La théorie atomique - c'est-à-dire la croyance que toute matière est composée de minuscules éléments indivisibles - a des racines très profondes. Cependant, il n'a été adopté scientifiquement qu'au 19e siècle, lorsqu'une approche fondée sur des preuves a commencé à révéler à quoi ressemblait le modèle atomique.
C'est à cette époque que John Dalton, un chimiste, météorologue et physicien anglais, a commencé une série d'expériences qui aboutiront à lui proposer la théorie des compositions atomiques - qui sera ensuite connue sous le nom de théorie atomique de Dalton - qui deviendra l'une des pierres angulaires de la physique et de la chimie modernes.
Au-delà de la création d'un modèle pour les interactions atomiques, John Dalton est également reconnu pour avoir développé des lois permettant de comprendre le fonctionnement des gaz. Avec le temps, cela l'a amené à conclure sur l'interaction des atomes, le poids des atomes et à concevoir des lois qui établissent la théorie atomique comme discipline scientifique.
Lois sur les gaz de Dalton:
Dalton est venu avec sa théorie des atomes à la suite de ses recherches sur les gaz. Cela a commencé en 1800, lorsque Dalton est devenu secrétaire de la Manchester Literary and Philosophical Society. Pendant son séjour, Dalton a commencé à soumettre une série d'essais décrivant ses expériences sur la constitution de gaz mélangés, y compris la pression de vapeur et d'autres vapeurs à différentes températures, sur l'évaporation. et sur la dilatation thermique des gaz.
Dans ses essais, Dalton a décrit des expériences dans lesquelles il a cherché à déterminer la pression de la vapeur à divers points entre 0 et 100 ° C (32 et 212 ° F). Sur la base de ses observations de six liquides différents, Dalton a conclu que la variation de la pression de vapeur pour tous les liquides était équivalente, pour la même variation de température et la même vapeur de toute pression donnée.
Il a également conclu que tous les fluides élastiques sous la même pression se dilatent également lorsque la chaleur est appliquée. De plus, il a observé que pour toute expansion donnée du mercure (c'est-à-dire une augmentation de température constatée à l'aide d'un thermomètre à mercure), que l'expansion correspondante de l'air est proportionnellement moindre, plus la température monte.
Cela est devenu la base de la loi de Dalton (alias la loi de Dalton des pressions partielles), qui a déclaré que dans un mélange de gaz non réactifs, la pression totale exercée est égale à la somme des pressions partielles des gaz individuels.
La théorie atomique de Dalton:
Au cours de cette recherche sur les gaz, Dalton a également découvert que certains gaz ne pouvaient être combinés que dans certaines proportions, même si deux composés différents partageaient le même élément commun ou groupe d'éléments.
Ces expériences s'appuient sur deux théories apparues vers la fin du XVIIIe siècle qui traitaient des réactions chimiques. La première était la loi de conservation de la masse, formulée par Antoine Lavoisier en 1789, qui stipule que la masse totale dans une réaction chimique reste constante - c'est-à-dire que les réactifs ont la même masse que les produits.
La seconde était la loi des proportions définies, prouvée pour la première fois par le chimiste français Joseph Louis Proust en 1799. Cette loi stipule que si un composé est décomposé en ses éléments constitutifs, alors les masses des constituants auront toujours les mêmes proportions, indépendamment de la quantité ou de la source de la substance d'origine.
En étudiant ces lois et en s'appuyant sur elles, Dalton a développé sa loi aux proportions multiples. Cette loi stipule que si deux éléments peuvent être combinés pour former un certain nombre de composés possibles, alors les rapports des masses du deuxième élément, qui se combinent avec une masse fixe du premier élément, seront des rapports de petits nombres entiers.
En d'autres termes, les éléments se combinent au niveau atomique dans des rapports fixes qui diffèrent naturellement en fonction des composés combinés, en raison de leur poids atomique unique. Les résultats sont devenus la base des lois ou modèles atomiques de Dalton, qui se concentre sur cinq théorèmes de base. T
L'état selon lequel les éléments, dans leur état le plus pur, sont constitués de particules appelées atomes; que les atomes d'un élément spécifique sont tous les mêmes jusqu'au dernier atome; que les atomes de différents éléments peuvent être différenciés par leur poids atomique; que les atomes des éléments s'unissent pour former des composés chimiques; et que les atomes ne peuvent être ni créés ni détruits par réaction chimique, seul le groupe change jamais.
Dalton croyait également que la théorie atomique pourrait expliquer pourquoi l'eau absorbait différents gaz dans différentes proportions - par exemple, il a constaté que l'eau absorbait le dioxyde de carbone bien mieux qu'elle n'absorbait l'azote. Dalton a émis l'hypothèse que cela était dû aux différences de masse et de complexité des particules respectives des gaz.
