La théorie atomique de John Dalton a posé les bases de la chimie moderne.
Vie précoce et éducation de John Dalton
John Dalton est né le 6 septembre 1766 à Eaglesfield, en Angleterre, au Royaume-Uni.
Ses deux parents étaient quakers. Bien que les quakers soient chrétiens, ils étaient considérés comme des dissidents par l’Église d’Angleterre établie. En conséquence, les possibilités d’éducation supérieure de John Dalton étaient limitées aux lieux d’éducation dissidents.
Son père était un tisserand, qui possédait une maison et une petite quantité de terre.
John Dalton était un enfant intelligent, qui s’intéressait au monde qui l’entourait et essayait d’en apprendre le plus possible sur tout.
Il a fréquenté l’école de son village jusqu’à l’âge de 11 ans, puis a commencé à aider en tant qu’enseignant.
À 15 ans, il a commencé à aider son frère aîné John à gérer un pensionnat quaker dans la ville de Kendal, à 40 miles de chez lui. Pendant tout ce temps, il continue à s’enseigner les sciences, les mathématiques, le latin, le grec et le français. A l’âge de 19 ans, il était devenu le directeur de l’école, continuant dans ce rôle jusqu’à l’âge de 26 ans.
Il semble que les élèves de l’école appréciaient d’être enseignés par Dalton, l’un d’entre eux se souvenant :
« Les garçons (étaient) tous heureux d’être enseignés par John Dalton, parce qu’il avait un tempérament plus doux ; et de plus son esprit était tellement occupé par les mathématiques, que leurs défauts lui échappaient. »
Devenir un scientifique
Dans la première moitié de 1793, âgé de 26 ans, Dalton prend le poste de professeur de mathématiques et de philosophie naturelle au New College de Manchester, un collège dissident.
En 1794, il écrit son premier article scientifique qu’il intitule : Extraordinary Facts Relating to the Vision of Colours.
Ce fut le tout premier article à traiter du daltonisme. Dalton avait compris que cette affection était héréditaire, car lui-même et d’autres membres de sa famille en étaient atteints. En fin de compte, la théorie de Dalton sur le daltonisme était erronée, mais comme il était la première personne à faire des recherches à ce sujet, la condition est devenue connue sous le nom de daltonisme.
Après cela, il a publié d’autres articles de recherche dans les sciences physiques examinant la conduction thermique, l’expansion des gaz par la chaleur, les propriétés de la lumière, les aurores boréales et la météorologie.
En 1800, Dalton démissionne du New College, qui connaît des difficultés financières, et commence à travailler comme professeur particulier de sciences et de mathématiques.
Théorie atomique
Le comportement des gaz
En 1801, Dalton donne une série de conférences à Manchester dont le contenu est publié en 1802. Dans ces conférences, il présentait les recherches qu’il avait menées sur les gaz et les liquides. Ces recherches étaient révolutionnaires et offraient de grandes perspectives nouvelles sur la nature des gaz.
Tout d’abord, Dalton a déclaré à juste titre qu’il ne doutait pas que tous les gaz puissent être liquéfiés à condition que leur température soit suffisamment basse et leur pression suffisamment élevée.
Il a ensuite déclaré que lorsque son volume est maintenu constant dans un récipient, la pression d’un gaz varie en proportion directe de sa température.
C’était la première déclaration publique de ce qui est finalement devenu la loi de Gay-Lussac, du nom de Joseph Gay-Lussac qui l’a publiée en 1809.
En 1803, Dalton a publié sa loi des pressions partielles, toujours utilisée par tous les étudiants universitaires en chimie, qui stipule que dans un mélange de gaz ne réagissant pas, la pression totale du gaz est égale à la somme des pressions partielles des gaz individuels.
Les travaux de Dalton le distinguèrent comme un scientifique de premier plan, et il fut invité à donner des conférences à la Royal Institution de Londres.
Dalton et les atomes
Son étude des gaz conduisit Dalton à se demander de quoi étaient réellement faites ces substances invisibles.
L’idée des atomes avait été proposée pour la première fois plus de 2000 ans auparavant par Démocrite dans la Grèce antique. Démocrite croyait que tout était fait de minuscules particules appelées atomes et que ces atomes ne pouvaient pas être divisés en particules plus petites. Démocrite avait-il raison ? Personne ne le savait !
Dalton allait maintenant résoudre ce mystère vieux de 2000 ans.
Il réalisa d’innombrables réactions chimiques et publia en 1808 ce que nous appelons aujourd’hui la loi de Dalton dans son livre Un nouveau système de philosophie chimique :
Si deux éléments forment plus d’un composé entre eux, alors les rapports des masses du second élément qui se combinent avec une masse fixe du premier élément seront des rapports de petits nombres entiers.
