Articolo sulla teoria atomica e sulla teoria cinetica
Teoria atomica
Per migliaia di anni, gli antichi Greci hanno creduto che ogni sostanza pura (come l'oro, il ferro, ecc.) fosse composta da atomi. Secondo loro, se una sostanza pura viene tagliata in piccoli pezzi, poi questi piccoli pezzi vengono ulteriormente tagliati, e così via, si otterranno i pezzi più piccoli che non possono essere ulteriormente tagliati. Questi pezzi più piccoli che non possono essere ulteriormente tagliati sono chiamati atomi. Atomo significa "indivisibile" (in greco).
A quel tempo, si riteneva che l'atomo non fosse più divisibile. Ma in seguito alcuni scienziati scoprirono gli elettroni e i nuclei atomici (protoni e neutroni), quindi l'ipotesi che gli atomi non potessero essere ulteriormente suddivisi si rivelò errata. Pertanto, gli atomi sono costituiti da elettroni (caricati negativamente) e nuclei atomici. Gli elettroni orbitano attorno al nucleo. All'interno del nucleo si trovano protoni (caricati positivamente) e neutroni (neutri o privi di carica).
Esiste un'altra teoria, chiamata teoria continua. Questa teoria afferma che le sostanze pure possono essere divise all'infinito. Secondo questa teoria, non esiste un "pezzo più piccolo" in assoluto. Anche i pezzi più piccoli possono essere ulteriormente suddivisi in pezzi ancora più piccoli. Quindi, si arriva all'infinito. Quale di queste due teorie è corretta? La teoria atomica o la teoria continua?
In fisica, ogni teoria viene riconosciuta scientificamente se può essere dimostrata sperimentalmente. Nei secoli XVIII, XIX e XX, grazie agli esperimenti condotti dagli scienziati, la teoria atomica si è rivelata corretta.
Innanzitutto, è importante comprendere i seguenti concetti. Gli elementi sono sostanze pure che non possono essere ulteriormente scomposte chimicamente in altre sostanze, ad esempio oro (Au), ferro (Fe), rame (Cu), zinco (Zn), sodio (Na), calcio (Ca), cloro (Cl), azoto (N), ossigeno (O), idrogeno (H) ecc. Oltre agli elementi, esistono anche i composti. I composti sono costituiti da elementi. Poiché sono costituiti da elementi, i composti possono essere ulteriormente scomposti in elementi. Un esempio di composto è l'acqua.
La parte più piccola di un elemento è l'atomo, mentre la parte più piccola di un composto è la molecola. Le molecole sono costituite da atomi uniti tra loro. L'oro puro è un esempio di elemento. L'oro puro è costituito da atomi d'oro (Au). Anche i pezzi di ferro sono un esempio di elemento. Il ferro è costituito da atomi di ferro (Fe). Quindi, un elemento è una sostanza pura composta da atomi simili.
L'acqua che spesso vedi, tieni in mano e bevi è composta da molecole d'acqua (la formula chimica è H2Oh). Le molecole d'acqua sono composte da due atomi di idrogeno (H) e un atomo di ossigeno (O).
Ecco alcune prove della teoria atomica:
Innanzitutto, la legge del confronto costante.
La legge del confronto afferma che se gli elementi si combinano per formare composti, i composti formati hanno lo stesso rapporto di massa. Ad esempio, il sale. Il sale che vediamo è un composto costituito da molecole di sale (NaCl). Naturalmente, le molecole di sale sono sempre formate da 23 parti di sodio (Na) e 35 parti di cloro (Cl).
La teoria continua non può spiegarlo, ma la teoria atomica sì. Secondo la teoria atomica, gli atomi sono le parti più piccole di un elemento e quindi possiedono massa. Il rapporto di massa degli elementi di un composto deve essere correlato alla massa relativa degli atomi che lo compongono. In base al numero di ciascun elemento che forma i composti, gli scienziati determinano la massa relativa degli atomi. Si dice relativa perché la massa relativa di un elemento viene confrontata con la massa relativa degli atomi di altri elementi.
L'idrogeno è l'atomo più leggero, quindi viene utilizzato come riferimento. Alla massa relativa di un atomo di idrogeno (H) viene assegnato un valore di 1. Utilizzando la massa relativa di un atomo di idrogeno come riferimento, alla massa relativa dell'atomo di carbonio (C) viene assegnato un valore di 12,
Alla massa relativa dell'atomo di ossigeno (O) viene assegnato un valore di 16 e così via (vedi la tavola periodica degli elementi). La massa relativa di un atomo di carbonio = 12 significa che la massa di un atomo di carbonio è 12 volte maggiore della massa di un atomo di idrogeno (H). La massa relativa di un atomo di ossigeno = 16 significa che la massa di un atomo di ossigeno è 16 volte maggiore della massa di un atomo di idrogeno (H).
