John Dalton legte mit seiner Atomtheorie die Grundlagen der modernen Chemie.
John Daltons frühes Leben und seine Ausbildung
John Dalton wurde am 6. September 1766 in Eaglesfield, England, Großbritannien, geboren.
Seine Eltern waren beide Quäker. Obwohl die Quäker Christen waren, wurden sie von der etablierten Kirche von England als Abweichler angesehen. Infolgedessen waren John Daltons höhere Bildungsmöglichkeiten auf dissentierende Bildungseinrichtungen beschränkt.
Sein Vater war ein Weber, der ein Haus und eine kleine Menge Land besaß.
John Dalton war ein intelligentes Kind, das sich für die Welt um ihn herum interessierte und versuchte, so viel wie möglich über alles zu lernen.
Bis zu seinem 11. Lebensjahr besuchte er die Dorfschule und begann dann, als Lehrer zu helfen.
Im Alter von 15 Jahren begann er, seinem älteren Bruder John zu helfen, ein Quäker-Internat in der Stadt Kendal, 40 Meilen von seinem Zuhause entfernt, zu führen. Während dieser Zeit brachte er sich selbst Wissenschaft, Mathematik, Latein, Griechisch und Französisch bei. Als er 19 Jahre alt war, wurde er Direktor der Schule und blieb in dieser Funktion bis zu seinem 26. Lebensjahr.
Die Schüler der Schule genossen es offenbar, von Dalton unterrichtet zu werden, denn einer von ihnen erinnert sich:
„Die Jungen (waren) alle froh, von John Dalton unterrichtet zu werden, weil er eine sanftere Art hatte; und außerdem war sein Geist so mit Mathematik beschäftigt, dass ihre Fehler ihm entgingen.“
Wissenschaftler werden
In der ersten Hälfte des Jahres 1793, im Alter von 26 Jahren, nahm Dalton eine Stelle als Lehrer für Mathematik und Naturphilosophie am New College in Manchester an, einem abweichenden College.
Im Jahr 1794 schrieb er seine erste wissenschaftliche Abhandlung, die er Extraordinary Facts Relating to the Vision of Colours.
Dies war die erste Abhandlung über Farbenblindheit überhaupt. Dalton hatte erkannt, dass die Krankheit erblich bedingt war, da er und andere Mitglieder seiner Familie daran litten. Letztendlich war Daltons Theorie der Farbenblindheit falsch, aber da er der erste war, der sie erforschte, wurde der Zustand als Daltonismus bekannt.
Danach veröffentlichte er weitere Forschungsarbeiten in den physikalischen Wissenschaften, die sich mit der Wärmeleitung, der Ausdehnung von Gasen durch Wärme, den Eigenschaften des Lichts, dem Nordlicht und der Meteorologie befassten.
Im Jahr 1800 trat Dalton vom New College zurück, das sich in finanziellen Schwierigkeiten befand, und begann als Privatlehrer für Naturwissenschaften und Mathematik zu arbeiten.
Atomtheorie
Das Verhalten von Gasen
Im Jahr 1801 hielt Dalton eine Reihe von Vorlesungen in Manchester, deren Inhalt 1802 veröffentlicht wurde. In diesen Vorlesungen stellte er seine Forschungen über Gase und Flüssigkeiten vor. Diese Forschungen waren bahnbrechend und boten große neue Einsichten in die Natur der Gase.
Zunächst stellte Dalton richtig fest, dass er keinen Zweifel daran hatte, dass alle Gase verflüssigt werden konnten, sofern ihre Temperatur ausreichend niedrig und der Druck ausreichend hoch war.
Dann stellte er fest, dass der Druck eines Gases, wenn sein Volumen in einem Behälter konstant gehalten wird, in direktem Verhältnis zu seiner Temperatur schwankt.
Dies war die erste öffentliche Erklärung dessen, was schließlich als Gay-Lussacs Gesetz bekannt wurde, benannt nach Joseph Gay-Lussac, der es 1809 veröffentlichte.
Im Jahr 1803 veröffentlichte Dalton sein Gesetz der Partialdrücke, das noch immer von jedem Chemiestudenten an der Universität verwendet wird und besagt, dass in einem Gemisch aus nicht reagierenden Gasen der Gesamtgasdruck gleich der Summe der Partialdrücke der einzelnen Gase ist.
Daltons Arbeit zeichnete ihn als Wissenschaftler ersten Ranges aus, und er wurde eingeladen, Vorlesungen an der Royal Institution in London zu halten.
Dalton und die Atome
Das Studium der Gase brachte Dalton dazu, sich zu fragen, woraus diese unsichtbaren Substanzen eigentlich bestehen.
Die Idee der Atome war erstmals mehr als 2000 Jahre zuvor von Demokrit im antiken Griechenland vorgeschlagen worden. Demokrit glaubte, dass alles aus winzigen Teilchen, den Atomen, besteht und dass diese Atome nicht in kleinere Teilchen zerlegt werden können. Hatte Demokrit recht? Niemand wusste es!
Dalton wollte nun dieses 2000 Jahre alte Rätsel lösen.
Er führte zahllose chemische Reaktionen durch und veröffentlichte 1808 in seinem Buch „A New System of Chemical Philosophy“ das, was wir heute als Daltonsches Gesetz bezeichnen:
Wenn zwei Elemente mehr als eine Verbindung miteinander eingehen, dann sind die Verhältnisse der Massen des zweiten Elements, die sich mit einer festen Masse des ersten Elements verbinden, Verhältnisse von kleinen ganzen Zahlen.
