Straipsnis apie atominę teoriją ir kinetinę teoriją
Atominė teorija
Tūkstančius metų senovės graikai tikėjo, kad kiekviena gryna medžiaga (pvz., auksas, geležis ir kt.) sudaryta iš atomų. Pasak jų, jei gryna medžiaga supjaustoma į mažus gabalėlius, tai tos mažytės dalelės vėl supjaustomos, tada dar kartą supjaustomos... ir taip toliau, tada lieka mažiausios dalelės, kurių daugiau nebegalima pjauti. Mažiausios dalelės, kurių daugiau nebegalima pjauti, vadinamos atomais. Atomas reiškia „negali būti padalytas“ (graikų kalba).
Tuo metu atomas buvo laikomas nepadalytu. Tačiau vėliau kai kurie mokslininkai atrado elektronus ir atomo branduolius (protonus ir neutronus), todėl prielaida, kad atomai negali būti skaidomi, buvo klaidinga. Taigi, atomai susideda iš elektronų (neigiamai įkrautų) ir atomo branduolių. Elektronai sukasi aplink branduolį. Branduolio viduje yra protonų (teigiamai įkrautų) ir neutronų (neutralių arba neįkrautų).
Yra ir kita teorija, vadinama tolydžiąja teorija. Ši teorija teigia, kad grynas medžiagas galima dalyti iki begalybės. Pagal šią teoriją nėra tokio dalyko kaip mažiausias gabalėlis. Mažiausius gabalėlius vis tiek galima supjaustyti į mažesnius gabalėlius. Taigi, jis tampa begalinis. Kuri iš šių dviejų teorijų yra teisinga? Teisinga atominė teorija ar tolydioji teorija?
Fizikoje kiekviena teorija bus pripažinta moksliškai, jei ją galima įrodyti eksperimentais. XVIII, XIX ir XX amžiuje, mokslininkų atliktų eksperimentų dėka, atominė teorija buvo teisinga.
Pirmiausia supraskite šias apžvalgas. Elementai yra grynos medžiagos, kurių chemiškai negalima suskirstyti į kitas medžiagas, pavyzdžiui, auksas (Au), geležis (Fe), varis (Cu), cinkas (Zn), natris (Na), kalcis (Ca), chloras (Cl), azotas (N), deguonis (O), vandenilis (H) ir kt. Be elementų, yra ir junginių. Junginiai sudaryti iš elementų. Kadangi junginį sudaro elementai, jį vis tiek galima suskirstyti į elementus. Junginių pavyzdžiai yra vanduo.
Mažiausia elemento dalis yra atomas, o mažiausia junginio dalis yra molekulė. Molekulės susideda iš kartu sulipusių atomų. Grynas auksas yra elemento pavyzdys. Gryną auksą sudaro aukso (Au) atomai. Geležies gabalėliai taip pat yra elementų pavyzdys. Geležį sudaro geležies (Fe) atomai. Taigi, elementas yra gryna medžiaga, sudaryta iš panašių atomų.
Vanduo, kurį dažnai matote, laikote rankose ir geriame, sudarytas iš vandens molekulių (cheminė formulė yra H₂O ) . Vandens molekules sudaro du vandenilio atomai (H) ir vienas deguonies atomas (O).
Štai keletas atominės teorijos įrodymų:
Pirma, nuolatinio palyginimo dėsnis.
Palyginimo dėsnis teigia, kad jei elementai jungiasi ir sudaro junginius, susidarę junginiai turi tą patį masės santykį. Pavyzdžiui, druska. Druska, kurią matome, yra junginys, sudarytas iš druskos molekulių (NaCl). Natūralu, kad druskos molekulės visada susidaro iš 23 dalių natrio (Na) ir 35 dalių chloro (Cl).
Tolydžioji teorija negali to paaiškinti, bet atominė teorija gali. Pagal atominę teoriją, atomai yra mažiausios elemento dalelės, todėl atomai turi masę. Junginio elementų masių santykis turi būti susijęs su elementą sudarančių atomų santykine mase. Remdamiesi kiekvieno junginius sudarančio elemento skaičiumi, mokslininkai nustato santykinę atomų masę. Sakoma, kad ji yra santykinė, nes elemento santykinė masė lyginama su kitų elementų atomų santykine mase.
Vandenilis yra lengviausias atomas, todėl jis naudojamas kaip etalonas. Vandenilio atomo (H) santykinei masei suteikiama vertė 1. Naudojant vandenilio atomo santykinę masę kaip etaloną, anglies atomo (C) santykinei masei suteikiama vertė 12,
Deguonies atomo (O) santykinei masei priskiriama 16 vertė ir taip toliau (žr. periodinę elementų lentelę). Anglies atomo santykinė masė = 12 reiškia, kad vieno anglies atomo masė yra 12 kartų didesnė už vieno vandenilio atomo (H) masę. Deguonies atomo santykinė masė = 16 reiškia, kad deguonies atomo masė yra 16 kartų didesnė už vieno vandenilio atomo (H) masę.
