ስለ አቶሚክ ቲዎሪ እና ኪኔቲክ ቲዎሪ የሚገልጽ ጽሑፍ
አቶሚክ ቲዎሪ
ለብዙ ሺህ ዓመታት የጥንት ግሪኮች እያንዳንዱ ንፁህ ንጥረ ነገር (እንደ ወርቅ፣ ብረት፣ ወዘተ) አቶሞችን እንደሚያካትት ያምኑ ነበር። እንደነሱ አባባል፣ አንድ ንፁህ ንጥረ ነገር ወደ ትናንሽ ቁርጥራጮች ከተቆረጠ፣ ትንንሾቹ ክፍሎች እንደገና ይቆረጣሉ፣ ከዚያም ይቆረጣሉ… ወዘተ፣ እንደገና ሊቆረጡ የማይችሉ ትንንሾቹ ቁርጥራጮች ይኖራሉ። እንደገና ሊቆረጡ የማይችሉት ትንንሾቹ ቁርጥራጮች አቶሞች ይባላሉ። አቶም ማለት “መከፋፈል አይቻልም” (የግሪክ ቋንቋ) ማለት ነው
በዚያን ጊዜ አቶም መከፋፈል እንደሌለበት ይታሰባል። ነገር ግን በኋላ ላይ አንዳንድ ሳይንቲስቶች ኤሌክትሮኖችን እና አቶሚክ ኒውክሊየሶችን (ፕሮቶን እና ኒውትሮን) ስላገኙ አቶሞች መከፋፈል እንደማይቻል የሚገልጸው ግምት የተሳሳተ ነበር። ስለዚህ አቶሞች ኤሌክትሮኖችን (አሉታዊ በሆነ መልኩ ቻርጅ የተደረገባቸው) እና አቶሚክ ኒውክሊየሶችን ያካትታሉ። ኤሌክትሮኖች ኒውክሊየሱን ይከብባሉ። በኒውክሊየሱ ውስጥ ፕሮቶኖች (በአዎንታዊ መልኩ ቻርጅ የተደረገባቸው) እና ኒውትሮኖች (ገለልተኛ ወይም ያልተቻርጀላቸው) አሉ።
ሌላ ንድፈ ሐሳብ አለ፤ ስሙ ቀጣይነት ያለው ንድፈ ሐሳብ ነው። ይህ ንድፈ ሐሳብ ንፁህ ንጥረ ነገሮች ወደ ማለቂያ የሌላቸው ሊከፈሉ እንደሚችሉ ይገልጻል። በዚህ ንድፈ ሐሳብ መሠረት፣ ትንሹ ቁራጭ የሚባል ነገር የለም። ትንንሾቹ ቁርጥራጮች አሁንም ወደ ትናንሽ ቁርጥራጮች ሊቆረጡ ይችላሉ። ስለዚህ፣ ማለቂያ የሌለው ይሆናል። ከእነዚህ ሁለት ንድፈ ሐሳቦች ውስጥ የትኛው ትክክል ነው? ትክክለኛው የአቶሚክ ንድፈ ሐሳብ ወይስ ቀጣይነት ያለው ንድፈ ሐሳብ?
