Članek o atomski teoriji in kinetični teoriji
Atomska teorija
Stari Grki so tisočletja verjeli, da je vsaka čista snov (kot so zlato, železo itd.) sestavljena iz atomov. Po njihovem mnenju, če čisto snov razrežemo na majhne koščke, nato te drobne delce ponovno razrežemo, nato ponovno razrežemo ... in tako naprej, dokler ne ostanejo najmanjši koščki, ki jih ni mogoče ponovno razrezati. Najmanjši koščki, ki jih ni mogoče ponovno razrezati, se imenujejo atomi. Atom pomeni »ne more se deliti« (grško).
Takrat se je atom štel za nerazdeljenega. Kasneje pa so nekateri znanstveniki odkrili elektrone in atomska jedra (protone in nevtrone), tako da je bila predpostavka, da atomov ni mogoče razdeliti, napačna. Atomi so torej sestavljeni iz elektronov (negativno nabitih) in atomskih jeder. Elektroni krožijo okoli jedra. V jedru so protoni (pozitivno nabiti) in nevtroni (nevtralni ali nenabiti).
Obstaja še ena teorija; ime ji je teorija zveznosti. Ta teorija trdi, da se čiste snovi lahko delijo v neskončnost. Po tej teoriji ni najmanjšega koščka. Najmanjše koščke je še vedno mogoče razrezati na manjše koščke. Torej postane neskončno. Katera od teh dveh teorij je pravilna? Pravilna atomska teorija ali teorija zveznosti?
V fiziki bo vsaka teorija znanstveno priznana, če jo je mogoče dokazati s poskusi. V 18., 19. in 20. stoletju je bila atomska teorija s poskusi, ki so jih izvajali znanstveniki, resnična.
Najprej razumite naslednje preglede. Elementi so čiste snovi, ki jih kemično ni mogoče razdeliti na druge snovi, na primer zlato (Au), železo (Fe), baker (Cu), cink (Zn), natrij (Na), kalcij (Ca), klor (Cl), dušik (N), kisik (O), vodik (H) itd. Poleg elementov obstajajo tudi spojine. Spojine so sestavljene iz elementov. Ker je sestavljena iz elementov, jo lahko še vedno razdelimo na elemente. Primeri spojin so voda.
Najmanjši del elementa je atom, medtem ko je najmanjši del spojine molekula. Molekule so sestavljene iz atomov, ki se držijo skupaj. Čisto zlato je primer elementa. Čisto zlato je sestavljeno iz atomov zlata (Au). Tudi delci železa so primer elementov. Železo je sestavljeno iz atomov železa (Fe). Element je torej čista snov, sestavljena iz podobnih atomov.
Voda, ki jo pogosto vidite, držite v rokah in pijete, je sestavljena iz molekul vode (kemijska formula je H2Molekule vode so sestavljene iz dveh atomov vodika (H) in enega atoma kisika (O).
Tukaj je nekaj dokazov atomske teorije:
Prvič, zakon nenehnega primerjanja.
Zakon primerjave pravi, da če se elementi združijo v spojine, imajo nastale spojine enako masno razmerje. Na primer sol. Sol, ki jo vidimo, je spojina, sestavljena iz molekul soli (NaCl). Seveda so molekule soli vedno tvorjene iz 23 delov natrija (Na) in 35 delov klora (Cl).
Zvezna teorija tega ne more razložiti, atomska teorija pa lahko. Po atomski teoriji so atomi najmanjši delci elementa, zato imajo atomi maso. Masno razmerje elementov v spojini mora biti povezano z relativno maso atomov, ki tvorijo element. Na podlagi števila posameznih elementov, ki tvorijo spojine, znanstveniki določijo relativno maso atomov. Relativna je, ker se relativna masa elementa primerja z relativno maso drugih atomov elementov.
Vodik je najlažji atom, zato se uporablja kot merilo. Relativna masa atoma vodika (H) ima vrednost 1. Z uporabo relativne mase atoma vodika kot merila dobi relativna masa atoma ogljika (C) vrednost 12.
Relativna masa atoma kisika (O) je določena z vrednostjo 16 in tako naprej (glej periodni sistem elementov). Relativna masa atoma ogljika = 12 pomeni, da je masa enega atoma ogljika 12-krat večja od mase enega atoma vodika (H). Relativna masa atoma kisika = 16 pomeni, da je masa atoma kisika 16-krat večja od mase enega atoma vodika (H).