Nel Sistema Internazionale di Unità di Misura (SI) abbiamo uno standard di massa, ovvero l'iridio-platino, conservato presso gli istituti internazionali di pesi e dimensioni in Francia. Secondo l'accordo internazionale, la massa dell'iridio-platino è di 1 kg, ovvero un chilogrammo standard. A livello atomico, abbiamo anche un secondo standard di massa, ovvero l'atomo di carbonio 12C. In base agli accordi internazionali, la massa di 1 atomo di carbonio 12C è pari a 12.000 unità di massa atomica unificata (abbreviata in u).
1 u = 1.66 x 10 all'27 ottobre kg.
La massa di un atomo di carbonio (C) è pari a 12,0000 u, la massa di un atomo di idrogeno (H) è pari a 1,0078 u, la massa di un atomo di ossigeno (O) è pari a 15,9994 u, la massa di un atomo di sodio è pari a 22,9897 u e così via. Per quanto riguarda la massa atomica, è possibile consultarla per intero nella tavola periodica degli elementi.
Oltre alla massa atomica, esiste anche la massa molecolare. La massa molecolare è la massa totale degli atomi di una molecola. Ad esempio, la massa di una molecola di sale (NaCl) = la massa di un atomo di sodio (Na) + la massa di un atomo di cloro (Cl). La massa delle molecole d'acqua (H2O) = la massa di 2 atomi di idrogeno (H) + la massa di un atomo di ossigeno (O).
Secondo movimento marrone
Nell'antichità, nel 1827, visse un biologo inglese di nome Robert Brown. Stava studiando il polline immerso nell'acqua. L'acqua e il polline sono visibili al microscopio. Robert Brown rimase colpito dal movimento spontaneo del polline. La sua strana caratteristica era la direzione del movimento, casuale ma continua. Sospettò che questo movimento fosse dovuto a una forma di vita, in cui il polline si muoveva. Ma la sua ipotesi era errata, perché anche le piccole particelle organiche come il polline si muovono quando immerse nell'acqua. Questo movimento è chiamato moto browniano.
Questa scoperta non può essere spiegata senza lo sviluppo della teoria cinetica.
Teoria cinetica
Cinetico significa movimento (dal greco). La teoria cinetica afferma che ogni sostanza è composta da atomi o molecole e che atomi o molecole si muovono continuamente in modo casuale.
Quando si muovono, gli atomi o le molecole devono acquisire velocità. Gli atomi o le molecole hanno anche massa. Poiché possiedono massa (m) e velocità (v), l'atomo o la molecola hanno energia cinetica (EC) e quantità di moto (p). Energia cinetica: EC = 1/2 mv2. Mentre la quantità di moto: p = m v. Oltre alla quantità di moto, ci sono forze. Durante il movimento, c'è la possibilità di collisioni. Quindi, le forze si generano a causa delle variazioni di quantità di moto quando si verifica una collisione.
Possiamo affermare che la teoria cinetica si basa sull'energia cinetica, sulla quantità di moto e sulla forza. Questi tre elementi vengono studiati nell'ambito della dinamica del moto (le leggi di Newton, dell'impulso e della quantità di moto). La differenza sta nel fatto che nella teoria cinetica applichiamo la dinamica a livello di atomi o molecole. La teoria cinetica è stata sviluppata da Boyle (1627-1691), Daniel Bernoulli (1700-1782), Joule (1818-1889), Kronig (1822-1879), Rudolph Clausius (1822-1888) e Clerk Maxwell (1831-1879).
L'esistenza di questa teoria cinetica potrebbe spiegare la scoperta di Brown. Secondo la teoria cinetica, il polline si muove perché spinto da molecole d'acqua in rapido movimento. Il numero di molecole d'acqua è enorme, quindi il polline viene spinto da diverse direzioni.
Basandosi sulla legge del confronto costante e sulla scoperta del moto browniano, la teoria atomica gode di crescente credito tra gli scienziati. Gli atomi sono le unità più piccole di qualsiasi sostanza. Pertanto, l'atomo ha una dimensione. Qual è la dimensione di un atomo?
Nel 1905, Einstein studiò teoricamente le dimensioni degli atomi. Basandosi sulla teoria atomica, sulla teoria cinetica e sui dati ottenuti tramite esperimenti, scoprì che il diametro atomico era di circa 10 all'10 ottobre m. Quindi, il diametro dell'atomo si ottiene tramite calcolo. Le dimensioni degli atomi sono state scoperte, quindi la teoria atomica è riconosciuta, così come la teoria cinetica.
