با آن که اولین نظریه‌ها دربارۀ اتم از سوی دو فیلسوف یونانی، دموکریت و ارسطو، مطرح شده بود، ولی نخستین نظریه‌ای که از جانب اهالی علم مورد پذیرش قرار گرفت، توسط جان دالتون ارائه شده است، که امروزه آن را به نام نظریه اتمی دالتون می‌شناسیم.
نام دستاورد: نظریه اتمی دالتون
تاریخ ثبت دستاورد: ۱۸۰۵
دستاورنده: جان دالتون (John Dalton)
جان دالتون، شیمی‌دان، فیزیک‌دان و هواشناس انگلیسی بود که در سال ۱۷۶۶ متولد شد. عمده شهرت وی به دلیل نقش بزرگ او در تدوین نسخۀ امروزی نظریه اتمی و شناخت دقیق‌تر بیماری کوررنگی است. مطالعاتی که دالتون در سال ۱۸۰۳ بر روی ویژگی‌های اتمسفر و گازها انجام داد، باعث شد او با ذرات (بعداً اتم نام گرفت) سازندۀ گازها و وزن هر کدام، آشنایی بیش‌تری پیدا کند.
مطالعات اولیه جان دالتون
جان دالتون علاقۀ شگرفی به رشتۀ هواشناسی داشت و مطالعات بسیار گسترده‌ای هم بر روی ماهیت گازهای شرکت‌کننده در ساختار اتمسفر انجام داد. او موفق به شناسایی روشی از تولید مواد مرکب شد که در آن اکسیژن و کربن دی‌اکسید به یک‌دیگر می‌پیوندد. دالتون، در ادامه، اولین جدول از وزن اتمی نسبی عناصر را منتشر کرد که شامل ۶ عنصر هیدروژن، اکسیژن، کربن، نیتروژن، فسفر و گوگرد بود. او در این جدول، وزن اتمی هیدروژن را ۱ ذکر کرده بود. با این حال، مشخص نگردید که او چگونه موفق به استخراج اوزان اتمی عناصر شده است.
دالتون در دفترچۀ یادداشت آزمایشگاهی خود (به تاریخ سپتامبر ۱۸۰۳) نوشته است که وزن نسبی عناصر گازی را می‌توان با مطالعه بر روی سایر ترکیبات، نظیر آب، کربن دی‌اکسید و آمونیاک به دست آورد. در همین دفترچه، عناصر با نمادهایی نشان داده شده‌اند. او اولین کسی بود که ایدۀ تخصیص نمادی معین به هر عنصر را مطرح ساخته و خود نیز آن را به کار گرفت. خیلی بعدها، استفاده از حرف اول، یا ترکیبی از دو حرف موجود در نام عنصر، برای نشان دادن عناصر رواج پیدا کرد. برای مثال، هیدروژن با H نشان داده می‌شد (و اکنون نیز این‌چنین است).
دالتون نتایج مطالعات خود را به صورت یک مقاله در سال ۱۸۰۵ منتشر نمود.
نظریه اتمی جان دالتون
پیش از آن که نظریه اتمی از سوی دالتون ارائه گردد، خیلی از دانشمندان دیگر، احتمال وجود اتم را مطرح ساخته بودند. با این حال، برگ برندۀ دالتون، اندازه‌گیری وزن اتمی نسبی عناصر بود که شفافیت کار او را بالاتر می‌برد. مطابق با سخن‌رانی او در مورد اتم‌ها و عناصر، که در سال ۱۸۰۳ در مؤسسه سلطنتی (Royal Institution) بریتانیا ایراد گردید، وزن اتمی نسبی یک عنصر معین با همین کمیت در سایر عناصر تفاوت دارد. در ادامه، تعدادی از بندهای بسیار مهم نظریه اتمی دالتون آورده شده است:
- تمام عناصر از ذرات تفکیک‌ناپذیری به نام اتم ساخته شده‌اند.