Tarptautinėje sistemoje (SI) turime masės etaloną – iridžio platiną, kuri saugoma tarptautinėse svorio ir dydžio institucijose Prancūzijoje. Pagal tarptautinį susitarimą, iridžio platinos masė yra 1 kg, tai yra standartinis kilogramas. Atominėje skalėje turime ir antrą masės etaloną – 12C anglies atomus. Remiantis tarptautiniais susitarimais, 1 anglies atomo 12C masė yra 12 0000 vieningųjų atominių masės vienetų (sutrumpintai u).
1 u = 1.66 x 10⁻²⁷ kg.
1 anglies atomo (C) masė = 12,0000 u, 1 vandenilio atomo (H) masė = 1,0078 u, 1 deguonies atomo (O) masė = 15,9994 u, 1 natrio atomo masė = 22,9897 u ir t. t. Atomo masę galima rasti periodinėje elementų lentelėje.
Be atominės masės, yra ir molekulinė masė. Molekulinė masė yra bendra molekulės atomų masė. Pavyzdžiui, druskos molekulės (NaCl) masė = vieno natrio atomo (Na) masė + vieno chloro atomo (Cl) masė. Vandens molekulių (H₂O) masė = dviejų vandenilio atomų (H) masė + vieno deguonies atomo (O) masė.
Antra, rudas judėjimas
Senovėje gyveno anglų biologas Robertas Brownas. Jis tyrinėjo žiedadulkes, patekusias į vandenį (1827 m.). Vanduo ir žiedadulkės matomos pro mikroskopą. Robertui Brownui tai pasirodė keista, kai jis pamatė, kad žiedadulkės juda pačios. Tai keista, nes žiedadulkės juda. Žiedadulkių judėjimo kryptis yra savavališka, bet nenutrūkstama. Jis įtaria, kad judėjimas yra gyvybė, nes žiedadulkės gyvena tam, kad galėtų judėti. Tačiau jo spėjimas klaidingas, nes mažos organinės dalelės, tokios kaip žiedadulkės, taip pat juda, patekusios į vandenį. Šis judėjimas vadinamas Brauno judėjimu.
Šio atradimo negalima paaiškinti, kol nebus sukurta kinetinė teorija.
Kinetinė teorija
Kinetinis reiškia judėti (graikiškai). Kinetinė teorija teigia, kad kiekviena medžiaga susideda iš atomų arba molekulių ir kad atomai arba molekulės nuolat juda atsitiktinai.
Judėdami atomai arba molekulės turi greitį. Atomai arba molekulės taip pat turi masę. Kadangi atomas arba molekulė turi masę (m) ir greitį (v), jie turi kinetinę energiją (EK) ir judesio kiekį (p). Kinetinė energija: EK = 1/2 mv² . O judesio kiekis: p = mv. Be judesio kiekio, yra ir jėgų. Judant yra susidūrimų tikimybė. Taigi, jėgos atsiranda dėl judesio kiekio pokyčių susidūrimo metu.
Galime sakyti, kad kinetinė teorija remiasi kinetine energija, judesio kiekiu ir jėga. Šie trys dalykai nagrinėjami judėjimo dinamikos srityje (Niutono dėsniai, impulsas ir judesio kiekis). Skirtumas tas, kad kinetinėje teorijoje dinamiką taikome atomų arba molekulių lygmenyje. Kinetinę teoriją sukūrė Boyle'as (1627–1691), Danielis Bernoulli (1700–1782), Joule'as (1818–1889), Kronig (1822–1879), Rudolphas Clausius'as (1822–1888) ir Clerkas Maxwellas (1831–1879).
Šios kinetinės teorijos egzistavimas galėtų paaiškinti Brauno atradimą. Pagal kinetiką žiedadulkės juda dėl greitai judančių vandens molekulių. Vandens molekulių skaičius yra milžiniškas, todėl žiedadulkės yra stumiamos iš įvairių krypčių.
Remiantis pastovaus palyginimo dėsniu ir rudojo judėjimo atradimu, mokslininkai vis labiau tiki atomų teorija. Atomai yra mažiausios bet kurios medžiagos dalelės. Taigi, atomas turi dydį. Koks yra atomo dydis?
1905 m. Einšteinas teoriškai ištyrė atomų dydį. Remdamasis atomų teorija, kinetikos teorija ir eksperimentų metu gautais duomenimis, jis nustatė, kad atomo skersmuo yra apie 10⁻⁶ –10⁻¹ m. Taigi, atomo skersmuo buvo gautas skaičiuojant. Atomų dydis buvo atrastas, todėl buvo pripažinta atomų teorija, taip pat ir kinetikos teorija.