Par exemple, Dalton a trouvé que 12 grammes de carbone pouvaient réagir avec 16 grammes d’oxygène pour former le composé que nous appelons aujourd’hui monoxyde de carbone.
Il a également trouvé que 12 grammes de carbone pouvaient réagir avec 32 grammes d’oxygène pour former du dioxyde de carbone.
Ce rapport de 32:16, qui se simplifie en 2:1, a intrigué Dalton.
Analysant toutes les données qu’il a recueillies, Dalton a affirmé sa conviction que la matière existe sous forme d’atomes. Il est allé plus loin que Démocrite, en affirmant que les atomes de différents éléments ont des masses différentes. Il a également publié des diagrammes montrant, par exemple :
1. Comment les atomes se combinent pour former des molécules
En haut de son diagramme, Dalton attribue à l’atome 1 l’hydrogène, 2 l’azote, 3 le carbone, 4 l’oxygène, 5 le phosphore, etc.
Il montre ensuite à quoi pourraient ressembler les molécules lorsque les atomes se combinent pour former des composés. Par exemple, la molécule 21 est l’eau (OH), 22 est l’ammoniac (NH) et 23 est l’oxyde d’azote (NO). Les lecteurs modernes verront que Dalton s’est trompé dans les molécules 21 et 22. Cela est moins important que le fait que le système d’atomes et de molécules de Dalton est presque identique à la façon dont nous pourrions les représenter aujourd’hui. Par exemple, la molécule 28 de Dalton est le dioxyde de carbone. Aujourd’hui, nous dessinerions encore le dioxyde de carbone de cette façon.
Amedeo Avogadro publia bientôt des travaux qui s’appuyaient sur ceux de Dalton et corrigeaient certaines erreurs de ce dernier – par exemple Avogadro disait que l’eau devait être écrite H20. Malheureusement, les travaux d’Avogadro ont été ignorés pendant de nombreuses années, en partie parce qu’ils étaient en désaccord avec ceux de Dalton.
2. Comment les molécules d’eau pourraient se présenter dans la glace
C’est ici que Dalton montre comment les molécules d’eau pourraient se disposer lorsqu’elles sont gelées dans la glace. Nous utilisons aujourd’hui des diagrammes similaires pour montrer comment les atomes et les molécules s’arrangent dans les cristaux.
La théorie atomique de Dalton stipule que :
1. Les éléments sont constitués d’atomes, qui sont de minuscules particules, trop petites pour être vues.
2. Tous les atomes d’un élément particulier sont identiques.
3. Les atomes de différents éléments ont des propriétés différentes : leurs masses sont différentes, et leurs réactions chimiques sont différentes.
4. Les atomes ne peuvent pas être créés, détruits ou divisés.
5. Dans une réaction chimique, les atomes se lient les uns aux autres, ou se séparent les uns des autres.
6. Les atomes se combinent dans des rapports simples de nombres entiers pour former des composés.
Bien que nous ayons appris que les atomes d’un même élément peuvent avoir des masses différentes (isotopes), et peuvent être divisés dans des réactions nucléaires, la plupart de la théorie atomique de Dalton reste valable aujourd’hui, plus de 200 ans après qu’il l’ait décrite. C’est le fondement sur lequel la chimie moderne a été construite.
« La réputation permanente de M. Dalton reposera sur le fait qu’il a découvert un principe simple, universellement applicable aux faits de la chimie – en fixant les proportions dans lesquelles les corps se combinent, et en posant ainsi les bases des travaux futurs… ses mérites à cet égard ressemblent à ceux de Kepler en astronomie. »
Honors
Dalton ne se maria pas et n’eut pas d’enfants. Il est resté un quaker fidèle toute sa vie, vivant modestement.
En 1810, il décline une invitation à devenir membre de la Royal Society. En 1822, il est élu à son insu. En 1826, il reçoit la médaille royale de la Société pour sa théorie atomique.
En 1833, l’Académie des sciences française l’élit comme l’un de ses huit membres étrangers. En 1834, l’Académie américaine des arts et des sciences l’élit comme membre étranger.
La fin
À l’âge de 71 ans, Dalton subit une petite attaque cérébrale – ou paralysie comme on disait alors. Un an plus tard, une attaque plus importante l’empêche de parler aussi clairement qu’avant. En 1844, à l’âge de 77 ans, une nouvelle attaque le frappe. Il meurt à l’âge de 77 ans le 27 juillet 1844.
Sa réputation scientifique était si grande que lorsque son corps a été placé dans l’hôtel de ville de Manchester, il a été visité par plus de 40 000 personnes lui rendant hommage. John Dalton a été enterré à Manchester au cimetière d’Ardwick.
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