በፊዚክስ፣ እያንዳንዱ ንድፈ ሐሳብ በሙከራዎች ሊረጋገጥ ከቻለ በሳይንሳዊ መንገድ እውቅና ያገኛል። በ18ኛው፣ በ19ኛው እና በ20ኛው ክፍለ ዘመን፣ በሳይንቲስቶች በተደረጉ ሙከራዎች፣ የአቶሚክ ንድፈ ሐሳብ እውነት ነበር።
በመጀመሪያ፣ የሚከተሉትን ግምገማዎች ይረዱ። ንጥረ ነገሮች በኬሚካል ወደ ሌሎች ንጥረ ነገሮች ሊከፋፈሉ የማይችሉ ንፁህ ንጥረ ነገሮች ናቸው፣ ለምሳሌ ወርቅ (Au)፣ ብረት (Fe)፣ መዳብ (Cu)፣ ዚንክ (Zn)፣ ሶዲየም (Na)፣ ካልሲየም (Ca)፣ ክሎሪን (Cl)፣ ናይትሮጅን (N)፣ ኦክስጅን (O)፣ ሃይድሮጂን (H) ወዘተ። ከንጥረ ነገሮቹ በተጨማሪ ውህዶችም አሉ። ውህዶች ንጥረ ነገሮችን ያካትታሉ። ንጥረ ነገሮችን ስለሚያካትት፣ ውህዱ አሁንም ወደ ንጥረ ነገሮች ሊከፈል ይችላል። የውህዶች ምሳሌዎች ውሃ ናቸው።
የአንድ ንጥረ ነገር ትንሹ ክፍል አቶም ሲሆን፣ የውህድ ትንሹ ክፍል ደግሞ ሞለኪውል ነው። ሞለኪውሎች አንድ ላይ የሚጣበቁ አቶሞችን ያካትታሉ። ንፁህ ወርቅ የአንድ ንጥረ ነገር ምሳሌ ነው። ንፁህ ወርቅ የወርቅ (Au) አቶሞችን ያካትታል። የብረት ቁርጥራጮች የንጥረ ነገሮች ምሳሌ ናቸው። ብረት የብረት (Fe) አቶሞችን ያካትታል። ስለዚህ፣ ንጥረ ነገሩ ተመሳሳይ አቶሞችን የያዘ ንፁህ ንጥረ ነገር ነው።
ብዙ ጊዜ የሚያዩት፣ የሚይዙት እና የሚጠጡት ውሃ ከውሃ ሞለኪውሎች የተዋቀረ ነው (የኬሚካል ፎርሙላው H2O ነው ። ) የውሃ ሞለኪውሎች ሁለት የሃይድሮጂን አቶሞች (H) እና አንድ የኦክስጅን አቶም (O) ያካትታሉ።
የአቶሚክ ቲዎሪ አንዳንድ ማስረጃዎች እነሆ፡-
በመጀመሪያ፣ የቋሚ ንጽጽር ህግ።
የንጽጽር ህግ እንደሚገልጸው ንጥረ ነገሮቹ ተዋህደው ውህዶች ከሆኑ፣ የተፈጠሩት ውህዶች ተመሳሳይ የጅምላ ጥምርታ ይኖራቸዋል። ለምሳሌ ጨው። የምናየው ጨው የጨው ሞለኪውሎችን (NaCl) የያዘ ውህድ ነው። በተፈጥሮ፣ የጨው ሞለኪውሎች ሁልጊዜ የሚፈጠሩት ከ23 የሶዲየም (Na) ክፍሎች እና ከ35 የክሎሪን (Cl) ክፍሎች ነው።
ቀጣይነት ያለው ቲዎሪ ሊያብራራው አይችልም፣ ነገር ግን የአቶሚክ ቲዎሪ ሊያብራራው ይችላል። በአቶሚክ ቲዎሪ መሠረት፣ አቶሞች የአንድ ንጥረ ነገር ትንንሽ ክፍሎች ስለሆኑ አቶሞች ክብደት እንዲኖራቸው። የአንድ ውህድ ንጥረ ነገሮች የጅምላ ጥምርታ ኤለመንቱን ከሚፈጥሩት አቶሞች አንጻራዊ ክብደት ጋር መዛመድ አለበት። ውህዶችን የሚፈጥር የእያንዳንዱ ንጥረ ነገር ብዛት ላይ በመመስረት፣ ሳይንቲስቶች የአቶሞችን አንጻራዊ ክብደት ይወስናሉ። የአንድ ንጥረ ነገር አንጻራዊ ክብደት ከሌሎች ኤለመንቶች አንጻራዊ ክብደት ጋር ስለሚወዳደር አንጻራዊ እንደሆነ ይነገራል።
