John Daltons atomteori lagde grundlaget for den moderne kemi.
John Daltons tidlige liv og uddannelse
John Dalton blev født den 6. september 1766 i Eaglesfield, England, Storbritannien.
Både hans forældre var kvækere. Selv om kvækere var kristne, blev de af den etablerede Church of England betragtet som dissidenter. Som følge heraf var John Daltons højere uddannelsesmuligheder begrænset til uddannelsessteder for dissidenter.
Hans far var væver, som ejede et hus og en lille mængde jord.
John Dalton var et intelligent barn, som interesserede sig for verden omkring sig og forsøgte at lære så meget som muligt om alting.
Han gik i sin landsbyskole, indtil han var 11 år, og begyndte derefter at hjælpe til som lærer.
I en alder af 15 år begyndte han at hjælpe sin storebror John med at drive en kvækerinternatskole i byen Kendal, 40 miles fra hans hjem. Alt imens fortsatte han med at undervise sig selv i naturvidenskab, matematik, latin, græsk og fransk. Da han var 19 år gammel, var han blevet skolens rektor, og han fortsatte i denne rolle, indtil han var 26 år gammel.
Det ser ud til, at skolens elever nød at blive undervist af Dalton, og en af dem husker:
“Drengene (var) alle glade for at blive undervist af John Dalton, fordi han havde et mildere sind; og desuden var hans sind så optaget af matematik, at deres fejl undgik hans opmærksomhed.”
Begynder at blive videnskabsmand
I første halvdel af 1793, 26 år gammel, fik Dalton en stilling som lærer i matematik og naturfilosofi ved New College i Manchester, et dissentierende college.
I 1794 skrev han sin første videnskabelige artikel, som han kaldte: Extraordinary Facts Relating to the Vision of Colours.
Dette var den første afhandling nogensinde, der diskuterede farveblindhed. Dalton havde indset, at tilstanden var arvelig, fordi han og andre medlemmer af hans familie havde den. I sidste ende var Daltons teori om farveblindhed forkert, men da han var den første person nogensinde til at forske i den, blev tilstanden kendt som Daltonisme.
Efter dette offentliggjorde han flere forskningsartikler inden for de fysiske videnskaber, hvor han undersøgte varmeledning, gasudvidelse ved varme, lysets egenskaber, nordlyset og meteorologi.
I 1800 tog Dalton afsked med New College, som var i økonomiske vanskeligheder, og begyndte at arbejde som privatlærer i naturvidenskab og matematik.
Atomteori
Gassers adfærd
I 1801 holdt Dalton en række foredrag i Manchester, hvis indhold blev offentliggjort i 1802. I disse foredrag præsenterede han forskning, som han havde udført om gasser og væsker. Denne forskning var banebrydende og gav stor ny indsigt i gassernes natur.
For det første erklærede Dalton korrekt, at han ikke var i tvivl om, at alle gasser kunne gøres flydende, forudsat at deres temperatur var tilstrækkelig lav og trykket tilstrækkeligt højt.
Dernæst fastslog han, at når dens volumen holdes konstant i en beholder, varierer trykket af en gas i direkte forhold til dens temperatur.
Dette var den første offentlige udtalelse om det, der senere blev kendt som Gay-Lussacs lov, opkaldt efter Joseph Gay-Lussac, der offentliggjorde den i 1809.
I 1803 offentliggjorde Dalton sin lov om partialtryk, som stadig bruges af alle kemistuderende på universiteterne, og som fastslår, at i en blanding af ikke-reagerende gasser er det samlede gastryk lig med summen af de enkelte gassers partialtryk.
Daltons arbejde udmærkede ham som en videnskabsmand af første rang, og han blev inviteret til at holde foredrag ved Royal Institution i London.
Dalton og atomerne
Hans studier af gasser fik Dalton til at spekulere over, hvad disse usynlige stoffer egentlig var lavet af.
Den første idé om atomer var blevet foreslået mere end 2000 år tidligere af Demokrit i det antikke Grækenland. Demokrit mente, at alt var lavet af små partikler kaldet atomer, og at disse atomer ikke kunne opdeles i mindre partikler. Havde Demokrit ret? Ingen vidste det!
Dalton ville nu løse dette 2000 år gamle mysterium.
Han gennemførte utallige kemiske reaktioner og offentliggjorde i 1808 det, vi i dag kalder Daltons lov i sin bog A New System of Chemical Philosophy:
Hvis to grundstoffer danner mere end én forbindelse mellem sig, så vil forholdet mellem masserne af det andet grundstof, der kombineres med en fast masse af det første grundstof, være forhold af små hele tal.
