Historia atomu

W V w. P.n.e. starożytny filozof przyrody Demokryt po raz pierwszy w historii nauki przyjął atomistyczną strukturę materii. Demokryt głosił, że materia składa się z bardzo małych kulek – atomów, a różnorodność otaczającej nas materii ma swoje źródło w różnorodności kształtu, liczby i porządku ułożenia atomów. Materialistyczna filozofia Demokryta, będąca tylko spekulatywną teorią, wobec niemożności poparcia jej dowodami eksperymentalnymi nie miała większego wpływu na dalszy rozwój poglądów na budowę materii.


Teoria atomistyczna odżyła dopiero po 20 wiekach dzięki Daltonowi (1805), który dokładnie skonkretyzował jej zasadnicze założenia:


1. Pierwiastki składają się z niezmiernie małych, niepodzielnych cząstek (atomów), które zachowują swoją indywidualność podczas przemian fizycznych i chemicznych.


2. Wszystkie atomy jednego pierwiastka są jednakowe i mają ten sam ciężar. Od atomów innych pierwiastków różnią się ciężarem i właściwościami.


3. Chemiczne łączenie się pierwiastków jest łączeniem się poszczególnych atomów.


Z drugiego i trzeciego założenia teorii atomistycznej od razu wynika prawo stosunków stałych, mówiące że każdy związek chemiczny ma stały skład ilościowy (Proust, 1799). Jeżeli bowiem dwa atomy A i B o masach Ma i Mb tworzą cząsteczkę AB, to stosunek mas w tym związku jest stały. Rozpatrując w analogiczny sposób tworzenie się z dwóch pierwiastków kilku związków, otrzymamy prawo stosunków wielokrotnych Daltona. Prawo to mówi, że jeżeli dwa pierwiastki łącząc się z sobą tworzą dwa lub więcej związków chemicznych, to ilości wagowe jednego pierwiastka przypadające na stałą ilość wagową drugiego pozostają do siebie w stosunku prostych liczb całkowitych.


Prawo stosunków wielokrotnych Daltona wskazuje na prostą zależność liczbową dwóch określonych pierwiastków tworzących kilka związków chemicznych.


Prawo stosunków objętościowych Gay – Lussaca (1808) wskazuje na prostą zależność liczbową objętości łączących się rożnych gazów. Ta druga zależność jest tak prosta i powszechna, że od razu nasuwa się wniosek, iż musi istnieć związek między liczbami reagujących cząstek, a zajmowaną przez nie objętością. Jednak Gay – Lussac nie wyciągnął tak zdawałoby się oczywistego wniosku, że w tej samej temperaturze i pod tym samym ciśnieniem jednakowe objętości różnych gazów (lub ich proste wielokrotności) muszą zawierać jednakową liczbę reagujących cząstek. Tę daleko idącą konsekwencję prawa stosunków objętościowych zauważył jednak natychmiast, ku swemu wielkiemu niezadowoleniu, Dalton. Dalton od razu zorientował się, że prawo Gay – Lussaca jest sprzeczne z teorią atomistyczną. Zakładając niepodzielność atomów, Dalton odrzucił i stanowczo krytykował doświadczenia Gay – Lussaca. Po trzyletnim sporze obu badaczy pogodził w 1811 r. Avogadro, wskazując, że wystarczy przyjąć, iż cząsteczki gazowe są dwuatomowe, by uniknąć wszelkich trudności. W ten sposób ostatecznie Avogadro stał się autorem doniosłej hipotezy, nazwanej hipotezą Avogadra, że równe objętości gazów w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury zawierają jednakową liczbę cząsteczek. Niemniej pomieszanie obu pojęć: atomu i cząsteczki, trwało jeszcze długo czas i dopiero Cannizzaro w 1858 r. utwierdził hipotezę Avogadra i utworzył jednolitą skale mas atomowych i cząsteczkowych.