John Dalton atomelmélete megteremtette a modern kémia alapjait.
John Dalton korai élete és tanulmányai
John Dalton 1766. szeptember 6-án született az angliai Eaglesfieldben.
Mindkét szülője kvéker volt. Bár a kvékerek keresztények voltak, a bevett anglikán egyház másként gondolkodóknak tekintette őket. Ennek következtében John Dalton felsőoktatási lehetőségei a disszidens oktatási helyekre korlátozódtak.
Apa szövő volt, aki egy házzal és egy kis földdel rendelkezett.
John Dalton intelligens gyermek volt, aki érdeklődött az őt körülvevő világ iránt, és igyekezett mindenről minél többet megtudni.
11 éves koráig járt a falusi iskolába, majd tanítóként kezdett segíteni.
15 éves korában elkezdett segíteni idősebb bátyjának, Johnnak egy kvéker internátus vezetésében Kendal városában, 40 mérföldre az otthonától. Mindeközben folytatta a természettudományok, a matematika, a latin, a görög és a francia nyelv tanítását. Mire 19 éves lett, ő lett az iskola igazgatója, és 26 éves koráig töltötte be ezt a szerepet.
Úgy tűnik, az iskola diákjai élvezték, hogy Dalton tanította őket, egyikük így emlékezett vissza:
“A fiúk (mind) örültek, hogy John Dalton tanította őket, mert ő szelídebb természetű volt; és emellett elméjét annyira lefoglalta a matematika, hogy a hibáik elkerülte a figyelmét.”
Tudóssá válás
1793 első felében, 26 évesen Dalton elvállalta a matematika és természetfilozófia tanárának állását a manchesteri New College-ban, egy disszidens kollégiumban.
1794-ben írta első tudományos dolgozatát, amelyet az ún: Extraordinary Facts Relating to the Vision of Colours.
Ez volt az első írás, amely a színvakságot tárgyalta. Dalton rájött, hogy ez az állapot örökletes, mert ő és családjának más tagjai is ilyenek voltak. Végül Dalton színvakságra vonatkozó elmélete téves volt, de mivel ő volt az első ember, aki ezt kutatta, az állapot daltonizmus néven vált ismertté.
Azután további fizikai tudományok területén publikált kutatási tanulmányokat, amelyekben a hővezetést, a gázok hő hatására történő tágulását, a fény tulajdonságait, a sarki fényt és a meteorológiát vizsgálta.
1800-ban Dalton felmondott a pénzügyi nehézségekkel küzdő New College-ban, és a természettudományok és a matematika magántanáraként kezdett dolgozni.
Az atomelmélet
A gázok viselkedése
1801-ben Dalton előadássorozatot tartott Manchesterben, amelynek tartalmát 1802-ben publikálták. Ezekben az előadásokban bemutatta a gázokkal és folyadékokkal kapcsolatos kutatásait. Ez a kutatás úttörő volt, és nagyszerű új felismeréseket nyújtott a gázok természetéről.
Először is, Dalton helyesen állapította meg, hogy nincs kétsége afelől, hogy minden gáz cseppfolyósítható, ha a hőmérséklete elég alacsony és a nyomása elég nagy.
Ezután kijelentette, hogy ha egy tartályban a térfogatát állandó értéken tartjuk, a gáz nyomása egyenes arányban változik a hőmérsékletével.
Ez volt az első nyilvános kijelentése annak, ami végül Gay-Lussac-törvény néven vált ismertté, Joseph Gay-Lussac után elnevezve, aki 1809-ben publikálta.
1803-ban Dalton publikálta a parciális nyomások törvényét, amelyet ma is minden egyetemi vegyészhallgató használ, és amely kimondja, hogy nem reagáló gázok keverékében a teljes gáznyomás egyenlő az egyes gázok parciális nyomásának összegével.
Daltont munkája első rangú tudósként tüntette ki, és meghívták előadásokat tartani a londoni Királyi Intézetbe.
Dalton és az atomok
A gázok tanulmányozása arra késztette Daltont, hogy azon tűnődjön, miből is állnak valójában ezek a láthatatlan anyagok.
Az atomok gondolatát több mint 2000 évvel korábban az ókori Görögországban Démokritosz vetette fel először. Démokritosz úgy vélte, hogy minden apró részecskékből, úgynevezett atomokból áll, és hogy ezeket az atomokat nem lehet kisebb részecskékre bontani. Igaza volt Démokritosznak? Senki sem tudta!
Dalton most meg akarta oldani ezt a 2000 éves rejtélyt.
Számtalan kémiai reakciót végzett, és 1808-ban A kémiai filozófia új rendszere című könyvében közzétette azt, amit ma Dalton törvényének nevezünk:
Ha két elem egynél több vegyületet alkot egymás között, akkor a második elemnek az első elem rögzített tömegével egyesülő tömegének arányai kis egész számok arányai lesznek.
