La teoria atòmica de Dalton , proposada pel químic i físic anglès John Dalton el 1808, va marcar un punt d'inflexió en el desenvolupament de la química moderna.
Encara que les idees sobre l'existència de partícules indivisibles que componen la matèria es remunten als filòsofs grecs Leucipo i Demòcrit , Dalton va ser el primer a recolzar aquestes idees amb evidències experimentals, cosa que va consolidar la teoria atòmica com una eina clau per entendre les reaccions químiques i les propietats de la matèria.
Postulats del model de Dalton
La teoria atòmica de Dalton es fonamenta en una sèrie de principis que expliquen la naturalesa i el comportament dels àtoms, les unitats bàsiques de la matèria. A continuació, es presenten els quatre postulats principals:
- Els elements estan formats per àtoms indivisibles : Segons Dalton, els àtoms són partícules extremadament petites, indivisibles i indestructibles que constitueixen els elements químics. Aquest principi reflectia la idea que els àtoms no es poden descompondre en partícules més petites.
- Els àtoms d'un mateix element són idèntics : Tots els àtoms d'un element en particular tenen les mateixes propietats, incloent-hi massa i mida. Això implica que, per exemple, cada àtom d'oxigen és idèntic a qualsevol altre àtom d'oxigen.
- Els àtoms de diferents elements es poden combinar per formar compostos : Els compostos químics es formen mitjançant la combinació d'àtoms de dos o més elements en proporcions definides i simples. Aquest principi va ajudar a explicar com els elements es combinen en relacions fixes per crear noves substàncies.
- Les reaccions químiques impliquen la reorganització dels àtoms : En una reacció química, els àtoms es reorganitzen, però no es creen ni es destrueixen. Això reforça el principi de conservació de la matèria a les reaccions químiques, un concepte ja establert per Antoine Lavoisier.
Limitacions i errors
Tot i ser un avenç significatiu per al seu temps, la teoria atòmica de Dalton no estava exempta d'errors i limitacions. Amb el desenvolupament de la física i la química al llarg del segle XIX i principis del XX, es van descobrir diversos aspectes que no s'ajustaven al model original de Dalton:
- Els àtoms no són indivisibles Un dels principals errors de la teoria de Dalton és la idea que els àtoms són les partícules més petites i indivisibles de la matèria. A finals del segle XIX, el descobriment de partícules subatòmiques, com els electrons, protons i neutrons, va demostrar que els àtoms en realitat estan compostos per partícules encara més petites.
- Existència d'isòtops Dalton assumia que tots els àtoms d'un mateix element eren idèntics. Tot i això, amb el descobriment dels isòtops a principis del segle XX, es va demostrar que els àtoms d'un element poden tenir diferents masses a causa de la presència de diferents nombres de neutrons. Per exemple, els àtoms d'hidrogen tenen tres isòtops: protio, deuteri i triti, que difereixen en el nombre de neutrons.
- Els àtoms poden descompondre's en certes condicions : Dalton postulava que els àtoms eren indestructibles, però els avenços en la física nuclear van demostrar que els àtoms poden descompondre's a través de reaccions nuclears, com la fissió i la fusió, o mitjançant la desintegració radioactiva. Aquests processos permeten que els àtoms alliberin energia o es transformin en altres elements.
- No tots els compostos són simples combinacions d'àtoms : La teoria de Dalton suggeria que els compostos eren simples combinacions d'àtoms de diferents elements. Tot i això, l'aparició de compostos més complexos i la comprensió de les estructures moleculars han demostrat que les interaccions entre àtoms poden ser molt més complexes del que Dalton imaginava.
- El model de Dalton no explica les interaccions elèctriques : Encara que Dalton va reconèixer que els àtoms podien combinar-se per formar compostos, no va poder explicar com es produïen aquestes combinacions. No va ser fins a l'arribada del model atòmic de Thomson i el descobriment de l'electró que va començar a comprendre el paper crucial de les interaccions elèctriques en la formació de compostos químics.
Les lleis ponderals de la química
La teoria atòmica de Dalton no només va proporcionar una nova perspectiva sobre la naturalesa de la matèria, sinó que també va explicar diverses lleis físiques conegudes per les lleis ponderals de la química que els científics ja havien observat. Aquestes lleis inclouen:
Llei de conservació de la massa
La llei de conservació de la massa, formulada per Antoine Lavoisier a finals del segle XVIII, estableix que la massa total de les substàncies en una reacció química roman constant. En altres paraules, la quantitat total de matèria abans i després duna reacció química és la mateixa.
La teoria atòmica de Dalton va proporcionar una explicació lògica per a aquesta llei, ja que, segons el seu model, els àtoms no es destrueixen ni es creen durant les reaccions químiques, només es reorganitzen en diferents configuracions.
Llei de les proporcions definides
La llei de les proporcions definides, proposada per Joseph Proust el 1799, sosté que un compost químic sempre conté els mateixos elements en la mateixa proporció en massa.
Per exemple, l‟aigua (H₂O) sempre té una proporció de 2 grams d‟hidrogen per cada 16 grams d‟oxigen, independentment de la quantitat d‟aigua que s‟estigui analitzant.
La teoria atòmica de Dalton va explicar aquesta llei en suggerir que els compostos estan formats per àtoms de diferents elements combinats en proporcions fixes.
