Atomowa teoria swiata

HISTORIA ATOMU


W starożtyności było wiele teorii o budowie materii.

Charakterystyczne są poglądy filozoficzne Talesa. Zrywały one z panującą we wcześniejszych koncepcjach, dotyczących powstania wszechświata, mitologiczną interpretacją zjawisk przyrody. Tales za prapierwiastek rzeczywistości uważał wodę, która miała otaczać ze wszystkich stron płaski krąg Ziemi. Tales przeprowadził eksperymenty z bursztynami, stanowiące pierwsze doświadczenia fizyczne z zakresu elektryczności.
Heraklit z Efezu za zasadę rzeczy (arche) uważał ogień. Głosił pogląd o zmienności rzeczy (panta rhei — wszystko płynie). Ta myśl dążyła do tego, że nie można wejść dwa razy do tej samej rzeki (Był kupcem i przyglądał się tłumowi kupujących, którzy ciągle się przemieszczali. Poszedł nad rzekę i zobaczył płynącą wodę.). Dwa razy nie można wejść w ten sam tłum, bo to już będzie inny tłum. Wszystko się zmienia. Jeśli wszystko, to i to, z czego powstał świat. Dlatego twierdził, że świat powstał z ognia. Źródłem życia jest słońce składające się z ognia. Także ognisko domowe jest niezwykle ważne w życiu każdego człowieka.
Kolejną ideą pochodzącą ze starożytności jest idea głosząca, że wszystko jest zbudowane z malutkich, niepodzielnych cząstek. Około 420r.p.n.e jej propagatorami byli, Leukippos z Miletu i Demokryt z Abdery zwani atomistami. Twierdzili oni, że wieczne i niezmienne atomy pozostają w ciągłym ruchu, w pustej przestrzeni- próżni będącej inną, bezcielesną formą bytu. Wierzył w istnienie wielu rodzajów atomów różniących się wielkością kolorem i kształtem. Uważał, że ruchy atomów są przyczyną zmian zachodzących w przyrodzie. Koncepcje te, chodź dość uproszczone i nie oparte – z oczywistych powodów- na doświadczeniach,są zdumiewająco bliskie współczesnym poglądom na naturę większości obserwowanych zjawisk. W teoriach swoich Demokryt nie uznawał przypadkowości. Zakładał istnienie ścisłych praw rządzących ruchami atomów, z zasad tych wysuwał wszystkie prawa przyrody.
Innego zdania był żyjący w IV w. P.n.e. Arystoteles, który uważał, że cała materia składa się z różnych kombinacji czterech „ pierwiastków” (żywiołów) – ziemi, powietrza, ognia, wody. Stanowisko to zostało powszechnie przyjęte i stało się później podstawą alchemii(prymitywna forma chemii, która do XVII wieku zdominowała dziedziny badające właściwości materii. Jej głównym celem było sporządzenie „eliksiru życia” – napoju, wypicie, którego zapewniałoby nieśmiertelność. Inne wysiłki skierowane były w kierunku znalezienia sposobu zwykłych metali w złoto).
Odrodzenie teorii atomistycznej w XVII wieku zapoczątkowały prace angielskiego fizyka i chemika Roberta Boyle’a , który uważał że cząsteczki ciał składają się z atomów będących najmniejszymi porcjami pierwiastków chemicznych. Od tego momentu coraz więcej uczonych rozbudowało atomistyczną teorię budowy materii, min. Anglik Izaak Newton, twórca teorii grawitacji stworzył zwartą koncepcje budowy ciał z tak zwanych korpusuł – najmniejszych niepodzielnych porcji substancji.
Wostatnich latach XVIII ogłoszono dwie ważne dala rozwoju chemii prawa:
-- Pierwsze to prawo zachowania masy według Antoine’a Lavoisiera brzmiące: masa substratów w reakcji chemicznej jest równa masie otrzymanych produktów
--Drugie to prawo Josepha Louisa Prousta czyli prawo stosunków stałych które głosi: różne próbki tego samego związku chemicznego zawierają składniki pierwiastkowe(pierwiastki) w jednakowych proporcjach



DALTON I JEGO TEORIA:
Niektórzy uczeni nadal uważali, że teoria o atomowej strukturze materii jest właściwsza( teoria Demokryta). Jednak dopiero we wczesnych latach XIX w. Doczekała się ona doświadczalnego potwierdzenia. Angielski pisarz i chemik prowadził wiele badań naukowych, które doprowadziły go do sformułowania słynnej hipotezy atomowej. Teoria Daltona zawierała wiele idei, które można ująć w 4 pkt.

1.wszystkie substancje są zbudowane z atomów
2.atomy tej samej substancji są jednakowe i maja tą samą masę- atomy różnych substancji są różne i mają różne masy
3.reakcja chemiczna polega na łączeniu się, rozdzielaniu i wymianie atomów. Innymi słowy atom stanowi jednostkę która uczestniczy w reakcji chemicznej nie ulegając przy tym rozszczepieniu na fragmenty.
4.jeżeli istnieją dwa lub więcej związków zbudowanych z tych samych pierwiastków, to najprostszy z tych związków zawiera po jednym atomie każdego pierwiastka.

