Artikel over atoomtheorie en kinetische theorie
Atoom theorie
Duizenden jaren lang geloofden de oude Grieken dat elke zuivere stof (zoals goud, ijzer, enz.) uit atomen bestond. Volgens hen, als een zuivere stof in kleine stukjes wordt verdeeld, en die kleine stukjes vervolgens weer worden verdeeld, enzovoort, dan blijven er uiteindelijk de kleinste stukjes over die niet verder kunnen worden verdeeld. Deze kleinste stukjes die niet verder kunnen worden verdeeld, worden atomen genoemd. Atoom betekent "niet deelbaar" (Grieks).
Destijds werd aangenomen dat het atoom niet verder onderverdeeld kon worden. Later ontdekten wetenschappers echter elektronen en atoomkernen (protonen en neutronen), waardoor de aanname dat atomen niet verder onderverdeeld konden worden, onjuist bleek. Atomen bestaan dus uit elektronen (negatief geladen) en atoomkernen. Elektronen cirkelen rond de kern. In de kern bevinden zich protonen (positief geladen) en neutronen (neutraal of ongeladen).
Er is nog een andere theorie, de zogenaamde continuïteitstheorie. Deze theorie stelt dat zuivere stoffen tot in het oneindige kunnen worden verdeeld. Volgens deze theorie bestaat er niet zoiets als het kleinste deeltje. Zelfs de kleinste deeltjes kunnen weer in kleinere deeltjes worden verdeeld. Zo wordt het oneindig. Welke van deze twee theorieën is correct? De atoomtheorie of de continuïteitstheorie?
In de natuurkunde wordt elke theorie wetenschappelijk erkend als deze experimenteel bewezen kan worden. In de 18e, 19e en 20e eeuw werd de atoomtheorie door middel van experimenten van wetenschappers bewezen.
Begrijp eerst de volgende uitleg. Elementen zijn zuivere stoffen die chemisch gezien niet verder kunnen worden onderverdeeld in andere stoffen, bijvoorbeeld goud (Au), ijzer (Fe), koper (Cu), zink (Zn), natrium (Na), calcium (Ca), chloor (Cl), stikstof (N), zuurstof (O), waterstof (H), enzovoort. Naast elementen bestaan er ook verbindingen. Verbindingen bestaan uit elementen. Omdat een verbinding uit elementen bestaat, kan deze ook weer worden opgedeeld in elementen. Een voorbeeld van een verbinding is water.
Het kleinste deeltje van een element is een atoom, terwijl het kleinste deeltje van een verbinding een molecuul is. Moleculen bestaan uit atomen die aan elkaar vastzitten. Zuiver goud is een voorbeeld van een element. Zuiver goud bestaat uit goudatomen (Au). Stukjes ijzer zijn ook een voorbeeld van elementen. IJzer bestaat uit ijzeratomen (Fe). Een element is dus een zuivere stof die bestaat uit gelijksoortige atomen.
Het water dat je vaak ziet, vasthoudt en drinkt, bestaat uit watermoleculen (de chemische formule is H₂O ) . Watermoleculen bestaan uit twee waterstofatomen (H) en één zuurstofatoom (O).
Hier volgen enkele bewijzen voor de atoomtheorie:
Ten eerste, de wet van constante vergelijking.
De wet van vergelijking stelt dat als elementen zich combineren tot verbindingen, de gevormde verbindingen dezelfde massaverhouding hebben. Neem bijvoorbeeld zout. Het zout dat we zien, is een verbinding die bestaat uit zoutmoleculen (NaCl). Zoutmoleculen worden van nature altijd gevormd uit 23 delen natrium (Na) en 35 delen chloor (Cl).
De continue theorie kan het niet verklaren, maar de atoomtheorie wel. Volgens de atoomtheorie zijn atomen de kleinste deeltjes van een element en hebben ze dus massa. De massaverhouding van de elementen in een verbinding moet gerelateerd zijn aan de relatieve massa van de atomen waaruit het element is opgebouwd. Op basis van het aantal van elk element in de verbindingen bepalen wetenschappers de relatieve massa van de atomen. Het wordt relatief genoemd omdat de relatieve massa van een element wordt vergeleken met de relatieve massa van andere elementatomen.
Waterstof is het lichtste atoom en wordt daarom als referentiepunt gebruikt. De relatieve massa van een waterstofatoom (H) wordt gelijkgesteld aan 1. Door de relatieve massa van een waterstofatoom als referentiepunt te gebruiken, wordt de relatieve massa van het koolstofatoom (C) gelijkgesteld aan 12.
Aan de relatieve massa van het zuurstofatoom (O) wordt een waarde van 16 toegekend, enzovoort (zie het periodiek systeem der elementen). De relatieve massa van een koolstofatoom = 12 betekent dat de massa van één koolstofatoom 12 keer groter is dan de massa van één waterstofatoom (H). De relatieve massa van een zuurstofatoom = 16 betekent dat de massa van een zuurstofatoom 16 keer groter is dan de massa van één waterstofatoom (H).
