نظریه‌ی اتمی جان دالتون

جان دالتون (John Dalton) پدر نظریه‌ی اتمی مدرن، نظریه‌ی اتمی را در اوایل قرن نوزدهم توسعه داده است. به گفته‌ی وی، تمام عناصر از اتم‌ها ساخته شده‌اند و خلوص هر عنصر را می‌توان به وجود اتم‌های مشابه در آن نسبت داد. اگر چه اولین نظریه‌ی اتمی توسط دموکریت (Democritus) و ارسطو (Aristotle) مطرح شد، ولی اولین نظریه‌ی مورد قبول واقع شده، توسط جان دالتون پیشنهاد شد. جان دالتون (1766 - 1844)، یک شیمی ‌دان، فیزیک ‌دان و هوا شناس انگلیسی بود، که عمدتاً به دلیل سهم خود در ارائه نظریه‌ی اتمی مدرن، معروف شده است. او مطالعاتی در مورد خواص اتمسفر و گازها در سال 1803 انجام داده بود که سر انجام به نتایجی در مورد ذراتی که بعداً اتم نامیده شد و هم چنین وزن آن‌ها، رسید.

کار اولیه‌ی جان دالتون

جان دالتون، علاقه‌ی شدیدی به هوا شناسی داشت و مطالعات گسترده‌ای را در زمینه‌ی ماهیت گازهای جوی انجام داده بود. او نحوه‌ی تشکیل ترکیباتی چون اکسیژن و دی اکسید کربن را کشف کرد. جان دالتون برای اولین بار جدولی را در رابطه با وزن اتمی عناصر منتشر کرد که شامل شش عنصر هیدروژن، اکسیژن، کربن، نیتروژن، فسفر و گوگرد بود. او اظهار داشت که وزن اتمی هیدروژن برابر با یک است. این‌که چگونه او به این نتیجه رسیده است، تأیید نشد. دالتون در یاد داشت‌های آزمایشاتش (به تاریخ سپتامبر 1803) نشان داد که وزن نسبی عناصر گازی را می‌توان از طریق مطالعه‌ی دیگر ترکیبات مانند، آب، دی اکسید کربن و آمونیاک به دست آورد. در یاد داشت‌هایش عناصر را با نمادهایی نشان داد. او اولین کسی بود که ایده‌ی نشان دادن عناصر با نمادها را مطرح کرد. بعدها، عناصر را توسط اختصاراتی بیان کرد. به عنوان مثال H مخفف عنصر هیدروژن است. مقاله‌ای مشابه در سال 1805 منتشر شد.

نظریه اتمی جان دالتون

وجود اتم‌ها، توسط افراد پیش گام زیادی قبل از جان دالتون مطرح شده بود، در واقع نظریه‌ی اتمی قبل از جان دالتون نیز مطرح بود. با این حال، هیچ پیچیدگی در بخش وزن اتمی وجود ندارد. جان دالتون، در سخن رانی‌اش در مؤسسه‌ی سلطنتی لندن (Royal Institute) در سال 1803 عنوان داشت که، اتم‌های یک عنصر، با اتم‌های عناصر دیگر به وسیله‌ی وزن نسبی‌شان متمایز می‌شوند. در زیر برخی از نکات مهم که جان دالتون در نظریه‌ی اتمی خود ارائه کرد، بیان شده است:
همه‌ی عناصر از ذرات تقسیم نا پذیر کوچکی، به نام اتم ساخته شده‌اند.
• اتم‌هایی یک عنصر، از لحاظ وزن و اندازه و مشخصات یک سان هستند.
• اتم‌های عناصر مختلف با یک دیگر متفاوت هستند و ممکن است از لحاظ وزن نسبی با هم یک سان باشند.
• اتم‌ها نه می‌توانند به ذرات کوچک‌تر تقسیم شوند و نه از بین بروند.
• واکنش‌های شیمیایی، هنگام باز آرایی (به هم خوردن نظم)، ترکیب، و یا جدایی اتم‌ها از یک ‌دیگر اتفاق می‌افتد.
• اتم‌ها به نسبت‌های مختلف مانند 1:1، 1:2، 2:3 با هم ‌دیگر ترکیب می‌شوند.
• اتم‌های دو یا چند عنصر مختلف با هم ترکیب شده و ترکیبات شیمیایی را به وجود می‌آورند. در سال 1808، جان دالتون یک لیست از عناصر را به همراه وزن اتمی آن‌ها در "سیستم جدید فلسفه شیمی" منتشر کرد که برای وی مدال سلطنتی را در سال 1826 به ارمغان آورد. او جرم اتم‌ها را به وزن آن‌ها وابسته دانست. بنا بر این شیمی ‌دان‌ها از آن زمان از عبارت‌های"وزن اتمی" يا "جرم اتمی" استفاده می‌کنند. با وجود همه‌ی این تلاش‌ها، یک سری نقص‌ها هم در کار او بود. (به عنوان مثال، او وزن اتمی اکسیژن را 7 در نظر گرفته بود.) جان دالتون، از جمله پیش گامانی بود که به آزمایشات آینده مسیری جدید بخشید. به منظور احترام به فعالیت‌های وی، دانشمندان دیگر یک واحد جرم اتمی را با عنوان دالتون (به صورت مختصر Da) برای سال‌های متمادی، در نظر گرفتند. در سال 1886، ایگن گلد شتاین (Eugen Goldstein)، فیزیک ‌دان آلمانی، ذرات مثبت را در اتم کشف کرد. پس از آن جی. جی. تامسون (J. J. Thomson)، فیزیک ‌دان انگلیسی، با استفاده از یک لوله‌ی اشعه‌ی کاتدی، در سال 1897، الکترون را کشف کرد. بر خلاف مفروضات جان دالتون، که اتم‌ها را قابل تقسیم نمی‌دانست، او پیشنهاد کرد که اتم‌ها از ذرات کوچکتری ساخته شده‌اند. در سال 1911، رادر فورد (Rutherford) یکی از دانش جویان تامسون، این دیدگاه را مطرح کرد که اتم از یک هسته‌ی متراکم مثبت در مرکز آن به نام هسته تشکیل شده، که توسط الکترون‌ها احاطه شده است. او ذرات مثبت را پروتون نامید و اظهار داشت که پروتون‌ها سنگین‌تر از الکترون‌ها هستند و باری برابر و مخالف با الکترون‌ها دارد. در سال 1932، جیمز چادویک (James Chadwick) ذره‌ی الکتریکی خنثی را در اتم کشف کرد و آن را به عنوان نوترون نام نهاد. در مدل اتمی جان دالتون، مفهوم ایزوتوپ‌های یک عنصر ذکر نشده است. ایزوتوپ‌ها نشان دهنده‌ی انواع مختلف از اتم‌های یک عنصر هستند، که دارای جرم اتمی متفاوت ولی دارای خواص مشابه می‌باشند. هم چنین بر خلاف آن‌ چه که دالتون قبلاَ گفته بود، از بین بردن اتم‌ها با استفاده از واکنش‌های هسته‌ای ممکن است. به این ترتیب نظریه‌ی اتمی مدرن سال‌ها بعد بیش‌تر تشریح شد.