Η συνολική κατανόηση των χημικών φαινομένων βασίζεται στην ατομική θεωρία της ύλης. Είναι μια θεωρία αξιοσημείωτη για τη λεπτομερή ακρίβεια με την οποία περιγράφει ένα φαινομενικά άγνωστο μέρος του φυσικού κόσμου, και στέκεται σαν η πιο σημαντική συλλογή ιδεών στην επιστήμη. Σε όλη την ενασχόληση με τα χημικά φαινόμενα, διαρκώς επιστρέφουμε στην ατομική θεωρία για να μας βοηθά να οργανώνουμε και να κατανοούμε τη χημική συμπεριφορά. Όντας αντιμέτωποι με τη λεπτομέρεια τη λεπτότητα και τη διαρκή απόδειξη της χρησιμότητας, της ατομικής θεωρίας, είναι φυσικό να απορούμε για το πώς γεννήθηκαν αυτές οι ιδέες.
Η ΚΑΤΑΓΩΓΗ ΤΗΣ ΑΤΟΜΙΚΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ
Ο «ατομισμός» των Ελλήνων φιλοσόφων του 400 πχ, δίνει μια ενδιαφέρουσα και διαφωτιστική αντιδιαστολή ως προς τη σημερινή ατομική θεωρία. Το άτομο των αρχαίων Ελλήνων επινοήθηκε για να επιλύσει μια λογική σύγκρουση: απ’ τη μια μεριά υπήρχε η παρατήρηση ότι τα αντικείμενα της φύσης βρίσκονται σε μια σταθερή κατάσταση μεταβολής, απ’ την άλλη μεριά υπήρχε μια αμετακίνητη πίστη ότι πρέπει να υπάρχει μια μονιμότητα συνδεδεμένη με αντικείμενα της πραγματικότητας. Οι αρχαίοι Έλληνες αισθάνθηκαν ότι αυτό το φιλοσοφικό αδιέξοδο μπορούσε να αποφευχθεί εάν υιοθετούσαν τα αόρατα άτομα ως το μόνιμο συστατικό του σύμπαντος, και οι παρατηρήσιμες αλλαγές ερμηνεύονταν με όρους κίνησης των ατόμων.
Είναι καθαρό λοιπόν ότι τα φαινόμενα ανάμιξης, εξάτμισης, διάβρωσης και καθίζησης, μπορούν αμέσως να «εξηγηθούν» με όρους μιας ατομικής εικόνας η οποία δεν είναι καθ’ όλα λεπτομερής. Με λίγη επεξεργασία η ατομική ιδέα αγκαλιάζει πολλές ιδιότητες της ύλης. Η ύπαρξη των στερεών απαιτεί μόνο ότι ορισμένα άτομα έχουν εσοχές και εξοχές, με τις οποίες μπορούν να συναρμόζουν μεταξύ τους και να σχηματίζουν μια υποκείμενη μάζα. Τα άτομα των υγρών χρειάζεται μόνο να είναι απαλά, να ρέουν το ένα σε σχέση με το άλλο, ενώ η γεύση μερικών χημικών ουσιών παράγεται από κοφτερές γωνίες που χαράζουν τη γλώσσα. Μερικές από αυτές τις ιδέες είναι αξιοσημείωτης ακρίβειας. Τα μόρια λχ των ενζύμων που υπάρχουν στον καρπό του ανανά πράγματι «χαράζουν» τη γλώσσα καταστρέφοντας την πρωτεϊνική δομή. Ωστόσο οι ιδέες αυτές δεν είναι τίποτε παραπάνω από εικασίες. Ο ατομισμός των αρχαίων Ελλήνων απώλεσε τα ουσιώδη χαρακτηριστικά μιας επιστημονικής θεωρίας, διότι δεν υποστηρίχθηκε και δεν ελέγχθηκε από κρίσιμα πειράματα. Εφ’ όσον ήταν οικοδόμημα εικασιών, μπορούσε να καταπέσει από περισσότερες εικασίες. Οι ενστάσεις οι οποίες προέκυψαν αφορούσαν την απλότητα των ατόμων και την περιπλοκότητα της φύσης. Πως μπορεί κάτι τόσο μικρό και άβιο να είναι υπεύθυνο για πράγματα που έχουν ζωή; Πως μπορεί η ποικιλία της φύσης να προκύπτει από σωματίδια τα οποία οι αρχαίοι Έλληνες αισθάνονταν ότι ελάχιστα διέφεραν το ένα από το άλλο. Πως μπορούσε ένα σώμα που είναι μια συλλογή σωματιδίων κινούμενη στο χάος, να έχει προβλέψιμη συμπεριφορά. Αυτά είναι ερωτήματα τα οποία ακόμη μας απασχολούν και τα οποία διεγείρουν την σταθερή διύλιση της μοντέρνας ατομικής θεωρίας. Υπάρχουν επίσης ερωτήσεις οι οποίες από το 40 πχ οδήγησαν σε εγκατάλειψη του ατομισμού ως ενεργού φιλοσοφίας. Η μία εικασία είχε ανατραπεί ή σοβαρά αμφισβητηθεί από άλλες, και έτσι η κατάσταση παρέμεινε για σχεδόν 2000 χρόνια.
