تعريف نموذج دالتون للذرة

في عام 1803، قدم جون دالتون نظريته عن النسب المتعددة بناء على دراساته لأعمال لافوازييه وجوزيف بروست. وهذه النظرية تقول أن نسب الكتلة للعناصر الموجودة في المركب الكيميائي تتألف من عناصر صغيرة غير قابلة للتدمير بأي طريقة. وعلى الرغم من أن مفهوم الذرة يعود إلى أفكار ديموقريطس، الذي كان أول من اقترح النظرية الذرية، إلا أن هناك العديد من النماذج الذرية التي ظهرت قبل وبعد جون دالتون. وتعريف نظرية دالتون للذرة يقول إن الذرة هي البنية الأساسية للكيمياء. وقد أثار تعريف الذرات واختلافها فضول العلماء ودفعهم لوضع العديد من الفرضيات والأسئلة الملحة حول كيفية اختلاف الذرات وما يميز كل عنصر عن الآخر. استند دالتون في نظريته إلى بعض القوانين، بما في ذلك قانون النسبة الثابتة الذي يؤكد أن نسبة كتل العناصر في المركب ثابتة، وقانون الحفاظ على الكتلة الذي يقول إن مجموع كتل المواد المتفاعلة يساوي مجموع كتل المنتجات. قدم دالتون افتراضا حول العناصر الكيميائية وجعله اقتراحا له. وكان هذا الافتراض يقول أن كل عنصر كيميائي يتكون من ذرات من نوع واحد غير قابلة للتدمير كيميائيا، ولكنها قادرة على تكوين هياكل كيميائية معقدة. وهذه كانت أول نظرية علمية للذرة التي قدمها دالتون

النقاط الرئيسية في نظرية دالتون

ظهرت النظرية الذرية كفكرة فلسفية من آلاف السنين لدى اليونانيين والهنود، وكان ظهورها يعبر فقط عن الفلسفة دون الرجوع إلى الرأي العلمي، حتى القرن التاسع عشر، عندما بدأت الأدلة في الكشف عن شكل النموذج الذري. في الأساس، كان الاعتقاد المبني على النموذج الذري هو أن المادة تتكون من عناصر صغيرة وغير قابلة للتجزئة، وكان جون دالتون عالما كيميائيا وفيزيائيا وعالما للأرصاد الجوية من بريطانيا، وقام بالعديد من التجارب والأبحاث والاقتراحات حول نظرية التركيب الذري، وكانت تلك النظرية بمثابة النقلة العلمية في تاريخ دالتون وتاريخ الكيمياء والفيزياء الحديثة، وأصبحت نظرية دالتون واحدة من أكبر الركائز في العلوم الحديثة. قام جون دالتون بإنشاء نموذج خاص به للتفاعلات الذرية بجانب تطوير قوانين فهم كيفية عمل الغازات، وكان هدفه هو معرفة كيفية تفاعل الذرات ووزن الذرات، وتصميم القوانين التي تؤسس النظرية الذرية كنظام علمي متكامل. وتعتبر نظرية دالتون الذرية أول محاولة لوصف كل مادة بشكل منفصل وخصائصها وعدد الذرات الموجودة فيها، ولديها عدة نقاط مهمة، وهي:

• استنادًا إلى قانون الحفاظ على الكتلة وقانون التكوين الثابت، قام دالتون بتأسيس نظريته.
• جزء نظريته الأول يفترض وجود ذرات خاصة غير قابلة للتجزئة لكل مادة.
• كل ذرة من عنصر واحد متطابقة في الكتلة والخصائص.
• تتألف المركبات من مجموعات من الذرات ذات النوعين المختلفين.
• التفاعل الكيميائي يتضمن إعادة ترتيب للذرات.

نظرية دالتون الذرية

كانت لنظرية دالتون عدة أجزاء، فقام جون دالتون بتوظيف كل الدلائل الكيميائية والفيزيائية لوصف الذرة، وكان يعتقد أيضا أن نظريته الذرية يمكنها شرح سبب امتصاص الماء للغازات المختلفة، فوجد أن للماء خاصية امتصاص ثاني أكسيد الكربون بفاعلية أكبر من امتصاصه للنيتروجين، وقال إن هذا يعود إلى اختلاف الكتلة بين غازي النيتروجين وثاني أكسيد الكربون، حيث إن جزيئات غاز ثاني أكسيد الكربون أثقل من جزيئات غاز النيتروجين. وإليك أجزاء نظرية دالتون للذرة كما يأتي:

• الجزء الأول: كل المواد مصنوعة من الذرات

فرض دالتون قوانين حفظ الكتلة والنسب المحددة، واعتبر الذرات جسيمات صلبة وضخمة غير قابلة للتجزئة. ومن هنا يأتي التناقض في نظرية دالتون، حيث لم يكن لديه أي فكرة عن البنية الداخلية للذرات.