Dalton określił słowem atom najmniejsza cząstką zarówno pierwiastka, jak i związku. W pierwszym przypadku mówił o atomie prostym, w drugim o atomie złożonym.
Atom jest podstawowa cząstką pierwiastka wchodzącego w reakcje chemiczną.
Za hipotezą Daltona przemawiało coraz więcej doświadczeń i pod koniec XIX wieku była już teorią uznawaną przez większość chemików i fizyków. Ostatecznym jej potwierdzeniem, jednoznacznie wykazującym realność istnienia atomów było wyjaśnienie zjawiska ruchów Browna dokonane jednocześnie przez Mariana Smoluchowskiego i Alberta Einsteina. Ruchy Browna są to niewielkie gwałtowne przesunięcia mikroskopijnej wielkości drobinek powodowane nierównomiernością zderzeń atomów z tymi drobinkami( rysunek 3.3 strona 104)
Pierwszym uczonym, któremu udało się wniknąć głębiej w strukturę materii i wyjaśnić istotę wielu zjawisk nurtujących fizyków był Joseph John Thomson. W swoich pracach udowodnił podzielność atomu i wykrył jedną zjego części składowych-elektron. Jego odkrycie wiązało się z koniecznością odrzucenia poglądu o niepodzielności atomu. Thomson wyobraził sobie atom jako naładowaną dodatnio kulę, w której umieszczone są elektrony. Model ten nazwany przez autora „ciastem z rodzynkami”, tłumaczył wiele zjawisk:
Na jego podstawie można było wyjaśnić:
-zjawisko elektrolizy
-emisji elektronów
A także opisać:
-rozproszenie promieni rentgena
Model ten jednak został odrzucony przez następnych uczonych, gdyż nie znalazł racji bytu.
Następnie Thomson swą uwagę skupił na badaniu dodatnich jonów. Uznał, że są to dodatnio naładowane cząstki.
W 1911 współpracownik Thompsona, brytyjski fizyk Ernest Rutheford, zaproponował model budowy atomu, który wyjaśnił jego zachowanie zaobserwowane podczas doświadczeń. Rutheford sugerował, że w środku atomu znajduje się stosunkowo ciężkie jądro, wokół którego krążą bardzo lekkie, ujemnie naładowane elektrony. Później okazało się, że samo jądro także składa się z cząstek zarówno dodatnich jak i obojętnych. Cząsteczki dodatnie – protony- zostały odkryte w 1919r. przez Rutheforda, natomiast obojętne neutrony – w 1932r. przez sir Jamesa Chidwicka. Odkrycia te dopełniły naukowego wizerunku atomu, który do dzisiaj stanowi podstawę rozumienia struktury materii.
W modelu atomu według Bohra elektrony krążą po orbitach tzw. powłoki. Elektrony mogą przeskakiwać z powłoki na powłokę. Przy zmianie powłoki następuje zmiana energii elektronu. Energia elektronu rośnie wraz z odległością od jądra. Stan o większej energii jest stanem nietrwałym - nazywamy go stanem wzbudzonym. Zmiana energii elektronu w atomie zachodzi w sposób kwantowy (skokowy). W skład jądra atomowego wchodzą protony i neutrony. Liczba atomowa Z równa jest liczbie protonów w jądrze. Liczba Z równa jest liczbie porządkowej pierwiastka w układzie okresowym Liczba elektronów w atomie równa jest liczbie protonów w jądrze. Liczba masowa A atomu równa jest sumie ilości protonów i ilości neutronów w jądrze atomu(nukleonów).
Bohr oparł się w swoich rozważaniach na teorii Alberta Einsteina i Maxa Plancka mówiącej, że energia promienista jest pobierana lub oddawana przez atom nie w dowolnych ilościach, a w ściśle określonych proporcjach. Owe proporcje energi pochłoniętej lub wydzielonej są całkowitą wielokrotnością pewnej minimalnej energii – zwanej kwantem energii. Stąd też teoria stworzona w 1913 roku przez Bohra nazwana jest kwantową teorią budowy powłok elektronowych.

W tym samym czasie Frederick Soddy odkrył izotopy, a rok później w 1914 roku, Henry Moseley podał nowoczesną koncepcję liczby atomowej jako ilość protonów w jądzrze danego pierwiastka.
Rozwój wiedzy o strukturze atomów, a zwłaszcza ich jąder trwa do chwili obecnej. Większe możliwości badania szczegółów cząsteczek zwiąków chemicznych pojawiły się dopiero w ostatnich latach kiedy współczesne komputery uzyskały odpowiednie duże moce obliczeniowe. Pod koniec XX wieku powstała nowa dziedzina wiedzy i technologii nazwana umownie nanotechniką lub nanotechnologią.