Ocena brak

Teoria atomistyczna Daltona

Autor /Jerry Dodano /04.10.2011

Na naszej planecie występują miliony różnych ciał. Są one zbudowane z pewnej liczby prostych substancji nazwanych pier-wiastkami, zawierających jeden typ atomów. Wynika więc z tego, że skoro zawierają one tylko jeden typ atomów to nie mogą być rozłożone na składniki prostsze. Tak rozumował Robert Boyle (1627 – 1691), przeciwstawiając się tym samym współczesnym mu chemikom, którzy sądzili, że cały świat zgodnie z poglądem Em-pedoklesa z Akragas, przejętym przez Arystotelesa zbudowany jest z czterech pierwiastków – żywiołów: ziemi, ognia, powie-trza i wody.

Boyle twierdził, że jego pierwiastki można zobaczyć i zba-dać ich właściwości znacznie lepiej niż cechy żywiołów, takie jak suchość czy zimno. Przyszłość pokazała, że rację miał Boy-le. W roku 1680 w książce pt. “Chemik powątpiewający” Boyle sformułował po raz pierwszy, aktualne do dziś określenie pier-wiastka chemicznego, pisząc “aby zapobiec błędom muszę wyja-śnić co rozumiem pod pojęciem pierwiastka... są to pewne sub-stancje proste, przez których połączenie powstają substancje złożone i na które te substancje złożone rozkładają się”. Wy-rażone językiem współczesnym określenie Boyle’a definiuje pierwiastek jako najprostszą substancję, której na drodze che-micznej nie da się przekształcić w prostszą.

Boyle nie podał jednak w swej książce listy znanych wów-czas pierwiastków. Uczynił to dopiero ponad 100 lat później Antoine L. Lavoisier. Podał on w roku 1789 w swoim podręczniku chemii pierwszą listę obejmującą 33 pierwiastki.

Jednakże do roku 1913 nie znano niezawodnej metody, za po-mocą której można by udowodnić, czy określona substancja jest, czy nie jest pierwiastkiem. Dopiero odkrycia w dziedzinie mi-krostruktury materii pozwoliły na definitywne ustalenie, które substancje są pierwiastkami. Przykładem pierwiastków chemicz-nych są między innymi rtęć, tlen, azot, wodór, siarka, miedź, żelazo, złoto, platyna. Przemiany chemiczne polegają na “łą-czeniu się lub rozłączaniu” pierwiastków, które same pozostają przy tym nie zmienione.

Stąd wynika zasadnicze twierdzenie chemii – prawo nie-zmienności pierwiastków: we wszystkich przemianach chemicznych najprostsze rodzaje materii – pierwiastki, przechodząc z jed-nych substancji do innych nie ulegają zmianie. Obecnie znanych jest 112 pierwiastków chemicznych – tylko 90 z nich występuje w przyrodzie, choć niektóre w śladowych ilościach.

W 1804 r. uczony angielski John Dalton (1766 – 1844) sfor-mułował hipotezę o atomistycznej budowie materii – hipotezę, która wyjaśniała znane wówczas prawa chemiczne. Dalszy rozwój badań nad rozwojem materii doprowadził do zmodyfikowania nie-których sformułowań hipotezy Daltona, jednak sens chemiczny jego koncepcji pozostał aktualny do dziś. Najistotniejsze elementy współczesnej teorii atomistycznej można przedstawić w siedmiu postulatach.

Postulat I. Każdy pierwiastek chemiczny jest zbiorem ma-łych cząstek chemicznych zwanych atomami. Wszystkie atomy da-nego pierwiastka mają identyczne właściwości chemiczne.

Termin “właściwości chemiczne pierwiastka” oznacza przede wszystkim zdolność (lub brak zdolności) do łączenia się z in-nymi pierwiastkami w określonych warunkach (temperatura, ci-śnienie, środowisko), czyli tworzenie związków chemicznych o określonym składzie ilościowym, wchodzenie lub niewchodzenie w reakcje wymiany z różnymi związkami (w danych warunkach). Badania nad wewnętrzną budową atomów ujawniły istnienie odmian tego samego pierwiastka, tzw. izotopów (atomy tego sa-mego pierwiastka o różnej liczbie neutronów), które, różniąc się nieznacznie składem jądra atomowego, mają te same cechy chemiczne. Z tego względu nie można definiować pierwiastka ja-ko zbioru identycznych atomów. Definicja powinna być oparta na jakimś konkretnym elemencie, wspólnym dal wszystkich atomów wykazujących jednakowe właściwości chemiczne, np.: pierwiastek chemiczny jest zbiorem atomów o tym samym ładunku elektrycznym jądra atomowego (lub tej samej liczbie protonów w jądrze).

Postulat II. Atomy różnych pierwiastków różnią się od sie-bie cechami chemicznymi i fizycznymi. Istnieje tyle rodzajów atomów o określonych właściwościach chemicznych, ile jest pierwiastków.

Uwzględniając zjawisko izotopii dochodzi się do wniosku, że liczba rodzajów atomów o określonych właściwościach fizycz-nych i chemicznych jest większa niż liczba pierwiastków, po-nieważ większość pierwiastków ma odmiany izotopowe.

Postulat III. Atom danego pierwiastka nie może ulec prze-kształceniu w atom innego pierwiastka podczas reakcji chemicz-nej.

W początkowym okresie rozwoju teorii atomistycznej sądzo-no, że atom nie może ulec przemianie w inny atom w żadnych wa-runkach. Bliższe wniknięcie w strukturę atomu ujawniło możli-wość tego rodzaju przemian (tzw. reakcje jądrowe), niemniej w dalszym ciągu słuszne jest twierdzenie, że atomu nie da się przekształcić w inny atom w reakcjach chemicznych. Podobnie odkrycie złożonej struktury atomu nie zmienia faktu, że atom jest najdrobniejszą porcją pierwiastka, jaka zachowuje jeszcze jego charakterystyczne właściwości. Składniki atomu (elektro-ny, protony, neutrony) mają cechy odmienne.

