จอห์น ดอลตัน (ค.ศ. 1766-1844) นักเคมีชาวอังกฤษผู้เกิดมาในยุคที่แนวคิดแบบวิทยาศาสตร์แท้ ๆ เพิ่งเริ่มต้นได้อย่างมากก็สองร้อยปี ซึ่งมีกาลิเลโอ (Galileo: ค.ศ. 1564-1642) และเซอร์ไอแซก นิวตัน (Sir Isaac Newton: ค.ศ. 1643-1727) เป็นหัวหอก ในสมัยของนิวตันนั้นยังเรียกวิทยาศาสตร์ว่าปรัชญาธรรมชาติ (natural philosophy) กล่าวเฉพาะสาขาเคมีก็กำลังตั้งไข่ โดยแตกแขนงออกมาจากการเล่นแร่แปรธาตุ ที่เฟื่องฟูในยุคกลาง และกำลังอ่อนแรงอย่างมาก ในปลายคริสต์ศตวรรษที่ 17 ซึ่งมีรอเบิร์ต บอล์ย (Robert Boyle: ค.ศ. 1627-1691) เริ่มจุดประกายความคิดเรื่องธาตุ คนต่อมาคืออองตวน ลาวัวซิเอ (Antoine Lavoisier: ค.ศ. 1743-1794) ที่เริ่มใช้การชั่งน้ำหนักสาร ที่ทำปฏิกิริยาเคมีกัน และเกิดผลลัพธ์จากปฏิกิริยามีน้ำหนักเท่าใด นักเคมีในยุคนั้น จึงพากันทดลองการเกิดปฏิกิริยาเคมี และพบว่า ธาตุส่วนใหญ่ทำปฏิกิริยากัน ในสัดส่วนที่แน่นอนตายตัว เช่น โซเดียม 46 ส่วนจะรวมตัวกับคลอรีน 71 ส่วนได้เป็นเกลือแกง 117 ส่วน หรือออกซิเจน 8 ส่วนรวมตัวกับไฮโดรเจน 1 ส่วนได้น้ำ 9 ส่วน ซึ่งถ้าเปลี่ยนใช้ไฮโดรเจนเพิ่มเป็น 2 ส่วนก็ยังคงได้น้ำ 9 ส่วนเท่าเดิม และจะมีไฮโดรเจนเหลืออยู่ 1 ส่วน ที่ไม่ทำปฏิกิริยา สัดส่วนทำนองนี้ มีผู้ทดลองเอาไว้ และมีการรวบรวมตีพิมพ์ เป็นบัญชีหางว่าว โดยยังไม่มีผู้ใดตระหนักถึงความสำคัญของมัน |
|
ระหว่างปี ค.ศ. 1803-1808 ดอลตันคือผู้ที่เข้าถึง และสามารถหยิบเอาบัญชีที่ว่านี้ มาสร้างเป็นทฤษฎีอะตอมได้สำเร็จ ในหนังสือของเขา ชื่อ ระบบใหม่ของปรัชญาเคมี (New System of Chemical Phylosophy) เขาได้ให้บัญชีสารไว้ 37 ชนิด ที่เขาได้ทดลองตรวจสอบ จนแน่ใจแล้วว่า เกิดจากการทำปฏิกิริยาจากธาตุใด เป็นสัดส่วนเท่าใด โดยเทียบกับธาตุที่เบาที่สุด คือไฮโดรเจน ซึ่งกำหนดให้ถือว่ามีน้ำหนักเป็น 1 ส่วน และเขาขุดเอาคำว่า อะตอม มาใช้เรียกสิ่งที่ในปัจจุบัน เราเรียกว่า อะตอมและโมเลกุล (เช่น อะตอมไฮโดรเจน รวมกับอะตอมออกซิเจน ได้เป็นอะตอมน้ำ) ซึ่งคำนี้นักปราชญ์ชาวกรีก ชื่อดีโมคริตุส (Democritus: ก่อนค.ศ.500 ปี) เสนอไว้ตั้งแต่สองพันปีก่อน
ดอลตันกำหนดสัญลักษณ์ต่าง ๆ ขึ้นมาแทนอะตอมแต่ละชนิด จึงเป็นครั้งแรกที่สามารถเห็นภาพได้ว่า อะตอมชนิดใดบ้าง ที่มารวมกันเป็นสารประกอบ ชนิดใดชนิดหนึ่งขึ้นมา เช่น ออกซาลิก ซิทริก อะเซติก เกิดจากอะตอมชนิดใดอย่างละกี่อะตอมมารวมกัน |
| |
|
|