- اتم‌های یک عنصر، از نظر اندازه، وزن و خواص دقیقاً مشابه با یک‌دیگرند.
- اتم عناصر مختلف با یک‌دیگر تفاوت دارند. این تفاوت را می‌توان با اندازه‌گیری وزن نسبی اتم هر عنصر مشخص کرد.
- اتم‌ها نه قابلیت تجزیه شدن به ذرات ریزتر را دارند و نه می‌توان آن‌ها را نابود ساخت.
- واکنش‌های شیمیایی به دلیل بازآرایی، ترکیب و یا جدایی اتم‌ها به وقوع می‌پیوندد.
- اتم‌ها با نسبت‌های صحیح (و نه اعشاری) با یک‌دیگر ترکیب می‌شوند؛ نسبت‌هایی مانند ۱:۱، ۱:۲، ۱:۳ و … .
- اتم دو یا چند عنصر متفاوت به یک‌دیگر پیوسته و ترکیبات شیمیایی را می‌سازند.
دالتون در سال ۱۸۰۸، فهرستی از عناصر را به همراه وزن اتمی هرکدام در کتاب خود، New System of Chemical Philosophy، منتشر نمود. این دستاورد موجب شد وی به کسب مدال سلطنتی در سال ۱۸۲۶ نائل گردد. منظور دالتون از وزن اتمی، همان جرم اتمی بود. از آن تاریخ به بعد، شیمی‌دانان هر دو اصطلاح “وزن اتمی” و “جرم اتمی” را به کار برده‌اند.
علی‌رغم وجود کاستی‌هایی در نتایج کار دالتون (مانند نسبت دادن وزن اتمی ۷ به اکسیژن)، او به طور قطع، از پیشگامان این عرصه به شمار می‌آید که راه را برای مطالعات و آزمایش‌های بعد از خود هموار نمود.
دانشمندان برای زنده نگاه داشتن یاد وی، واحد جرم اتمی را دالتون نامیدند، که با نماد اختصاری Da نشان داده می‌شود. در سال ۱۸۸۶، اویگن گلدشتاین (Eugen Goldstein)، فیزیک‌دان آلمانی، موفق به کشف ذرات با بار مثبت در داخل اتم گردید. پس از وی، جوزف جان تامسون (J. J. Thomson)، فیزیک‌دان بریتانیایی، با استفاده از پرتو کاتدی توانست الکترون را در سال ۱۸۹۷ شناسایی کند. برخلاف نظریه اتمی دالتون که اتم‌ها را ذراتی تجزیه‌ناپذیر معرفی می‌کند، تامسون نشان داد که اتم‌ها از ذرات کوچک‌تری ساخته شده‌اند.
در سال ۱۹۱۱، ارنست رادرفورد (Ernst Rutherford)، یکی از دانشجویان تامسون، این ایده را مطرح ساخت که اتم متشکل از هسته‌ای متراکم با بار مثبت در مرکز خود است که توسط الکترون‌ها احاطه می‌شود. او ذرات باردار مثبت درون هستۀ اتم را، پروتون نامید؛ و اعلام کرد که پروتون‌ها بزرگ‌تر از الکترون‌ها بوده و باری برابر و مخالف با بار الکترون دارند.
در سال ۱۹۳۲، جیمز چادویک (James Chadwick)، ذرات بدون بار یا خنثایی را در داخل اتم کشف نمود و آن‌ها را نوترون نامید.
مدل اتمی جان دالتون قادر به توجیه ایزوتوپ‌ها نیست. ایزوتوپ‌ها اشکالی از یک عنصر واحد با ویژگی‌های مشابه، ولی جرم اتمی متفاوت هستند. هم‌چنین، برخلاف آن چه که دالتون در نظریه اتمی خود مطرح ساخته، نابودسازی اتم‌ها از طریق واکنش‌های هسته‌ای امکان‌پذیر است. و چنین بود که نظریه اتمی دالتون به پایه‌های نظریه اتمی امروزی شکل داد.