Llei de les proporcions múltiples
Una altra llei fonamental que Dalton va explicar amb la seva teoria atòmica és la llei de les proporcions múltiples, que ell mateix va formular. Aquesta llei estableix que si dos elements es combinen per formar més d'un compost, les quantitats d'un dels elements que es combinen amb una quantitat fixa de l'altre element estan en una proporció de nombres enters simples.
Per exemple, el carboni i l'oxigen es poden combinar per formar tant diòxid de carboni (CO₂) com monòxid de carboni (CO). Al diòxid de carboni, hi ha dos àtoms d'oxigen per cada àtom de carboni, mentre que al monòxid de carboni, només n'hi ha un.
Això vol dir que la quantitat d'oxigen que es combina amb una quantitat fixa de carboni està en una proporció de 2:1, cosa que recolza la idea que els àtoms es combinen en proporcions simples i definides.
Impacte en el desenvolupament de la ciència
Tot i les seves limitacions, la teoria atòmica de Dalton va tenir un impacte profund en la ciència, sentant les bases per al desenvolupament de la química moderna. El seu enfocament quantitatiu cap a la combinació d'elements permet als científics formular equacions químiques i estudiar les reaccions de manera sistemàtica. A més, el model atòmic de Dalton va ser fonamental per al desenvolupament d'altres teories científiques clau, com la teoria dels orbitals atòmics , la teoria quàntica i el model estàndard de la física de partícules .
El model de Dalton també va influir en el desenvolupament de la taula periòdica dels elements, que va ser organitzada per Dmitri Mendeléyev el 1869, basant-se en la relació entre les propietats dels elements i les seves masses atòmiques. Aquest avenç va permetre classificar els elements de manera coherent i predir les propietats d'elements que encara no havien estat descoberts.
Evolució de la teoria atòmica després de Dalton
Amb el temps, la teoria atòmica de Dalton va ser refinada i reemplaçada per models més precisos.
Un dels avenços més significatius va ser el model atòmic de Thomson, també conegut com el model del "pudí de panses", proposat el 1897. En aquest model, l'àtom estava compost per una massa positiva amb electrons incrustats. Tot i que aquest model va ser superat posteriorment, va ser un pas crucial cap al desenvolupament del model atòmic de Rutherford, que va introduir la idea d'un nucli dens al centre de l'àtom.
El 1911, Ernest Rutherford va realitzar el seu famós experiment de la làmina d'or, que va demostrar que la major part de la massa de l'àtom es concentra en un nucli central, amb els electrons orbitant al seu voltant. Aquest model va canviar radicalment la visió de l'àtom, suggerint que no era massa sòlida, sinó que estava compost principalment d'espai buit.
Més endavant, el model atòmic de Niels Bohr, proposat el 1913, va millorar el model de Rutherford en introduir nivells d'energia quantitzats per als electrons. Segons Bohr, els electrons només podien ocupar òrbites específiques al voltant del nucli i emetrien o absorbirien energia només quan es movien entre aquests nivells.
Tot i que el model de Bohr no explicava tots els fenòmens observats als àtoms més complexos, va ser fonamental per a la introducció de la mecànica quàntica en la descripció de l'estructura atòmica.
Amb l'arribada de la mecànica quàntica, el model de Schrödinger i l' equació d'ona de Schrödinger van reemplaçar la idea d'òrbites fixes per orbitals , que són regions de l'espai on és més probable trobar un electró. En lloc de considerar els electrons com a partícules que orbiten el nucli en trajectòries definides, el model quàntic descriu els electrons com a ones de probabilitat.
Aquesta concepció va ser encara més avançada amb el principi d'incertesa de Heisenberg , que estableix que no és possible conèixer amb precisió simultània la posició i la velocitat d'un electró.
Conclusió
La teoria atòmica de Dalton va marcar linici duna nova era en la ciència, proporcionant una base sòlida per a lestudi de la matèria i les reaccions químiques. Tot i que el seu model va ser simplificat i, en alguns aspectes, incorrecte, va establir les bases per a una comprensió més profunda de l'estructura atòmica i les lleis que regeixen les interaccions entre els elements.
Amb el pas del temps, la teoria atòmica va evolucionar a mesura que es van fer nous descobriments. Models com els de Rutherford , Bohr i, finalment, la mecànica quàntica de Schrödinger i Heisenberg van ampliar la nostra comprensió de l'àtom, permetent als científics explicar fenòmens complexos que el model de Dalton no podia abordar.
Avui dia, els àtoms continuen sent el pilar fonamental a l'estudi de la química i la física. Tot i que els avenços tecnològics ens han permès aprofundir en l'estructura subatòmica, la visió de Dalton continua sent rellevant en molts aspectes de l'estudi de la matèria.
La capacitat dels àtoms per combinar-se en proporcions definides per formar compostos continua sent un principi clau en la química, i la seva teoria, encara que superada, es reconeix com una de les pedres angulars del desenvolupament científic.
El llegat de John Dalton a la ciència és indiscutible. La seva insistència en la importància de l'observació empírica i el seu enfocament quantitatiu per entendre la matèria van establir les bases de la química moderna, i encara que els descobriments posteriors van revelar que la seva visió de l'àtom era incompleta, la seva contribució continua sent una fita a la història de la ciència.