If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ha webszűrőt használsz, győződj meg róla, hogy a *.kastatic.org és a *.kasandbox.org nincsenek blokkolva.

Fő tartalom

Dalton atomelmélete

Dalton atomelméletének alapelvei. Mely pontjait használjuk ma is, és mit tanultunk Dalton óta?

Kulcsfogalmak

  • Dalton atomelmélete volt az első sikeres próbálkozás az anyagok atomjaikkal, illetve ezek tulajdonságaival való jellemzésére.
  • Dalton a tömegmegmaradás és az állandó súlyviszonyok törvényére alapozta elméletét.
  • Elméletének első része kijelenti, hogy minden anyag atomokból áll, melyek kisebb részekre már nem oszthatók.
  • Az elmélet második része szerint egy adott elem atomjai mind tömegükben, mind tulajdonságaikban megegyeznek.
  • A harmadik rész kimondja, hogy a vegyületek két- vagy többféle atom kombinációi.
  • Az elmélet negyedik része szerint kémiai reakciónak az atomok átrendeződését nevezzük.
  • A szubatomi részecskék és az izotópok felfedezése után az elmélet egyes részeit módosítani kellett.

A kémikusok kérdései

A kémia tele van megválaszolatlan kérdésekkel. Az emberiség legősibb kérdéseinek egyike a „Miből áll a világ?”
Vagyis, ha ~100000000000-szeresére – ez 11 nulla! – nagyítanánk az ujjad hegyén levő bőrt, mit látnánk? Másképp nézne ki, mint ha mondjuk egy almát vizsgálnánk? Ha ezután egy képzeletbeli vékony késsel egyre kisebb és kisebb részekre vágnánk az almát, elérnénk-e egy olyan pontra, ahol a darabok már nem oszthatók kisebb egységekre? Hogyan néznének ki ezek az egységek, és vajon továbbra is rendelkeznének-e az alma tulajdonságaival?
Az ezekre a kérdésekre adott válaszok alapvető fontosságúak a modern kémia számára, és a kémikusok egészen néhány évszázaddal ezelőttig nem tudtak megegyezni ezen válaszokban. Olyan tudósoknak köszönhetően, mint John Dalton, a mai kémikusok az atomok szintjén gondolkodnak a világról. Még ha szabad szemmel nem is láthatjuk az atomokat, az anyagok tulajdonságai, mint például szín, halmazállapot (pl. szilárd, folyékony, légnemű) vagy akár az illat, mind az atomok közötti kölcsönhatásokból eredeztethetők. Ebben a tananyagban John Dalton atomelméletét tárgyaljuk, amely az első sikeres kísérlet volt arra, hogy minden anyagot az azt felépítő atomokon, és azok tulajdonságain keresztül lehessen jellemezni.

Dalton elméletének alapjai

Dalton két törvényre alapozta elméletét: a tömegmegmaradás törvényére és az állandó súlyviszonyok törvényére.
A tömegmegmaradás törvénye kimondja, hogy zárt rendszerben anyag nem keletkezhet és nem tűnhet el. Ez azt jelenti, hogy egy kémiai reakcióban az egyes elemek mennyisége ugyanannyi kell, hogy legyen a kiindulási anyagokban, mint a termékekben. A tömegmegmaradás törvényét használjuk minden alkalommal, amikor reakcióegyenletet rendezünk!
A nátrium- és kloridionok 1:1 arányban találhatók a nátrium-klorid kristályrácsában.
A kémikusok úgy gondolnak a konyhasóra, mint kristályrácsba rendezett nátrium- és kloridionokra. A kép forrása: „Só képe”, OpenStax Anatomy and Physiology, CC-BY-NC-SA 4,0.
Az állandó súlyviszonyok törvénye kimondja, hogy egy tiszta vegyület ugyanazokat az elemeket mindig ugyanolyan arányban fogja tartalmazni. A konyhasó például, aminek a képlete start text, N, a, C, l, end text, mindig ugyanolyan arányban tartalmazza a két elemet, a nátriumot és a klórt, függetlenül attól, hogy mennyi sóról van szó, vagy hogy a só honnan származik. Ha fémnátriumot és klórgázt egyesítenénk – amit otthon ne próbálj ki –, konyhasó keletkezne, aminek ugyanaz lenne az összetétele.
Fogalom-ellenőrzés: Egy időutazó tudós az 1700-as évek elejéről elhatározza, hogy elvégez egy kísérletet: 10 gramm etanolt tartalmazó mintát (start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, H, end text) egy nyitott főzőpohárban, oxigén jelenlétében eléget. A reakció végbemenetele után a főzőpohár üres. Megsérti-e ez az eredmény a tömegmegmaradás törvényét?

Dalton atomelmélete

Első rész: minden anyag atomokból áll.

Dalton feltételezte, hogy a tömegmegmaradás és a többszörös súlyviszonyok törvénye is magyarázható az atomok fogalmának segítségével. Azzal a gondolattal állt elő, hogy minden anyag apró, tovább már nem osztható részekből, atomokból áll, amiket „tömör, nehéz, kemény, áthatolhatatlan, mozgó” részecskéknek képzelt el.
Fontos megjegyezni, hogy mivel Daltonnak nem álltak a rendelkezésére az ahhoz szükséges berendezéseknek, hogy egyedi atomokat láthasson, vagy más módon kísérletezhessen velük, nem tudhatta, hogy van-e valamilyen belső szerkezetük. Úgy képzelhetjük el Dalton atomját, mint a molekulamodellező készlet egy építőelemét, ahol a különféle elemeknek különböző méretű és színű golyók felelnek meg. Bár ez a modell bizonyos szempontokból hasznos, ma már tudjuk, hogy az atomok messze nem tömör gömbök.