V mednarodnem sistemu (SI) imamo masni standard, in sicer iridijev platinasti iridij, ki je shranjen v mednarodnih ustanovah za utež in mere v Franciji. V skladu z mednarodnim sporazumom je masa iridijevega platinastega iridija 1 kg, kar je standardni kilogram. Na atomski lestvici imamo tudi drugi masni standard, in sicer ogljikove atome 12C. Na podlagi mednarodnih sporazumov je masa 1 ogljikovega atoma 12C enaka 12.0000 poenotenih atomskih masnih enot (okrajšano u).
1 u = 1.66 x 10-27 kg
Masa 1 atoma ogljika (C) = 12,0000 u, masa 1 atoma vodika (H) = 1,0078 u, masa 1 atoma kisika (O) = 15,9994 u, masa 1 atoma natrija = 22,9897 u in tako naprej. Kar zadeva atomsko maso, jo lahko v celoti vidimo v periodnem sistemu elementov.
Poleg atomske mase obstaja tudi molekulska masa. Molekulska masa je skupna masa atomov molekule. Na primer, masa molekule soli (NaCl) = masa enega atoma natrija (Na) + masa enega atoma klora (Cl). Masa molekul vode (H2O) = masa dveh atomov vodika (H) + masa enega atoma kisika (O).
Drugič, rjavo gibanje
V davnih časih je živel angleški biolog Robert Brown. Raziskoval je cvetni prah, ki ga damo v vodo (1827). Voda in cvetni prah sta vidna pod mikroskopom. Robertu Brownu se je to zdelo nenavadno, ko je videl, da se cvetni prah premika sam od sebe. Nenavadno je, ker se cvetni prah premika. Smer gibanja cvetnega prahu je poljubna, a neprekinjena. Sumi, da je gibanje življenje, kjer cvetni prah živi, da se lahko premika. Vendar je njegovo ugibanje napačno, ker se majhni organski delci, kot je cvetni prah, prav tako premikajo, ko jih damo v vodo. To gibanje se imenuje Brownovo gibanje.
Tega odkritja ni mogoče pojasniti vse do razvoja kinetične teorije.
Kinetična teorija
Kinetično pomeni gibanje (grško). Kinetična teorija pravi, da je vsaka snov sestavljena iz atomov ali molekul in da se atomi ali molekule gibljejo neprekinjeno naključno.
Ko se atomi ali molekule gibljejo, morajo imeti hitrost. Atomi ali molekule imajo tudi maso. Ker imajo maso (m) in hitrost (v), ima atom ali molekula kinetično energijo (EK) in gibalno količino (p). Kinetična energija: EK = 1/2 mv2Medtem ko je gibalna količina: p = m v. Poleg gibalne količine obstajajo tudi sile. Pri gibanju obstaja možnost trkov. Torej sile nastanejo zaradi sprememb gibalne količine, ko pride do trka.
Lahko rečemo, da kinetična teorija temelji na kinetični energiji, gibalni količini in sili. Te tri stvari preučujemo v okviru dinamike gibanja (Newtonovi zakoni, gibalna količina in zagon). Razlika je v tem, da v kinetični teoriji dinamiko uporabljamo na ravni atomov ali molekul. Kinetično teorijo so razvili Boyle (1627–1691), Daniel Bernoulli (1700–1782), Joule (1818–1889), Kronig (1822–1879), Rudolph Clausius (1822–1888) in Clerk Maxwell (1831–1879).
Obstoj te kinetične teorije bi lahko pojasnil Brownovo odkritje. Po kinetični teoriji se cvetni prah premika, ker ga poganjajo hitro premikajoče se molekule vode. Število molekul vode je ogromno, zato se cvetni prah premika iz različnih smeri.
Na podlagi zakona o konstantni primerjavi in odkritja Brownovega gibanja znanstveniki vse bolj verjamejo v atomsko teorijo. Atomi so najmanjši delci katere koli snovi. Tako ima atom velikost. Kakšna je velikost atoma?
Leta 1905 je Einstein teoretično raziskal velikost atomov. Na podlagi atomske teorije, kinetične teorije in podatkov, pridobljenih s poskusi, je ugotovil, da je premer atoma približno 10-10 m. Torej, premer atoma dobimo z izračunom. Velikost atomov je bila odkrita, zato sta priznani atomska teorija in kinetična teorija.
