Atomiteorian tarina osa 3. Ensimmäinen moderni atomiteoria
Tässä osassa keskitymme käsittelemään John Daltonin laatimaa, empiiristen havointojen pohjalta noussutta atomiteoriaan.
Kuva: “Dalton luennoi.” Tehnyt Pekka Isometsä
Edellisessä osassa totesimme 1600-luvun puolenvälin jälkeen tehtyjen luonontieteellisten havaintojen tukevan ajatusta aineen jakamattomista perusosasista, atomeista. Nyt näille havainnoille tarvittiin teoreettinen viitekehys. Tähän työhön ryhtyi englantilainen luonnontieteilijä John Dalton.
Vuonna 1808 esitti John Dalton oman atomiteoriansa, jossa hän yhdisti alkuainekäsitteen ja atomikäsitteen. Tässä teoriassa kaikki alkuaineet muodostuivat pienistä jakamattomista osasista, atomeista.
Saman alkuaineen atomit olivat identtisiä eli niillä oli sama massa ja olemus. Kaikki kemialliset yhdisteet olivat Daltonin mukaan näiden alkuaineatomien yhdistelmiä, jotka syntyvät kemiallisissa reaktioissa.
Kemiallisissa reaktioissa atomien lukumäärät ovat tasapainossa
Daltonin atomiteoriassa atomit liittyivät toisiinsa yksinkertaisissa lukusuhteissa. Tästä kävi esimerkiksi hiiliatomin ja happiatomin sitoutuminen hiilimonoksidiksi eli uudeksi kemialliseksi yhdisteeksi ”häkäksi”.
Atomeja on kemiallisen reaktion alussa ja lopussa yhtä paljon eli yksi hiiliatomi ja yksi happiatomi yhtä hiilimonoksidia kohden. Lähtöaineiden ja lopputuotteiden välillä vallitsee siis tasapaino.
Daltonin mukaan, jos esimerkiksi veden massassa olisi eroja, täytyisi sen johtua eroista sen atomeissa. Kemiassa ei ollut Daltonin mielestä kyse sen kummemmasta kuin atomien erottelusta ja yhdistämisestä.
Aineen luominen ja tuhoaminen on kemian ulottumattomissa. Dalton rinnastaa uuden planeetan luomisen aurinkokuntaamme yhtä vaikeaksi kuin uuden vetyatomin luomisen.
Atomien luku- ja massasuhteilla yhdisteissä on yhteys
Dalton tutki atomipainoja verraten muiden atomien painoa vetyatomin painoon.
Tiedettyään kunkin kemialliseen reaktioon osallistuvan alkuaineen painon, pystyi hän lopputuotteena syntyneen yhdisteen perusteella päättelemään, kuinka suuret osuudet lähtöalkuaineista oli yhdisteeseen sitoutunut. Näistä osuuksista Dalton näki, että alkuaineatomien osuudet lopputuoteyhdisteissä olivat kokonaislukuja.
Hiilimonoksidin ja -dioksidin tapauksessa tämä tarkoitti sitä, että yksi hiiliatomi ja yksi happiatomi reagoivat hiilimonoksidiksi ja yksi hiiliatomi ja kaksi happiatomia hiilidioksidiksi. Siis 1:1 suhde ja 1:2 suhde ovat havaittavissa.
Tässä olisivat vielä kertauksena Daltonin teorian pääkohdat:
- Jokainen alkuaine on rakennettu pikkuruisista partikkeleista, joita kutsutaan atomeiksi.
- Yhden alkuaineen atomit ovat identtisiä; eri alkuaineiden atomit ovat jollain perustavalla tavalla toisistaan eroavia.
- Kemiallisia yhdisteitä syntyy kun kaksi atomia yhdistyy toistensa kanssa.
- Kemialliset reaktiot sisältävät atomien uudelleen järjestäytymistä -muutoksia siinä miten ne ovat järjestäytyneet toisiinsa nähden. Atomit itse eivät muutu reaktiossa.
Atomiteoria -sarjan osat julkaistaan Luovassa joka kuun 2. tiistai aina kesään asti.
Sarjan idea sekä teksti pohjautuu Iivari Ylisen atomiteoriaa käsittelevään tekstiin, joka kirjoitettiin osana Helsingin yliopiston Kemian opettajankoulutusyksikön järjestämää Media ja monilukutaito tiede- ja teknologiakasvatuksessa -kurssia keväällä 2015