Dalton például azt találta, hogy 12 gramm szén 16 gramm oxigénnel reakcióba lépve képezheti azt a vegyületet, amelyet ma szén-monoxidnak nevezünk.
Azt is megállapította, hogy 12 gramm szén 32 gramm oxigénnel reagálva szén-dioxidot alkot.
Ez a 32:16-os arány, amely leegyszerűsítve 2:1-re egyszerűsödik, izgatta Daltont.
Az összes összegyűjtött adatot elemezve Dalton kijelentette meggyőződését, hogy az anyag atomokként létezik. Tovább ment, mint Démokritosz, amikor kijelentette, hogy a különböző elemek atomjai különböző tömegűek. Diagramokat is közzétett, amelyek például a következőket mutatják:
1. Hogyan egyesülnek az atomok molekulákká
A diagramja tetején Dalton az 1-es atomot hidrogénnek, a 2-est nitrogénnek, a 3-ast szénnek, a 4-est oxigénnek, az 5-öst foszfornak stb.
Ezután megmutatja, hogyan nézhetnek ki a molekulák, ha az atomok vegyületekké egyesülnek. Például a 21-es molekula a víz (OH), a 22-es az ammónia (NH) és a 23-as a nitrogén-oxid (NO). A mai olvasó látni fogja, hogy Dalton a 21. és 22. molekulát rosszul értelmezte. Ez kevésbé fontos, mint az a tény, hogy Dalton atomok és molekulák rendszere szinte teljesen megegyezik azzal, ahogyan ma ábrázolhatnánk őket. Például Dalton 28-as molekulája a szén-dioxid. Ma is így rajzolnánk a szén-dioxidot.
Amedeo Avogadro hamarosan olyan munkát publikált, amely Dalton munkájára épült, és kijavította Dalton néhány hibáját – például Avogadro szerint a vizet H20-nak kellene írni. Sajnos Avogadro munkáját sokáig figyelmen kívül hagyták, részben azért, mert nem értett egyet Daltonéval.
2. Hogyan nézhetnek ki a vízmolekulák a jégben
Itt Dalton bemutatja, hogyan rendeződhetnek el a vízmolekulák, ha jégbe fagynak. Ma hasonló ábrákat használunk arra, hogy megmutassuk, hogyan rendeződnek el az atomok és molekulák a kristályokban.
Dalton atomelmélete szerint:
1. Az elemek atomokból állnak, amelyek apró részecskék, túl kicsik ahhoz, hogy lássuk őket.
2. Egy adott elem minden atomja azonos.
3. A különböző elemek atomjai különböző tulajdonságokkal rendelkeznek: más a tömegük, és más a kémiai reakciójuk.
4. Az atomokat nem lehet létrehozni, megsemmisíteni vagy szétválasztani.
5. Az atomokat nem lehet létrehozni, megsemmisíteni vagy szétválasztani. Kémiai reakcióban az atomok összekapcsolódnak egymással, vagy elválnak egymástól.
6. Az atomok egyszerű egész számarányokban egyesülnek vegyületekké.
Noha megtanultuk, hogy ugyanazon elem atomjai különböző tömegűek lehetnek (izotópok), és magreakciókban szétválhatnak, Dalton atomelméletének nagy része ma is érvényes, több mint 200 évvel azután, hogy leírta. Ez a modern kémia alapja.
“Dalton úr maradandó hírneve azon fog nyugodni, hogy felfedezett egy egyszerű, a kémia tényeire általánosan alkalmazható elvet – a testek egyesülési arányainak meghatározásában, és ezzel megalapozta a jövő munkáját… érdemei ebben a tekintetben hasonlítanak Kepleréhoz a csillagászatban.”
Dicséretek
Dalton nem nősült meg és nem született gyermeke. Egész életében hűséges kvéker maradt, szerényen élt.
1810-ben visszautasította a meghívást, hogy a Királyi Társaság tagja legyen. 1822-ben a tudta nélkül választották meg. 1826-ban az Atomelméletéért megkapta a Társaság Királyi Érdemérmét.
1833-ban a Francia Tudományos Akadémia nyolc külföldi tagja közé választotta. 1834-ben az Amerikai Művészeti és Tudományos Akadémia is külföldi tagjává választotta.
A vég
Mikor 71 éves volt, Dalton kisebb agyvérzést – vagy ahogy akkoriban nevezték, bénulást – kapott. Egy évvel később egy jelentősebb agyvérzés következtében már nem tudott olyan tisztán beszélni, mint egykor. 1844-ben, 77 éves korában újabb szélütés érte. 77 éves korában, 1844. július 27-én halt meg.
Tudományos hírneve olyan nagy volt, hogy amikor holttestét a manchesteri városházán helyezték el, több mint 40 000 ember látogatta meg, hogy lerója kegyeletét. John Daltont Manchesterben, az Ardwick temetőben temették el.