Článek o atomové teorii a kinetické teorii
Atomová teorie
Po tisíce let starověcí Řekové věřili, že každá čistá látka (jako zlato, železo atd.) se skládá z atomů. Podle nich, pokud je čistá látka rozřezána na malé kousky, pak se tyto drobné části znovu rozřezají, pak se znovu rozřezají… a tak dále, až vzniknou nejmenší kousky, které nelze znovu rozřezat. Nejmenší kousky, které nelze znovu rozřezat, se nazývají atomy. Atom znamená „nelze rozdělit“ (řecky).
V té době se atom již nepovažoval za dělený. Později však někteří vědci objevili elektrony a atomová jádra (protony a neutrony), takže předpoklad, že atomy nelze dělit, byl mylný. Atomy se tedy skládají z elektronů (záporně nabitých) a atomových jader. Elektrony obíhají kolem jádra. Uvnitř jádra se nacházejí protony (kladně nabité) a neutrony (neutrální neboli nenabité).
Existuje ještě jedna teorie; jmenuje se teorie spojitosti. Tato teorie tvrdí, že čisté látky lze dělit do nekonečna. Podle této teorie neexistuje nic jako nejmenší kousek. I ty nejmenší kousky lze stále rozřezat na menší kousky. Takže se to stane nekonečným. Která z těchto dvou teorií je správná? Správná atomová teorie, nebo teorie spojitosti?
Ve fyzice bude každá teorie vědecky uznána, pokud ji lze experimentálně dokázat. V 18., 19. a 20. století se atomová teorie prostřednictvím experimentů prováděných vědci ukázala jako pravdivá.
Nejprve si ujasněte následující shrnutí. Prvky jsou čisté látky, které nelze chemicky rozdělit na jiné látky, například zlato (Au), železo (Fe), měď (Cu), zinek (Zn), sodík (Na), vápník (Ca), chlor (Cl), dusík (N), kyslík (O), vodík (H) atd. Kromě prvků existují také sloučeniny. Sloučeniny se skládají z prvků. Protože se sloučenina skládá z prvků, lze ji stále rozdělit na prvky. Příklady sloučenin jsou voda.
Nejmenší částí prvku je atom, zatímco nejmenší částí sloučeniny je molekula. Molekuly se skládají z atomů, které slepují dohromady. Příkladem prvku je ryzí zlato. Ryzí zlato se skládá z atomů zlata (Au). Kousky železa jsou také příkladem prvků. Železo se skládá z atomů železa (Fe). Prvek je tedy čistá látka sestávající z podobných atomů.
Voda, kterou často vidíte, držíte v ruce a pijete, se skládá z molekul vody (chemický vzorec je H2Molekuly vody se skládají ze dvou atomů vodíku (H) a jednoho atomu kyslíku (O).
Zde jsou některé důkazy atomové teorie:
Zaprvé, zákon neustálého srovnávání.
Zákon srovnání říká, že pokud se prvky spojí a vytvoří sloučeniny, vzniklé sloučeniny mají stejný hmotnostní poměr. Například sůl. Sůl, kterou vidíme, je sloučenina sestávající z molekul soli (NaCl). Molekuly soli se přirozeně vždy tvoří z 23 dílů sodíku (Na) a 35 dílů chloru (Cl).
Kontinuální teorie to nedokáže vysvětlit, ale atomová teorie ano. Podle atomové teorie jsou atomy nejmenšími částmi prvku, takže atomy mají hmotnost. Hmotnostní poměr prvků sloučeniny musí souviset s relativní hmotností atomů, které prvek tvoří. Na základě počtu jednotlivých prvků, které tvoří sloučeniny, vědci určují relativní hmotnost atomů. Říká se, že je relativní, protože relativní hmotnost prvku se porovnává s relativní hmotností ostatních atomů elementu.
Vodík je nejlehčí atom, proto se používá jako referenční hodnota. Relativní hmotnost atomu vodíku (H) má hodnotu 1. Použitím relativní hmotnosti atomu vodíku jako referenční hodnoty je relativní hmotnost atomu uhlíku (C) ohodnocena hodnotou 12.
Relativní hmotnost atomu kyslíku (O) je přiřazena hodnotě 16 a tak dále (viz periodická tabulka prvků). Relativní hmotnost atomu uhlíku = 12 znamená, že hmotnost jednoho atomu uhlíku je 12krát větší než hmotnost jednoho atomu vodíku (H). Relativní hmotnost atomu kyslíku = 16 znamená, že hmotnost atomu kyslíku je 16krát větší než hmotnost jednoho atomu vodíku (H).