For eksempel fandt Dalton, at 12 gram kulstof kunne reagere med 16 gram ilt for at danne den forbindelse, vi nu kalder carbonmonoxid.
Han fandt også, at 12 gram kulstof kunne reagere med 32 gram ilt for at danne kuldioxid.
Dette forhold på 32:16, som forenklet svarer til 2:1, fascinerede Dalton.
Analyse af alle de data, han indsamlede, erklærede Dalton sin overbevisning om, at stof eksisterer som atomer. Han gik videre end Demokrit ved at hævde, at atomer af forskellige grundstoffer har forskellige masser. Han offentliggjorde også diagrammer, der f.eks. viser:
1. Hvordan atomer kombineres for at danne molekyler
Overst i sit diagram tildeler Dalton atom 1 til at være hydrogen, 2 nitrogen, 3 carbon, 4 oxygen, 5 phosphor osv.
Derpå viser han, hvordan molekyler kan se ud, når atomerne kombineres for at danne forbindelser. Molekyle 21 er f.eks. vand (OH), 22 er ammoniak (NH) og 23 er nitrogenoxid (NO). Moderne læsere vil se, at Dalton tog fejl af molekyle 21 og 22. Dette er mindre vigtigt end det faktum, at Daltons system af atomer og molekyler er næsten identisk med den måde, vi kan repræsentere dem på i dag. F.eks. er Daltons molekyle 28 kuldioxid. I dag ville vi stadig tegne kuldioxid på denne måde.
Amedeo Avogadro udgav snart et arbejde, der byggede videre på Daltons og rettede nogle af Daltons fejl – f.eks. sagde Avogadro, at vand skulle skrives H20. Desværre blev Avogadros arbejde ignoreret i mange år, bl.a. fordi det var uenigt med Daltons arbejde.
2. Hvordan vandmolekyler kan se ud i is
Her viser Dalton, hvordan vandmolekyler kan arrangere sig, når de er frosset i is. Vi bruger lignende diagrammer i dag til at vise, hvordan atomer og molekyler arrangerer sig i krystaller.
Daltons atomteori siger, at:
1. Grundstofferne består af atomer, som er bittesmå partikler, der er for små til at kunne ses.
2. Alle atomer af et bestemt grundstof er identiske.
3. Atomer af forskellige grundstoffer har forskellige egenskaber: deres masse er forskellig, og deres kemiske reaktioner er forskellige.
4. Atomer kan ikke skabes, ødelægges eller spaltes.
5. I en kemisk reaktion forbinder atomerne sig med hinanden eller adskilles fra hinanden.
6. Atomer kombineres i enkle heltalsforhold for at danne forbindelser.
Og selv om vi har lært, at at atomer af det samme grundstof kan have forskellige masser (isotoper) og kan spaltes i kernereaktioner, gælder det meste af Daltons atomteori stadig i dag, over 200 år efter at han beskrev den. Det er det fundament, som den moderne kemi blev bygget på.
“Hr. Daltons permanente omdømme vil hvile på, at han har opdaget et simpelt princip, der kan anvendes universelt på kemiens kendsgerninger – ved at fastlægge de proportioner, hvori legemer kombineres, og dermed lægge grunden for fremtidige arbejder … hans fortjenester i denne henseende ligner Keplers i astronomien.”
Hædringer
Dalton giftede sig ikke og fik ingen børn. Han forblev en trofast kvæker hele sit liv og levede beskedent.
I 1810 afslog han en invitation til at blive medlem af Royal Society. I 1822 blev han valgt uden at han vidste det. I 1826 blev han tildelt selskabets Royal Medal for sin atomteori.
I 1833 valgte det franske videnskabsakademi ham som et af sine otte udenlandske medlemmer. I 1834 valgte det amerikanske Academy of Arts and Sciences ham som et udenlandsk medlem.
Enden
Da han var 71 år gammel, fik Dalton et lille slagtilfælde – eller lammelse, som man kaldte det dengang. Et år senere gjorde et mere omfattende slagtilfælde ham ude af stand til at tale så tydeligt, som han engang kunne. I 1844, da han var 77 år, blev han ramt af endnu et slagtilfælde. Han døde 77 år gammel den 27. juli 1844.
Hans videnskabelige ry var så stort, at da hans lig blev anbragt i Manchester Town Hall, blev det besøgt af mere end 40.000 mennesker, der aflagde deres respekt. John Dalton blev begravet i Manchester på Ardwick-kirkegården.