La teoria atomica di John Dalton pose le basi della chimica moderna.
La prima vita e l’educazione di John Dalton
John Dalton nacque il 6 settembre 1766, a Eaglesfield, Inghilterra, Regno Unito.
Entrambi i suoi genitori erano quaccheri. Anche se i quaccheri erano cristiani, erano visti come dissidenti dalla Chiesa stabilita d’Inghilterra. Come risultato di questo, le opportunità di istruzione superiore di John Dalton erano limitate ai luoghi di istruzione dissenzienti.
Suo padre era un tessitore, che possedeva una casa e una piccola quantità di terra.
John Dalton era un bambino intelligente, che si interessava al mondo che lo circondava e cercava di imparare il più possibile su tutto.
Ha frequentato la scuola del suo villaggio fino all’età di 11 anni, e poi ha iniziato ad aiutare come insegnante.
All’età di 15 anni, ha iniziato ad aiutare suo fratello maggiore John a gestire un collegio quacchero nella città di Kendal, 40 miglia da casa sua. Nel frattempo, continuò ad insegnarsi scienze, matematica, latino, greco e francese. All’età di 19 anni, era diventato il preside della scuola, continuando in questo ruolo fino all’età di 26 anni.
Sembra che agli studenti della scuola piacesse essere istruiti da Dalton, uno di loro ricorda:
“I ragazzi (erano) tutti contenti di essere istruiti da John Dalton, perché aveva una disposizione più gentile; e inoltre la sua mente era così occupata dalla matematica, che i loro difetti gli sfuggivano.”
Diventare uno scienziato
Nella prima metà del 1793, a 26 anni, Dalton prese il posto di insegnante di matematica e filosofia naturale al New College di Manchester, un college dissenziente.
Nel 1794, scrisse il suo primo articolo scientifico che chiamò: Extraordinary Facts Relating to the Vision of Colours.
Questo fu il primo articolo in assoluto a discutere il daltonismo. Dalton aveva capito che la condizione era ereditaria, perché lui e altri membri della sua famiglia l’avevano. Alla fine, la teoria di Dalton sul daltonismo era sbagliata, ma dato che fu la prima persona in assoluto a fare ricerche, la condizione divenne nota come daltonismo.
Dopo questo, pubblicò altri articoli di ricerca nelle scienze fisiche che riguardavano la conduzione del calore, l’espansione dei gas per effetto del calore, le proprietà della luce, l’aurora boreale e la meteorologia.
Nel 1800, Dalton si dimise dal New College, che era in difficoltà finanziarie, e cominciò a lavorare come insegnante privato di scienze e matematica.
Teoria atomica
Il comportamento dei gas
Nel 1801, Dalton tenne una serie di conferenze a Manchester il cui contenuto fu pubblicato nel 1802. In queste conferenze presentò le ricerche che aveva condotto sui gas e sui liquidi. Questa ricerca fu rivoluzionaria, offrendo nuove e grandi intuizioni sulla natura dei gas.
In primo luogo, Dalton affermò correttamente che non aveva alcun dubbio che tutti i gas potessero essere liquefatti a condizione che la loro temperatura fosse sufficientemente bassa e la pressione sufficientemente alta.
Poi affermò che quando il suo volume è mantenuto costante in un contenitore, la pressione di un gas varia in modo direttamente proporzionale alla sua temperatura.
Questa fu la prima dichiarazione pubblica di quella che divenne nota come Legge di Gay-Lussac, dal nome di Joseph Gay-Lussac che la pubblicò nel 1809.
Nel 1803, Dalton pubblicò la sua legge delle pressioni parziali, ancora usata da ogni studente universitario di chimica, che afferma che in una miscela di gas non reagenti, la pressione totale del gas è uguale alla somma delle pressioni parziali dei singoli gas.
Il lavoro di Dalton lo distinse come scienziato di primo livello, e fu invitato a tenere conferenze alla Royal Institution di Londra.
Dalton e gli atomi
Il suo studio dei gas portò Dalton a chiedersi di cosa fossero fatte queste sostanze invisibili.
L’idea degli atomi era stata proposta più di 2000 anni prima da Democrito nell’antica Grecia. Democrito credeva che tutto fosse fatto di minuscole particelle chiamate atomi e che questi atomi non potessero essere divisi in particelle più piccole. Democrito aveva ragione? Nessuno lo sapeva!
Dalton stava per risolvere questo mistero vecchio di 2000 anni.