V mezinárodní soustavě SI máme hmotnostní etalon, a to iridiumplatinu, který je uložen v mezinárodních institucích pro vážení a míry ve Francii. Podle mezinárodní dohody je hmotnost iridiumplatiny 1 kg, což je standardní kilogram. V atomovém měřítku máme také druhý hmotnostní etalon, a to atomy uhlíku 12C. Na základě mezinárodních dohod je hmotnost 1 atomu uhlíku 12C 12 0000 unifikovaných atomových hmotnostních jednotek (zkráceně u).
1 u = 1.66 x 10-27 kg.
Hmotnost 1 atomu uhlíku (C) = 12,0000 u, hmotnost 1 atomu vodíku (H) = 1,0078 u, hmotnost 1 atomu kyslíku (O) = 15,9994 u, hmotnost 1 atomu sodíku = 22,9897 u a tak dále. Pokud jde o atomovou hmotnost, je ji možné vidět v periodické tabulce prvků.
Kromě atomové hmotnosti existuje také molekulová hmotnost. Molekulová hmotnost je celková hmotnost atomů molekuly. Například hmotnost molekuly soli (NaCl) = hmotnost jednoho atomu sodíku (Na) + hmotnost jednoho atomu chloru (Cl). Hmotnost molekul vody (H2O) = hmotnost 2 atomů vodíku (H) + hmotnost jednoho atomu kyslíku (O).
Za druhé, hnědý pohyb
V dávných dobách žil anglický biolog jménem Robert Brown. Zkoumal pyl umístěný do vody (1827). Voda a pyl jsou viditelné pod mikroskopem. Robert Brown to shledal zvláštním poté, co viděl, jak se pyl pohybuje sám od sebe. Je to zvláštní, protože pyl se pohybuje. Směr pohybu pylu je libovolný, ale nepřetržitý. Domníval se, že tento pohyb je život, pyl žije, aby se mohl pohybovat. Jeho odhad je však mylný, protože malé organické částice, jako je pyl, se také pohybují, když jsou umístěny do vody. Tento pohyb se nazývá Brownův pohyb.
Tento objev nelze vysvětlit až do vývoje kinetické teorie.
Kinetická teorie
Kinetický znamená pohyb (řecky). Kinetická teorie říká, že každá látka se skládá z atomů nebo molekul a že atomy nebo molekuly se pohybují nepřetržitě a náhodně.
Když se atomy nebo molekuly pohybují, musí se pohybovat rychlostí. Atomy nebo molekuly mají také hmotnost. Protože mají hmotnost (m) a rychlost (v), pak atom nebo molekula má kinetickou energii (EK) a hybnost (p). Kinetická energie: EK = 1/2 mv2Zatímco hybnost: p = m v. Kromě hybnosti existují i síly. Při pohybu existuje možnost srážek. Síly tedy vznikají v důsledku změn hybnosti, když dojde ke srážce.
Můžeme říci, že kinetická teorie je založena na kinetické energii, hybnosti a síle. Tyto tři věci jsou studovány v rámci předmětu dynamika pohybu (Newtonovy zákony, impuls a hybnost). Rozdíl je v tom, že v kinetické teorii aplikujeme dynamiku na úrovni atomů nebo molekul. Kinetickou teorii vyvinuli Boyle (1627-1691), Daniel Bernoulli (1700-1782), Joule (1818-1889), Kronig (1822-1879), Rudolph Clausius (1822-1888) a Clerk Maxwell (1831-1879).
Existence této kinetické teorie by mohla vysvětlit Brownův objev. Podle kinetické teorie se pyl pohybuje, protože ho pohánějí rychle se pohybující molekuly vody. Počet molekul vody je obrovský, takže pyl je tlačen z různých směrů.
Na základě zákona neustálého srovnávání a objevu Brownova pohybu vědci stále více věří v atomovou teorii. Atomy jsou nejmenší částice jakékoli látky. Atom má tedy svou velikost. Jaká je velikost atomu?
V roce 1905 Einstein teoreticky zkoumal velikost atomů. Na základě atomové teorie, kinetické teorie a dat získaných experimenty zjistil, že průměr atomu je přibližně 10-10 m. Průměr atomu se tedy získá výpočtem. Velikost atomů byla objevena, takže atomová teorie je uznávána, stejně jako kinetická teorie.