ሃይድሮጂን በጣም ቀላሉ አቶም ስለሆነ እንደ መለኪያ ጥቅም ላይ ይውላል። የሃይድሮጂን አቶም (H) አንጻራዊ ክብደት 1 እሴት ይሰጠዋል። የሃይድሮጂን አቶም አንጻራዊ ክብደት እንደ መለኪያ በመጠቀም፣ የካርቦን አቶም (C) አንጻራዊ ክብደት 12 እሴት ይሰጠዋል፣
የኦክስጅን አቶም (O) አንጻራዊ ክብደት 16 እና የመሳሰሉት እሴት ተመድቧል (የኤለመንቶችን ወቅታዊ ሰንጠረዥ ይመልከቱ)። የካርቦን አቶም አንጻራዊ ክብደት = 12 ማለት የአንድ ካርቦን አቶም ክብደት ከአንድ ሃይድሮጂን አቶም (H) ክብደት 12 እጥፍ ይበልጣል ማለት ነው። የኦክስጅን አቶም አንጻራዊ ክብደት = 16 ማለት የኦክስጅን አቶም ክብደት ከአንድ ሃይድሮጂን አቶም (H) ክብደት 16 እጥፍ ይበልጣል ማለት ነው።
በአለም አቀፍ ስርዓት (SI) ውስጥ የኢሪዲየም ፕላቲነም የሚባል የጅምላ ደረጃ አለን፤ እሱም በፈረንሳይ ውስጥ ባሉ ዓለም አቀፍ የክብደት እና የመጠን ተቋማት ውስጥ ይከማቻል። በአለም አቀፍ ስምምነት መሠረት የኢሪዲየም ፕላቲነም ክብደት 1 ኪ.ግ ነው፣ ይህ መደበኛ ኪሎግራም ነው። በአቶሚክ ሚዛን ላይ፣ ሁለተኛ የጅምላ ደረጃ አለን፣ እሱም 12 C የካርቦን አቶሞች ነው። በአለም አቀፍ ስምምነቶች ላይ በመመስረት፣ የ1 ካርቦን አቶም 12 C ክብደት 12,0000 የተዋሃዱ የአቶሚክ ብዛት አሃዶች (u) ናቸው (አህጽሮት የተሰጠው)።
1 u = 1.66 x 10 -27 ኪ.ግ.
የ1 የካርቦን አቶም ክብደት (C) = 12,0000 u፣ የ1 የሃይድሮጂን አቶም ክብደት (H) = 1,0078 u፣ የ1 የኦክስጅን አቶም ክብደት (O) = 15.9994 u፣ የ1 የሶዲየም አቶም ክብደት = 22.9897 u ወዘተ። የአቶሚክ ብዛትን በተመለከተ፣ በንጥረ ነገሮች ወቅታዊ ሰንጠረዥ ላይ ሙሉ በሙሉ ሊታይ ይችላል።
ከአቶሚክ ክብደት በተጨማሪ፣ ሞለኪውላዊ ክብደትም አለ። ሞለኪውላዊ ክብደት የአንድ ሞለኪውል አቶሞች አጠቃላይ ክብደት ነው። ለምሳሌ፣ የጨው ሞለኪውል ክብደት (NaCl) = የአንድ የሶዲየም አቶም ክብደት (Na) + የአንድ የክሎሪን አቶም ክብደት (Cl)። የውሃ ሞለኪውሎች ክብደት (H2O ) = የ2 ሃይድሮጂን አቶሞች ክብደት (H) + የአንድ የኦክስጅን አቶም ክብደት (O)።
ሁለተኛ፣ ቡናማ እንቅስቃሴ
በጥንት ዘመን ሮበርት ብራውን የተባለ እንግሊዛዊ የባዮሎጂ ባለሙያ ይኖር ነበር። በውሃ ውስጥ የተጨመረ የአበባ ዱቄትን ይመረምራል (1827)። ውሃ እና የአበባ ዱቄት በማይክሮስኮፕ ይታያሉ። ሮበርት ብራውን የአበባ ዱቄት በራሱ ሲንቀሳቀስ ካየ በኋላ እንግዳ ሆኖ አግኝቶታል። የአበባ ዱቄት ስለሚንቀሳቀስ እንግዳ ነገር ነው። የአበባ ዱቄት እንቅስቃሴ አቅጣጫ በዘፈቀደ ነው፣ ግን ቀጣይነት ያለው ነው። እንቅስቃሴው የአበባ ዱቄት እንዲንቀሳቀስ የሚኖርበት ሕይወት እንደሆነ ይጠራጠራል። ነገር ግን ግምቱ የተሳሳተ ነው ምክንያቱም እንደ የአበባ ዱቄት ያሉ ትናንሽ ኦርጋኒክ ቅንጣቶች በውሃ ውስጥ ሲገቡም ይንቀሳቀሳሉ። ይህ እንቅስቃሴ የብራውኒያን እንቅስቃሴ ይባላል።