Eseguì innumerevoli reazioni chimiche e nel 1808 pubblicò quella che oggi chiamiamo Legge di Dalton nel suo libro A New System of Chemical Philosophy:
Se due elementi formano più di un composto tra loro, allora i rapporti delle masse del secondo elemento che si combinano con una massa fissa del primo elemento saranno rapporti di piccoli numeri interi.
Per esempio, Dalton trovò che 12 grammi di carbonio potevano reagire con 16 grammi di ossigeno per formare il composto che oggi chiamiamo monossido di carbonio.
Questo rapporto di 32:16, che si semplifica in 2:1, incuriosì Dalton.
Analizzando tutti i dati raccolti, Dalton affermò la sua convinzione che la materia esiste come atomi. Andò oltre Democrito, affermando che gli atomi di elementi diversi hanno masse diverse. Ha anche pubblicato dei diagrammi che mostrano, per esempio:
1. Come gli atomi si combinano per formare molecole
In cima al suo diagramma, Dalton assegna all’atomo 1 l’idrogeno, 2 l’azoto, 3 il carbonio, 4 l’ossigeno, 5 il fosforo, ecc.
Poi mostra come potrebbero apparire le molecole quando gli atomi si combinano per formare composti. Per esempio, la molecola 21 è acqua (OH), la 22 è ammoniaca (NH) e la 23 è ossido di azoto (NO). I lettori moderni vedranno che Dalton ha sbagliato le molecole 21 e 22. Questo è meno importante del fatto che il sistema di atomi e molecole di Dalton è quasi identico a come potremmo rappresentarli oggi. Per esempio, la molecola 28 di Dalton è l’anidride carbonica. Oggi, disegneremmo ancora l’anidride carbonica in questo modo.
Amedeo Avogadro pubblicò presto un lavoro che costruiva su Dalton e correggeva alcuni degli errori di Dalton – per esempio Avogadro disse che l’acqua dovrebbe essere scritta H20. Sfortunatamente il lavoro di Avogadro fu ignorato per molti anni, in parte perché era in disaccordo con quello di Dalton.
2. Come potrebbero apparire le molecole d’acqua nel ghiaccio
Qui Dalton mostra come le molecole d’acqua si potrebbero disporre quando sono congelate nel ghiaccio. Oggi usiamo diagrammi simili per mostrare come gli atomi e le molecole si dispongono nei cristalli.
La teoria atomica di Dalton afferma che:
1. Gli elementi sono fatti di atomi, che sono particelle minuscole, troppo piccole da vedere.
2. Tutti gli atomi di un particolare elemento sono identici.
3. Gli atomi di elementi diversi hanno proprietà diverse: le loro masse sono diverse e le loro reazioni chimiche sono diverse.
4. Gli atomi non possono essere creati, distrutti o divisi.
5. In una reazione chimica, gli atomi si legano tra loro o si separano l’uno dall’altro.
6. Gli atomi si combinano in semplici rapporti di numero intero per formare composti.
Anche se abbiamo imparato che gli atomi dello stesso elemento possono avere masse diverse (isotopi), e possono essere divisi in reazioni nucleari, la maggior parte della teoria atomica di Dalton rimane valida oggi, oltre 200 anni dopo la sua descrizione. È il fondamento su cui è stata costruita la chimica moderna.
“La reputazione permanente del signor Dalton si baserà sul fatto di aver scoperto un principio semplice, universalmente applicabile ai fatti della chimica – nel fissare le proporzioni in cui i corpi si combinano, e quindi porre le basi per i futuri lavori… i suoi meriti in questo senso assomigliano a quelli di Keplero in astronomia.”
Onori
Dalton non si sposò e non ebbe figli. Rimase un fedele quacchero per tutta la sua vita, vivendo modestamente.
Nel 1810, rifiutò un invito a diventare membro della Royal Society. Nel 1822, fu eletto a sua insaputa. Nel 1826, ricevette la medaglia reale della Società per la sua teoria atomica.
Nel 1833, l’Accademia francese delle scienze lo elesse come uno dei suoi otto membri stranieri. Nel 1834, l’Accademia Americana delle Arti e delle Scienze lo elesse come membro straniero.
La fine
Quando aveva 71 anni, Dalton ebbe un piccolo ictus – o paralisi come era conosciuto allora. Un anno dopo, un colpo più significativo lo lasciò incapace di parlare chiaramente come una volta. Nel 1844, quando aveva 77 anni, un altro ictus lo colpì. Morì all’età di 77 anni il 27 luglio 1844.
La sua reputazione scientifica era così grande che quando il suo corpo fu collocato nella Manchester Town Hall fu visitato da più di 40.000 persone che gli rendevano omaggio. John Dalton fu sepolto a Manchester nel cimitero di Ardwick.