Második rész: egy adott elem minden egyes atomjának azonos a tömege, és tulajdonságaik megegyeznek.

Dalton rájött arra, hogy egy adott elem (például az arany) minden egyes atomja ugyanolyan, mint az elem összes többi atomja. Azt is megfigyelte, hogy az adott elem atomjai eltérnek az összes többi elem atomjaitól. Ennek nagy része a mai tudásunk szerint is igaz. A nátriumatom különbözik a szénatomtól. Elemeknek lehet hasonló forráspontjuk, olvadáspontjuk és elektronegativitásuk, de nincs két olyan elem, amely pontosan ugyanolyan tulajdonságokkal bír.
Kép egy molekulamodellező készletről, mely az elemeket jelképező színes műanyag golyókat, és pálcikaszerű műanyag „kötéseket” tartalmaz.
Egyszerű molekulamodellező készlet különböző méretű és színű gömbszerű atomokkal, melyeket a kémiai kötéseket jelképező pálcikákkal lehet összekapcsolni. A kép forrása: „Modellező készlet fényképe", Sonia, Wikimedia Commons, CC-BY 3,0

Harmadik rész: a vegyületek kettő vagy több különböző atom kombinációi.

Atomelméletének harmadik részében Dalton kimondja, hogy a vegyületek két- vagy többféle atomból állnak. Ilyen vegyületre példa a konyhasó. A konyhasó egyedi fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkező két elem kombinációja. Az egyik, a nátrium, igen reakcióképes fém. A másik, a klór, mérgező gáz. Amikor reakcióba lépnek, az atomjaik 1:1 arányban összekapcsolódnak fehér, kristályos start text, N, a, C, l, end text-ot képezve, amit az ételünkre szórhatunk.
Mivel az atomok oszthatatlanok, mindig egész számok arányában kapcsolódnak. Tehát a start text, N, a, end text, start subscript, 0, comma, 5, end subscript, start text, C, l, end text, start subscript, 0, comma, 5, end subscript képletnek nincs értelme, hiszen fél atomok nem léteznek!

Negyedik rész: a kémiai reakciók az atomok átrendeződésével járnak.

Dalton atomelméletének negyedik, egyben utolsó részében kijelenti, hogy a kémiai reakciókban nem keletkeznek és nem semmisülnek meg atomok, csak átrendeződnek. A só példájához visszatérve, amikor a nátrium reagál a klórral, hogy konyhasóvá alakuljanak, a klór- és a nátriumatomok nem tűnnek el, csupán átrendeződnek, hogy új vegyületet hozzanak létre.

Mi újat tudtunk meg, mióta Dalton megalkotta az elméletét?

A rövid válasz: rengeteg mindent! Például ma már tudjuk, hogy az atomok nem oszthatatlanok – mint ahogy azt az első részben állítottuk –, hiszen protonokból, neutronokból és elektronokból állnak. A modern atomkép nagyon eltér Dalton „tömör, nehéz” részecskéjétől. Ernest Rutherford, Hans Geiger és Ernest Marsden kísérletei kimutatták, hogy valójában az atomok nagy része üres tér.
Kép a wolfram diszelenidről (start text, W, S, e, end text, start subscript, 2, end subscript).
A pásztázó transzmissziós elektronmikroszkópia (STEM) láthatóvá teszi a wolfram-szelenid (WSestart subscript, 2, end subscript) atomszerkezetét. A kép forrása: „STEM-kép” by Kazu Suenaga et al., Wikimedia Commons, CC BY 4.0*
Dalton elméletének második részét azután kellett módosítani, miután tömegspektrometriás kísérletekkel bizonyították, hogy ugyanazon elem atomjai eltérő tömegűek lehetnek, mivel az elem különböző izotópjai eltérő számú neutront tartalmaznak. Ha többet szeretnél tudni az izotópokról, nézd meg ezt a rendszámról, tömegszámról és izotópokról szóló videót.
Ezen ellentmondások ellenére Dalton atomelmélete többé-kevésbé még mindig megállja a helyét, és a modern kémia vázát alkotja. A tudósok már olyan technológiát is kifejlesztettek, amivel az atomok szintjén tették láthatóvá a világot.

Összefoglalás

  • Dalton atomelmélete volt az első sikeres próbálkozás az anyagok atomjaikkal illetve ezek tulajdonságaival való jellemzésére.
  • Dalton a tömegmegmaradás és az állandó súlyviszonyok törvényére alapozta elméletét.
  • Elméletének első része szerint minden anyag atomokból áll, melyek kisebb részekre már nem oszthatók.
  • Az elmélet második része szerint egy adott elem atomjai mind tömegükben, mind tulajdonságaikban megegyeznek.
  • A harmadik rész kimondja, hogy a vegyületek két- vagy többféle atom kombinációi.
  • Az elmélet negyedik része szerint kémiai reakciónak az atomok átrendeződését nevezzük.
  • A szubatomi részecskék és az izotópok felfedezése után az elmélet egyes részeit módosítani kellett.