ይህ ግኝት የኪነቲክ ቲዎሪ እስኪፈጠር ድረስ ሊብራራ አይችልም።
ኪነቲክ ቲዎሪ
ኪኔቲክ ማለት መንቀሳቀስ ማለት ነው (ግሪክ)። የኪኔቲክ ቲዎሪ እያንዳንዱ ንጥረ ነገር አቶሞችን ወይም ሞለኪውሎችን ያቀፈ መሆኑን እና አቶሞች ወይም ሞለኪውሎች ያለማቋረጥ በዘፈቀደ እንደሚንቀሳቀሱ ይገልጻል።
በሚንቀሳቀሱበት ጊዜ አቶሞች ወይም ሞለኪውሎች ፍጥነት መጨመር አለባቸው። አቶሞች ወይም ሞለኪውሎችም ክብደት አላቸው። ክብደት (ሜ) እና ፍጥነት (ቪ) ስላለው፣ አቶም ወይም ሞለኪውሉ የኪነቲክ ኃይል (ኢኬ) እና ሞመንተም (ፒ) አለው። የኪነቲክ ኃይል፡ ኢኬ = 1/2 mv 2። ሞመንተም፡ p = m v. ከሞመንተም በተጨማሪ ኃይሎች አሉ። በሚንቀሳቀሱበት ጊዜ የግጭት ዕድል አለ። ስለዚህ፣ ግጭቱ ሲከሰት በሚከሰቱ የሞመንተም ለውጦች ምክንያት ኃይሎች ይፈጠራሉ።
የኪነቲክ ቲዎሪ በኪነቲክ ኢነርጂ፣ ሞመንተም እና ኃይል ላይ የተመሠረተ ነው ማለት እንችላለን። እነዚህ ሶስት ነገሮች በእንቅስቃሴ ተለዋዋጭነት (የኒውተን ህጎች፣ ፐልስ እና ሞመንተም) ርዕሰ ጉዳይ ላይ ጥናት ይደረጋሉ። ልዩነቱ በኪነቲክ ቲዎሪ ውስጥ፣ ተለዋዋጭነትን በአቶሞች ወይም ሞለኪውሎች ደረጃ ላይ እንተገብራለን። የኪነቲክ ቲዎሪ የተዘጋጀው በቦይል (1627-1691)፣ ዳንኤል በርኖሊ (1700-1782)፣ ጁሌ (1818-1889)፣ ክሮኒግ (1822-1879)፣ ሩዶልፍ ክላውሲየስ (1822-1888) እና ክሌርክ ማክስዌል (1831-1879) ነው።
የዚህ የኪነቲክ ቲዎሪ መኖር የብራውንን ግኝት ሊያስረዳ ይችላል። በኪነቲክ ቲዎሪ መሠረት፣ የአበባ ዱቄት የሚንቀሳቀሰው በፍጥነት የሚንቀሳቀሱ የውሃ ሞለኪውሎች ስለሚያንቀሳቅሱት ነው። የውሃ ሞለኪውሎች ብዛት እጅግ በጣም ብዙ ስለሆነ የአበባ ዱቄት ከተለያዩ አቅጣጫዎች ይገፋል።
በቋሚ ንጽጽር ህግ እና በቡናማ እንቅስቃሴ ግኝት ላይ በመመስረት፣ የአቶሚክ ቲዎሪ በሳይንስ ሊቃውንት ዘንድ እየጨመረ የመጣ እምነት አለ። አቶሞች ከማንኛውም ንጥረ ነገር ውስጥ ትንንሽ ቁርጥራጮች ናቸው። ስለዚህ አቶም መጠን አለው። የአቶሚክ መጠን ስንት ነው?
በ1905፣ አንስታይን በንድፈ ሀሳብ የአቶሞችን መጠን መርምሯል። በአቶሚክ ቲዎሪ፣ በኪነቲክ ቲዎሪ እና በሙከራዎች የተገኘውን መረጃ መሰረት በማድረግ፣ የአቶሚክ ዲያሜትር ከ10 -10 ሜትር አካባቢ መሆኑን አረጋግጧል። ስለዚህ የአቶሙ ዲያሜትር የሚገኘው በስሌት ነው። የአቶሞች መጠን ተገኝቷል፣ ስለዚህ የአቶሚክ ቲዎሪ እንዲሁም የኪነቲክ ቲዎሪ ይታወቃል።