In het Internationale Stelsel van Massa (SI) hebben we een massastandaard, namelijk iridiumplatina, die wordt bewaard in internationale instellingen voor gewicht en grootte in Frankrijk. Volgens de internationale overeenkomst is de massa van iridiumplatina 1 kg, dit is een standaardkilogram. Op atomaire schaal hebben we ook een tweede massastandaard, namelijk 12C-koolstofatomen. Op basis van internationale overeenkomsten is de massa van 1 koolstofatoom 12C gelijk aan 12.000 verenigde atomaire massa-eenheden (afgekort u).
1 u = 1.66 x 10 -27 kg.
De massa van 1 koolstofatoom (C) is 12,0000 u, de massa van 1 waterstofatoom (H) is 1,0078 u, de massa van 1 zuurstofatoom (O) is 15,9994 u, de massa van 1 natriumatoom is 22,9897 u, enzovoort. De volledige atoommassa is te vinden in het periodiek systeem der elementen.
Naast atoommassa bestaat er ook moleculaire massa. Moleculaire massa is de totale massa van de atomen in een molecuul. De massa van een zoutmolecuul (NaCl) is bijvoorbeeld gelijk aan de massa van één natriumatoom (Na) + de massa van één chlooratoom (Cl). De massa van watermoleculen (H₂O ) is gelijk aan de massa van twee waterstofatomen (H) + de massa van één zuurstofatoom (O).
Ten tweede, bruine beweging
In de oudheid leefde een Engelse bioloog genaamd Robert Brown. Hij deed onderzoek naar stuifmeel in water (1827). Water en stuifmeel zijn zichtbaar onder een microscoop. Robert Brown vond het vreemd toen hij zag dat het stuifmeel uit zichzelf bewoog. Het was vreemd omdat het stuifmeel bewoog. De richting van de stuifmeelbeweging was willekeurig, maar continu. Hij vermoedde dat de beweging een vorm van leven was, waarbij stuifmeel leeft zodat het kan bewegen. Maar zijn vermoeden was onjuist, want kleine organische deeltjes zoals stuifmeel bewegen ook wanneer ze in water worden geplaatst. Deze beweging wordt de Brownse beweging genoemd.
Deze ontdekking kan pas verklaard worden na de ontwikkeling van de kinetische theorie.
kinetische theorie
Kinetisch betekent bewegen (Grieks). De kinetische theorie stelt dat elke stof bestaat uit atomen of moleculen en dat atomen of moleculen zich continu willekeurig bewegen.
Wanneer atomen of moleculen bewegen, moeten ze snelheid ontwikkelen. Atomen of moleculen hebben ook massa. Omdat ze massa (m) en snelheid (v) hebben, bezitten ze kinetische energie (EK) en impuls (p). Kinetische energie: EK = 1/2 mv² . Impuls: p = mv. Naast impuls zijn er ook krachten. Tijdens een beweging bestaat de mogelijkheid van botsingen. Krachten ontstaan dus door veranderingen in impuls wanneer een botsing plaatsvindt.
We kunnen stellen dat de kinetische theorie gebaseerd is op kinetische energie, impuls en kracht. Deze drie begrippen worden bestudeerd in de bewegingsdynamica (de wetten van Newton, impuls en momentum). Het verschil is dat we in de kinetische theorie dynamica toepassen op het niveau van atomen of moleculen. De kinetische theorie werd ontwikkeld door Boyle (1627-1691), Daniel Bernoulli (1700-1782), Joule (1818-1889), Kronig (1822-1879), Rudolph Clausius (1822-1888) en Clerk Maxwell (1831-1879).
Het bestaan van deze kinetische theorie zou Browns ontdekking kunnen verklaren. Volgens de kinetische theorie beweegt stuifmeel doordat het wordt voortgestuwd door snel bewegende watermoleculen. Het aantal watermoleculen is enorm, waardoor stuifmeel vanuit verschillende richtingen wordt voortgeduwd.
Op basis van de wet van constante vergelijking en de ontdekking van de bruine beweging wordt de atoomtheorie steeds meer door wetenschappers geaccepteerd. Atomen zijn de kleinste deeltjes van elke stof. Een atoom heeft dus een bepaalde grootte. Wat is de grootte van een atoom?
In 1905 onderzocht Einstein theoretisch de grootte van atomen. Op basis van de atoomtheorie, de kinetische theorie en experimentele gegevens concludeerde hij dat de atoomdiameter ongeveer 10⁻¹⁰ m bedroeg . De diameter van het atoom werd dus door berekeningen bepaald. De grootte van atomen was ontdekt, waardoor de atoomtheorie en de kinetische theorie werden erkend.