Postulat IV. Łączenie się pierwiastków w związki chemiczne polega na łączeniu się atomów różnych pierwiastków w większe zespoły, zwane cząsteczkami.

W myśl tego postulatu najprostszy proces syntezy związku chemicznego z pierwiastka A i pierwiastka B przebiega według schematu:

1 atom A + 1 atom B  1 cząsteczka AB

Cząsteczka typu AB tzn. zbudowana z jednego atomu A i jednego atomu B, jest najprostszym przykładem związku chemicznego. Współczesne metody badań budowy cząstek pozwalają na określe-nie ich wymiarów i kształtu, co z kolei umożliwia budowanie ich modeli. Przykładem cząsteczki AB jest cząsteczka chlorowo-doru zbudowana z jednego atomu wodoru i jednego atomu chloru. Cząsteczka związku chemicznego, powstającego z pierwiast-ków A i B nie musi być cząsteczką typu AB. Istnieje wiele związków, których cząsteczki mają skład AB2, AB3, AB4, A2B2, A2B3 itp.; we wzorach tych mała cyfra u dołu (tzw. prawy dolny in-deks oznacza liczbę atomów danego pierwiastka w cząsteczce.

Liczba możliwych typów cząsteczek znacznie wzrasta przy przej-ściu do związków składających się z trzech pierwiastków. Przy-kładem cząsteczki typu AB2 jest cząsteczka dwutlenku węgla zbu-dowana z jednego atomu węgla i dwóch atomów tlenu lub czą-steczka wody zbudowana z dwóch atomów wodoru i atomu tlenu. Przykładem cząsteczki typu AB3, jest cząsteczka amoniaku zbudo-wana z jednego atomu azotu i trzech atomów wodoru. Przykładem cząsteczki A2B3 jest cząsteczka trójtlenku azotu zbudowana z dwóch atomów azotu i trzech atomów tlenu.

Postulat V. Związek chemiczny jest zbiorem cząsteczek. Wszystkie cząsteczki danego związku chemicznego zawierają tę samą liczbę tych samych rodzajów atomów i mają identyczne wła-ściwości chemiczne.

Pod terminem “właściwości chemiczne związku” należy rozu-mieć zdolność (lub brak zdolności) do reagowania w danych wa-runkach z określonymi substancjami, sposób reagowania z tymi substancjami, warunki (przede wszystkim temperaturę), w któ-rych rozpoczyna się rozkład związku na prostsze składniki oraz przebieg tego rozkładu.

Postulat VI. Rozłożenie związku chemicznego na pierwiastki polega na rozpadzie cząsteczek na atomy.

Proces ten może prze-biegać w kilku etapach.

Rozkład związku o cząsteczkach typu AB przebiega wg sche-matu:

AB  A + B

a rozkład cząsteczek typu ABC może przebiegać jednoetapowo:

ABC  A + B + C

lub dwuetapowo:

ABC  AB + C

AB  A + B

W ostatnim przypadku proces wymaga przeprowadzenia dwóch reak-cji rozkładu, każdej w odmiennych warunkach i pod wpływem od-miennych czynników.

Postulat VII. Atomy tego samego pierwiastka mogą połączyć się w cząsteczki.

Niektóre pierwiastki stanowią zbiory kilkuatomowych czą-steczek typu A2, A3, A4 itp.. tworzenie cząsteczek jest cechą większości niemetali. Na przykład wodór i azot występują w po-staci cząsteczek dwuatomowych A2. Fosfor tworzy najczęściej cząsteczki czteroatomowe, a siarka ośmioatomowe. Tlen w zwy-kłych warunkach występuje w postaci cząsteczek dwuatomowych, ale pod wpływem wyładowań elektrycznych powstają cząsteczki trójatomowe (ozon). Odmiany pierwiastka chemicznego o różnej liczbie atomów w cząsteczce noszą nazwę odmian alotropowych; różnią się one przede wszystkim właściwościami fizycznymi. W wysokich temperaturach, rzędu kilku tysięcy stopni, wszystkie cząsteczki pierwiastków rozpadają się na pojedyncze atomy.

Teoria atomistyczna wyjaśnia w prosty sposób prawo stało-ści składu. W każdej cząsteczce związku chemicznego AB jest pewna stała liczba atomów A i stała liczba atomów B. Liczby te są jednakowe w każdej cząsteczce i zawsze są liczbami całkowi-tymi. Jeżeli każda cząsteczka ma taki sam skład, to dowolny ich zbiór będzie miał ten sam skład ilościowy, co pojedyncza cząsteczka. Reakcję wymiany w interpretacji atomistycznej można przed-stawić schematem:

A + BC  AC + B

który oznacza, że atom A reaguje z cząsteczką BC, tworząc nową cząsteczkę AC z równoczesnym uwolnieniem atomu B. Taki typ re-akcji wymiany nazywany jest wymianą pojedynczą. Znane są rów-nież reakcje wymiany podwójnej:

AB + CD  AD + CB

Ogólnie, na podstawie atomistycznej interpretacji przemian chemicznych można stwierdzić, że reakcje chemiczne polegają na łączeniu, rozdzielaniu lub przegrupowaniu atomów. Atom jest cząstką materialną, która uczestnicząc w reakcji chemicznej bądź w wielu kolejnych reakcjach, zachowuje zasadnicze elemen-ty swej struktury.

Podobne prace

Do góry