En fait, c'est cette observation même qui serait la première fois que Dalton faisait allusion à l'existence supposée d'atomes. Dans le document traitant de l'absorption des gaz dans l'eau, publié pour la première fois en 1805, il écrit:
«Pourquoi l'eau n'admet-elle pas sa majeure partie de tous les types de gaz? Cette question, j'ai dûment pris en compte, et bien que je ne suis pas en mesure de me satisfaire complètement, je suis presque persuadé que la circonstance dépend du poids et du nombre des particules ultimes des différents gaz.”
Dalton a proposé que chaque élément chimique soit composé d'atomes d'un type unique et unique, et bien qu'ils ne puissent pas être modifiés ou détruits par des moyens chimiques, ils peuvent se combiner pour former des structures plus complexes (c'est-à-dire des composés chimiques). Cela a marqué la première théorie véritablement scientifique de l'atome, puisque Dalton est parvenu à ses conclusions par l'expérimentation et l'examen des résultats de manière empirique.
Dalton et poids atomiques:
Dalton’s a également commencé à étudier les poids atomiques en fonction des rapports de masse dans lesquels ils se sont combinés, avec l’atome d’hydrogène pris comme standard. Cependant, Dalton était limité par la crudité de ses instruments de laboratoire et le fait qu'il ne conçoit pas que les atomes de certains éléments existent sous forme moléculaire, comme l'oxygène pur (O2).
Il croyait également que le composé le plus simple entre deux éléments est toujours un atome chacun. Cela était mieux illustré par la façon dont il pensait que la formule chimique de l'eau était HO, pas H2O.
En 1803, Dalton a présenté oralement sa première liste de poids atomiques relatifs pour un certain nombre de substances. Cet article a été publié en 1805, mais il n'y a pas expliqué exactement comment il a obtenu ces chiffres. En 1807, sa méthode a été révélée par sa connaissance Thomas Thomson, dans la troisième édition du manuel de Thomson, Un système de chimie. Enfin, Dalton a publié un compte rendu complet dans son propre manuel, Un nouveau système de philosophie chimique, en 1808 et 1810.
Défauts scientifiques:
Le principal défaut de la théorie de Dalton - c'est-à-dire l'existence à la fois de molécules et d'atomes - a ensuite été corrigé en principe en 1811 par Amedeo Avogadro. Avogadro a proposé que des volumes égaux de deux gaz quelconques, à température et pression égales, contiennent un nombre égal de molécules. En d'autres termes, la masse des particules d'un gaz n'affecte pas le volume qu'il occupe.
La loi d'Avogadro lui a permis de déduire la nature diatomique de nombreux gaz en étudiant les volumes auxquels ils ont réagi. Ainsi, Avogadro a été en mesure de proposer des estimations plus précises de la masse atomique d'oxygène et de divers autres éléments, et a fait une distinction claire entre les molécules et les atomes. Hélas, ces découvertes et d’autres ont à la fois contredit et affiné les théories de Dalton.
Par exemple, les scientifiques ont depuis découvert que l'atome - autrefois considéré comme la plus petite partie de la matière - peut en fait être subdivisé en particules élémentaires encore plus petites. Et tandis que Dalton conçu comme des atomes comme une entité unique sans séparation entre les charges positives, négatives et neutres, les expériences ultérieures de J.J. Thomson, Ernest Rutherford et Neils Bohr ont révélé une structure plus complexe de l'atome.
Ces théories ont ensuite été validées par des observations faites au microscope électronique. Nous savons également que le poids atomique est un produit de la structure des atomes eux-mêmes. Par conséquent, le modèle atomique de Dalton, dans sa forme la plus pure, n'est désormais considéré comme valable que pour les réactions chimiques. Cependant, cela ne diminue pas la contribution de Dalton à la science moderne.
Avant son époque, l'atome n'était guère plus qu'une construction philosophique transmise de l'antiquité classique. Les travaux révolutionnaires de Dalton ont non seulement fait de la théorie une réalité mais ont conduit à de nombreuses autres découvertes, telles que la théorie de la relativité d'Einstein et la théorie quantique de Planck - deux domaines d'étude qui forment la base de notre compréhension moderne du cosmos.
Nous avons écrit de nombreux articles intéressants sur la théorie atomique ici à Space Magazine. En voici une sur le nombre d'atomes dans l'univers, quelles sont les parties de l'atome?, Qui était Démocrite?, Le modèle atomique de Bohr, et quel est le modèle du pudding aux prunes?
Si vous souhaitez en savoir plus sur le modèle de Dalton, consultez l'article de la Central Queensland University sur le modèle atomique de Dalton.
Astronomy Cast a enregistré de nombreux épisodes intéressants sur le sujet. Découvrez-les - Épisode 138: Mécanique quantique, Épisode 378: Rutherford et atomes, et Épisode 392: Le modèle standard - Intro.
