbeiten dreht sich um ihre Untersuchung. Ab 1800 begann Dalton, die unterschiedlichen Drücke verschiedener Dampfformen aufzuzeichnen, die zu dieser Zeit als separate Substanz angesehen wurdenatmosphärische Luft. nach Universum heute :

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[b] Aufgrund seiner Beobachtungen von sechs verschiedenen Flüssigkeiten kam Dalton zu dem Schluss, dass die Änderung des Dampfdrucks für alle Flüssigkeiten bei gleicher Temperaturänderung und gleichem Dampf eines bestimmten Drucks gleich war.

Er kam auch zu dem Schluss, dass sich alle elastischen Flüssigkeiten unter dem gleichen Druck bei Wärmeeinwirkung gleichmäßig ausdehnen. Ferner beobachtete er, dass für jede gegebene Quecksilberausdehnung dh einen mit einem Quecksilberthermometer festgestellten Temperaturanstieg die entsprechende Luftausdehnung vorliegtproportional weniger, je höher die Temperatur ist.

Dies wurde zur Grundlage des Daltonschen Gesetzes auch bekannt als Daltons Partialdruckgesetz, das besagte, dass in einem Gemisch nicht reagierender Gase der ausgeübte Gesamtdruck gleich der Summe der Partialdrücke der einzelnen Gase ist.

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Während dieser Arbeit über die Eigenschaften dieser Gase bemerkte Dalton einen besonderen Trend. Er stellte fest, dass bestimmte Gase nur in bestimmten Verhältnissen zu bestimmten Verbindungen kombiniert werden konnten, selbst wenn zwei verschiedene Verbindungen ein oder mehrere gemeinsame Elemente hatten.

Quelle : Wikimedia Commons

Dalton begann zu folgern, dass, wenn eine Verbindung nur mit bestimmten Anteilen an Komponentenelementen hergestellt werden könnte, dies nur funktionieren könnte, wenn einzelne Einheiten der Komponentenelemente in einem bestimmten Verhältnis diskret in der Mischung kombiniert würden, um eins zu ergebenVerbindung und nicht eine andere.

Er kam ferner zu dem Schluss, dass, wenn zwei Elemente zwei oder mehr Verbindungen produzieren können, wie Kohlenstoff und Sauerstoff sowohl Kohlenmonoxid als auch Kohlendioxid erzeugen können, das Verhältnis der Massen des zweiten Elements bei einer festen Masse des ersten Elements zwangsläufig auf reduzierbar wärekleine ganze Zahlen.

Wenn Sie durch Zugabe einer bestimmten Menge Sauerstoff zu Kohlenstoff Kohlenmonoxid erhalten, müssen Sie für die Gewinnung von Kohlendioxid ein Vielfaches der Sauerstoffmenge hinzufügen, die zur Herstellung des Kohlenmonoxids verwendet wird. In diesem Beispiel müssten Sie also zweimal hinzufügenso viel Sauerstoff, um Kohlendioxid zu erhalten, wie Sie benötigen, um Kohlenmonoxid zu erhalten.

Dies könnte wiederum nur dann der Fall sein, wenn die von Ihnen kombinierten physikalischen Kohlenstoff- und Sauerstoffsubstanzen eine Sammlung einzelner Kohlenstoff- und Sauerstoffeinheiten wären, die sich in bestimmten Verhältnissen entsprechend der Menge jedes vorhandenen Elements einzeln miteinander verbinden würden.

Diese beiden Erkenntnisse, kombiniert mit Gesetzen zur Erhaltung der Masse und bestimmter Proportionen - entdeckt von Lavoisier bzw. Joseph Louis Proust - waren die wesentliche Verbindung zwischen den antiken griechischen Atomos des Demokrit und der modernen Chemie. Dalton erkannte diese Geschichte, so nannte er diese Elementareinheiten Atome.

Daltons Atommodell

Vorschlag, was als Dalton-Atommodell bekannt werden würde, Dalton beschrieben fünf wesentliche Eigenschaften des Atoms.

zuerst jedes Element kann auf eine einzelne, unteilbare Einheit für sich reduziert werden.

Sekunde jedes Atom eines Elements ist mit jedem anderen Atom dieses Elements identisch.

Dritter Atome verschiedener Elemente waren durch ihre Atomgewichte unterscheidbar.

Vierter einzelne Atome eines Elements verbinden sich mit einzelnen Atomen eines anderen Elements zu Verbindungen.

Fünfter kein Atom kann jemals in einem chemischen Prozess zerstört oder erzeugt werden, nur die Anordnung der Atome ändert sich.

Während sich einige davon als nicht ganz korrekt herausstellen würden - Isotope eines Elements können sich beispielsweise voneinander unterscheiden und sogar unterschiedliche Eigenschaften haben, während sie immer noch als dasselbe Element klassifiziert werden - was Dalton zu Beginn beschrieben hatdes 19. Jahrhunderts kommt unserem heutigen Verständnis von Materie auf Makroebene ziemlich nahe.

Wie Daltons Atommodell verfeinert wurde

Quelle : DepositPhotos

Im Laufe des nächsten Jahrhunderts wurde Daltons Atommodell verfeinert, da weitere Experimente zeigten, dass das Atom nicht so ordentlich und ordentlich war, wie Dalton es zuerst vorgeschlagen hatte. Marie und Pierre Curie entdeckten, dass Atome bestimmter Elemente Strahlung freisetzten, was sie nicht konntenwenn sie das irreduzible Material wären, das Dalton beschrieben hat.

Später würde sich herausstellen, dass Atome eine positive oder negative elektromagnetische Ladung haben könnten, die wir Ionen nennen. Diese Ionen weisen darauf hin, dass normalerweise neutrale Atome aus einer negativ geladenen Substanz bestehen müssen, die direkt proportional zu einer positiv geladenen ist.geladene Substanz, so dass sich diese beiden Ladungen gegenseitig aufheben. Ionen konnten nur erklärt werden, wenn dieses Gleichgewicht gestört war, was bedeutete, dass die elektromagnetisch geladenen Substanzen des Atoms verschieden und trennbar sein mussten. Das Atom war also nicht so kleinwie es nur geht.

Von dort erhielten wir das Proton, das Neutron und das Elektron, das Photon und die Planck-Konstante, und Albert Einstein, Niels Bohr und andere enträtselten das inzwischen stark überarbeitete Atommodell von John Dalton und führten das Bizarre einWelt der Quantenmechanik. Von dort aus lässt die Wissenschaft die geordnete und messbare Atomstruktur sowie die Physik hinter sich - obwohl noch kein Wort darüber bekannt ist, ob Platon mit diesen Dreiecken Recht hatte.

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