DALTON GAY-LUSSAC AVOGADRO
Βέβαια, είναι σωστό να αναφέρουμε ότι η λογική βάση για την πίστη στην ύπαρξη των ατόμων προσφέρθηκε από τους Dalton, Gay-Lussac και Avogadro σε εργασίες που εκδόθηκαν στις αρχές του 1800. Τι είναι αυτό όμως που διακρίνει τη συνεισφορά αυτών των ανδρών από τις άκαρπες προσπάθειες των προηγούμενων 2000 ετών; Γιατί ο Dalton ονομάζεται πατέρας της ατομικής θεωρίας, όταν για 1,5 αιώνα πριν την εργασία του, εξίσου διακεκριμένοι άνδρες όπως ο Boyle και ο Newton είχαν χρησιμοποιήσει αντίστοιχη περιγραφή για την ύλη; Η ποιότητα την οποία ανέδειξε ο Dalton, μαζί με τους Gay-Lussac και Avogadro, αφορούσε στον έλεγχο μιας ιδέας με την εκτέλεση ποσοτικών πειραμάτων, και η επιτυχία που αποκόμισε απ’ αυτά ήταν ότι ποικίλες πειραματικές πληροφορίες μπορούν να αναχθούν σε ένα ορισμένο σύνολο γενικεύσεων για τη συμπεριφορά της ύλης. Η συνεισφορά του Dalton δεν ήταν ότι πρότεινε μια ιδέα εκπληκτικά πρωτότυπη, αλλά το ότι ξεκάθαρα διατυπώθηκε ένα σύνολο αρχών που αφορούσε τη δομή των ατόμων, και το οποίο έδωσε έμφαση στο βάρος ως την πιο θεμελιώδη ατομική ιδιότητα.
Βασιζόμενος σε ακατέργαστες πληροφορίες που είχε διαθέσιμες, ο Dalton εισηγήθηκε την ύπαρξη των αδιαίρετων ατόμων. Τα άτομα των διαφορετικών στοιχείων έχουν διαφορετικά βάρη, και τα άτομα ενώνονται με μία ποικιλία απλών αριθμητικών αναλογιών προς σχηματισμό χημικών ενώσεων. Σήμερα αναγνωρίζουμε ότι αυτές οι υποθέσεις, δεν είναι όλες επακριβώς ορθές, αλλά ήταν η πρώτη εκλογίκευση των ποσοτικών νόμων του χημικού συνδυασμού. Επειδή οι συνδυαστικοί νόμοι περιείχαν τις πρώτες πειστικές πειραματικές αποδείξεις ότι οι ιδέες του Dalton ήταν ουσιωδώς ορθές, σχημάτισαν την πειραματική βάση της ατομικής θεωρίας. Ακολουθεί η εξέταση των νόμων της Χημείας με αναφορά στο ρόλο του καθενός στην ανάπτυξη της ατομικής θεωρίας και της έκτασης που ισχύει σήμερα.