การที่อะตอมเล็กและเบามากจนไม่สามารถหาน้ำหนักที่แท้จริงได้ และดอลตันได้ใช้วิธีเทียบน้ำหนัก ว่าเป็นกี่เท่าตัวของน้ำหนักของอะตอมไฮโดรเจน ซึ่งเป็นธาตุที่เบาที่สุด ซึ่งกำหนดให้เท่ากับ 1 นั้น จึงเกิดการใช้น้ำหนักเปรียบเทียบ ของอะตอมขึ้นมา เรียกว่า น้ำหนักเชิงอะตอม (atomic weight) ซึ่งต่อมานิยมใช้ 1/8 ของน้ำหนักอะตอมออกซิเจน เป็นตัวเทียบจนถึงปี ค.ศ. 1961 จึงเปลี่ยนมาใช้ 1/12 ของน้ำหนักอะตอมคาร์บอน-12 เป็นตัวเทียบ โดยสรุป น้ำหนักของอะตอม จึงเป็นค่าเปรียบเทียบ และมีหน่วยเรียกว่า หน่วยมวลอะตอม (atomic mass unit) ใช้ตัวย่อเป็น amu หรือ u ซึ่งสร้างความสับสน เมื่อใช้กับคำนำหน้าหน่วย แสดงปริมาณอื่น ๆ เช่น เมื่อใช้กับ milli ก็จะเป็น mamu ซึ่งยาวเยิ่นเย้อ หรือหากเป็น mu ก็อาจสับสนกับคำว่า มิว ซึ่งเป็นอักษรกรีก ที่ใช้มากในวิทยาศาสตร์หลายสาขา ดังนั้น หน่วยนี้จึงไม่นิยมใช้กัน |
สัญลักษณ์ของธาตุต่าง ๆ ที่ดอลตันกำหนดขึ้น |
และในสาขาชีวเคมี ซึ่งมักพูดกันถึงโมเลกุลขนาดยักษ์ เช่น โมเลกุลของโปรตีน จึงให้เกียรติใช้ชื่อของดอลตัน มาเป็นชื่อหน่วยคือ ดอลตัน (dalton) และใช้ตัวย่อเป็น Da แทน amu หรือ u นั่นเอง ดังนั้นโมเลกุลยักษ์ขนาดกิโลดอลตัน ก็เขียนเป็น kDa หรือขนาดล้านดอลตัน ซึ่งก็คือเมกะดอลตันก็เขียนว่า MDa
ทฤษฎีอะตอมของดอลตัน เป็นที่ยอมรับในทันทีว่า ในโลกนี้ สรรพสิ่งล้วนประกอบขึ้นจากสิ่งที่เล็กที่สุดหลายชนิด ที่เรียกว่าอะตอม มารวมกัน และดอลตันก็ได้ชื่อว่า บิดาแห่งอะตอม แต่ต่อมาอีกเกือบร้อยปี เมื่อมีการค้นพบธาตุกัมมันตรังสี ที่มีการปลดปล่อยพลังงาน และอนุภาคออกมา จากอะตอมของธาตุนั้นได้ จึงเกิดความคิดว่า อะตอมยังประกอบด้วยอนุภาคอื่น ๆ อีก จึงเริ่มศึกษาหาโครงสร้างของอะตอมกัน โดยเมื่อปี ค.ศ. 1911 ลอร์ดเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด (Lord Ernest Rutherford) พบว่า อะตอมมีแก่นอยู่ตรงกลาง และมีประจุบวก เรียกแก่นนี้ว่า นิวเคลียส (nucleus) และเพราะว่าอะตอมไม่มีประจุ อะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด จึงมีแก่นอยู่ตรงกลาง เกิดจากอนุภาคที่มีประจุบวกซึ่งเขาให้ชื่อว่า โปรตอน และแก่นนี้ ห่อหุ้มด้วยอนุภาคอิเล็กตรอน ที่มีประจุลบ จำนวนเท่ากัน ซึ่งทำให้ประจุของอะตอมเป็นกลางได้ จากนั้นในปี ค.ศ. 1932 เซอร์เจมส์ แชดวิก (Sir James Chadwick) ก็พบว่า ในนิวเคลียสยังมีอนุภาคอยู่ด้วยอีกชนิดหนึ่ง ที่ไม่มีประจุ และเขาให้ชื่อว่า นิวตรอน เป็นอันว่าโครงสร้างของอะตอมก็สมบูรณ์ |
|
|
|
อะตอมและสารประกอบจากอะตอมตามแนวคิดของดอลตัน |
โครงสร้างอย่างง่าย ๆ ของอะตอม |
|
ต่อมาเมื่อมีผู้ค้นพบปฏิกิริยาที่เกิดกับนิวเคลียสของอะตอม เช่น การทำให้นิวเคลียสแบ่งแยกออกเป็นสองเสี่ยง และปล่อยพลังงานออกมา เรียกว่า พลังงานนิวเคลียร์ แม้ว่าดอลตันจะไม่ได้เกี่ยวข้องโดยตรงกับนิวเคลียร์เลย แต่ถ้าดอลตันไม่ริเริ่มบอกว่าอะตอมมีจริงไว้ก่อน..
แล้วนิวเคลียร์จะมีขึ้นมาได้อย่างไร |