Zum Beispiel fand Dalton heraus, dass 12 Gramm Kohlenstoff mit 16 Gramm Sauerstoff reagieren können, um die Verbindung zu bilden, die wir heute Kohlenmonoxid nennen.
Er fand auch heraus, dass 12 Gramm Kohlenstoff mit 32 Gramm Sauerstoff reagieren können, um Kohlendioxid zu bilden.
Dieses Verhältnis von 32:16, das vereinfacht 2:1 ergibt, faszinierte Dalton.
Nach der Analyse aller gesammelten Daten vertrat Dalton die Ansicht, dass die Materie aus Atomen besteht. Er ging noch weiter als Demokrit, indem er feststellte, dass die Atome verschiedener Elemente unterschiedliche Massen haben. Er veröffentlichte auch Diagramme, die zum Beispiel zeigen:
1. Wie sich Atome zu Molekülen verbinden
Oben in seinem Diagramm ordnet Dalton das Atom 1 dem Wasserstoff zu, das Atom 2 dem Stickstoff, das Atom 3 dem Kohlenstoff, das Atom 4 dem Sauerstoff, das Atom 5 dem Phosphor usw.
Dann zeigt er, wie Moleküle aussehen könnten, wenn sich die Atome zu Verbindungen verbinden. Zum Beispiel ist Molekül 21 Wasser (OH), 22 ist Ammoniak (NH) und 23 ist Stickstoffoxid (NO). Moderne Leser werden sehen, dass Dalton die Moleküle 21 und 22 falsch dargestellt hat. Dies ist weniger wichtig als die Tatsache, dass Daltons System von Atomen und Molekülen fast identisch ist mit dem, wie wir sie heute darstellen würden. Zum Beispiel ist Daltons Molekül 28 Kohlendioxid. Heute würden wir Kohlendioxid immer noch auf diese Weise darstellen.
Amedeo Avogadro veröffentlichte bald Arbeiten, die auf Daltons Arbeiten aufbauten und einige von Daltons Fehlern korrigierten – zum Beispiel sagte Avogadro, dass Wasser mit H20 geschrieben werden sollte. Leider wurde Avogadros Arbeit viele Jahre lang ignoriert, zum Teil weil sie nicht mit Daltons Arbeit übereinstimmte.
2. Wie Wassermoleküle in Eis aussehen könnten
Hier zeigt Dalton, wie sich Wassermoleküle anordnen könnten, wenn sie in Eis gefroren sind. Wir verwenden heute ähnliche Diagramme, um zu zeigen, wie sich Atome und Moleküle in Kristallen anordnen.
Daltons Atomtheorie besagt Folgendes:
1. Die Elemente bestehen aus Atomen, die winzige Teilchen sind, zu klein, um sie zu sehen.
2. Alle Atome eines bestimmten Elements sind identisch.
3. Atome verschiedener Elemente haben unterschiedliche Eigenschaften: ihre Massen sind unterschiedlich, und ihre chemischen Reaktionen sind unterschiedlich.
4. Atome können nicht erzeugt, zerstört oder gespalten werden.
5. In einer chemischen Reaktion verbinden sich Atome miteinander oder trennen sich voneinander.
6. Atome verbinden sich in einfachen, ganzzahligen Verhältnissen, um Verbindungen zu bilden.
Auch wenn wir gelernt haben, dass Atome desselben Elements unterschiedliche Massen haben können (Isotope) und in Kernreaktionen gespalten werden können, hat der größte Teil von Daltons Atomtheorie auch heute noch Gültigkeit, mehr als 200 Jahre nachdem er sie beschrieben hat. Sie ist das Fundament, auf dem die moderne Chemie aufgebaut wurde.
„Mr. Daltons bleibender Ruf wird darauf beruhen, dass er ein einfaches Prinzip entdeckt hat, das allgemein auf die Tatsachen der Chemie anwendbar ist – indem er die Proportionen festlegte, in denen sich Körper verbinden, und damit den Grundstein für künftige Arbeiten legte… seine Verdienste in dieser Hinsicht ähneln denen von Kepler in der Astronomie.“
Ehrungen
Dalton hat nicht geheiratet und hatte keine Kinder. Er blieb sein ganzes Leben lang ein treuer Quäker und lebte bescheiden.
1810 lehnte er eine Einladung ab, Mitglied der Royal Society zu werden. Im Jahr 1822 wurde er ohne sein Wissen gewählt. 1826 wurde er für seine Atomtheorie mit der Royal Medal der Gesellschaft ausgezeichnet.
1833 wählte ihn die französische Akademie der Wissenschaften zu einem ihrer acht ausländischen Mitglieder. 1834 wählte ihn die American Academy of Arts and Sciences zum ausländischen Mitglied.
Das Ende
Im Alter von 71 Jahren erlitt Dalton einen kleinen Schlaganfall – oder eine Lähmung, wie man damals sagte. Ein Jahr später führte ein schwerer Schlaganfall dazu, dass er nicht mehr so deutlich sprechen konnte wie zuvor. Im Jahr 1844, als er 77 Jahre alt war, traf ihn ein weiterer Schlaganfall. Er starb im Alter von 77 Jahren am 27. Juli 1844.
Sein wissenschaftliches Ansehen war so groß, dass, als sein Leichnam im Rathaus von Manchester aufgebahrt wurde, mehr als 40.000 Menschen ihm die letzte Ehre erwiesen. John Dalton wurde in Manchester auf dem Friedhof von Ardwick beigesetzt.