• الجزء الثاني: جميع ذرات العنصر لها نفس الكتلة

اقترح دالتون أن كل ذرة من عنصر متطابقة تماما في الخصائص والكتلة، فمثلا الفضة، كل ذرة فيها مطابقة تماما لقرينتها في نفس العنصر، وأكد أيضا أن ذرات العنصر الواحد تختلف عن ذرات العناصر الأخرى، فعلى الرغم من القصور الموجودة في نظرية جون دالتون، نجد أن ذلك صحيح في بعض العناصر، فذرة الأكسجين تختلف عن ذرة اليورانيوم، ولكن بعضها يشترك أحيانا في بعض النقاط مثل درجة الغليان والانصهار والكهرباء وما إلى ذلك، ولكن من المؤكد أنه لا يوجد عنصرين متشابهين في الخصائص بضب.

• الجزء الثالث: المركبات هي مجموعات مكونة من نوعين مختلفين من الذرات

في ذلك الجزء من نظرية دالتون، قدم اقتراح وهو أن المركبات عبارة عن مجموعات مكونة من نوعين أو أكثر من الذرات، فمثلا ملح الطعام، والذي يشكل مزيجا من عنصري الصوديوم وهو من العناصر شديدة التفاعل، والكلور وهو غاز سام، وهما عنصرين منفصلين تماما يحتويان على خصائص كيميائية وفيزيائية، تتحد ذرات عنصر الصوديوم والكلور مع بعضهما بنسبة 1:1، لتشكل لنا البلورات البيضاء من ملح الطعام الآمن للاستخدام.

• الجزء الرابع: التفاعل الكيميائي هو إعادة ترتيب الذرات

في الجزء الأخير من نظرية دالتون، أشار إلى أن التفاعلات الكيميائية هي التي تساهم في إنشاء الذرات وليس تدميرها، وتتمثل هذه التفاعلات في ترتيب الذرات لتكوين مركب جديد، مثل مركب كلوريد الصوديوم أوالذي يتكون من اتحاد ذرات الصوديوم مع الكلور.

فروض نظرية دالتون

على مر السنين، تم مراجعة النظرية الذرية للتأكد من وجود نظائر تثبت التحول البيني بين الكتلة والطاقة، وتم تطوير النظرية الذرية الحديثة التي قام بها دالتون. وحدة الكتلة الذرية تم تسميتها على اسم دالتون، وتستند النظرية التي قام بها دالتون على العديد من التجارب والأبحاث والافتراضات

• كل ما حولنا مصنوع من ذرات، وهي أجزاء لا يمكن تدميرها أو تجزئتها.
• تؤثر التفاعلات الكيميائية في إعادة ترتيب ذرات المواد المتفاعلة والمنتجة عنها.
• تتكون المركبات من مجموعات مختلفة ومتعددة من الذرات.
• العناصر المختلفة تحتوي على ذرات متفاوتة في الحجم والكتلة.
• يتكون أي مادة من جسيمات صغيرة لا يمكن تجزئتها في الحجم.
• تتفاعل ذرات العناصر مع بعضها البعض بنسب محددة لتكوين المركبات.
• جميع عناصر ذرات العنصر الواحد متطابقة.

إخفاقات نظرية دالتون

على الرغم من أن نظرية دالتون كانت واحدة من النظريات المثيرة للاهتمام، إلا أن أميدو أوغادرو قام في عام 1811 بتصحيح نظرية دالتون الذرية، حيث أثبت أنه لا يمكن تقدير الكتلة الذرية لجميع العناصر بدقة، وأثبت أيضا أنه عند وضع حجوم متساوية من الغازات في نفس درجة الحرارة والضغط، فإن كل الغازات تحتوي على نفس عدد الجزيئات، وهذا يتعارض مع نظرية دالتون. وإليك بعض فشل نظرية دالتون كما يلي

• قال دالتون إن جميع ذرات نفس العنصر متطابقة، وهذا خطأ كبير حيث يمكن أن يكون للعنصر أشكالا متعددة.  
•  كانت قدرة الذرة على التقسيم إلى جزيئات عكس نظرية دالتون التي تقول إن الذرة غير قابلة للتجزئة.
• أكد دالتون أن ذرات العناصر المختلفة تتحد بأعداد صحيحة، ولكن ذلك كان غير منطقي في حالة مركب السكر المعقد.
•  يفتقر النظرية الدالتونية إلى القدرة على تفسير خاصية التآصل، وهي تشير إلى وجود أشكال مختلفة للعنصر الكيميائي.