La teoría atómica de John Dalton sentó las bases de la química moderna.
Vida temprana y educación de John Dalton
John Dalton nació el 6 de septiembre de 1766 en Eaglesfield, Inglaterra, Reino Unido.
Ambos padres eran cuáqueros. Aunque los cuáqueros eran cristianos, eran vistos como disidentes por la Iglesia de Inglaterra establecida. Como resultado de esto, las oportunidades de educación superior de John Dalton estaban restringidas a los lugares de educación disidente.
Su padre era un tejedor, que poseía una casa y una pequeña cantidad de tierra.
John Dalton era un niño inteligente, que se interesaba por el mundo que le rodeaba y trataba de aprender todo lo que podía sobre todo.
Asistió a la escuela de su pueblo hasta los 11 años, y luego comenzó a ayudar como maestro.
A los 15 años, comenzó a ayudar a su hermano mayor John a dirigir un internado cuáquero en la ciudad de Kendal, a 40 millas de su casa. Mientras tanto, seguía enseñándose a sí mismo ciencias, matemáticas, latín, griego y francés. A los 19 años, se convirtió en el director de la escuela, y continuó en esta función hasta los 26 años.
Parece que los alumnos de la escuela disfrutaban de las enseñanzas de Dalton, y uno de ellos recuerda:
«Los chicos (estaban) encantados de que les enseñara John Dalton, porque tenía una disposición más amable; y además su mente estaba tan ocupada con las matemáticas, que sus defectos se le escapaban.»
Convirtiéndose en científico
En la primera mitad de 1793, con 26 años, Dalton aceptó el puesto de profesor de matemáticas y filosofía natural en el New College de Manchester, un colegio disidente.
En 1794, escribió su primer artículo científico que llamó: Extraordinary Facts Relating to the Vision of Colours.
Este fue el primer artículo de la historia que hablaba del daltonismo. Dalton se había dado cuenta de que la condición era hereditaria, porque él y otros miembros de su familia la tenían. Al final, la teoría de Dalton sobre el daltonismo era errónea, pero como fue la primera persona que lo investigó, la afección pasó a conocerse como daltonismo.
Después de esto, publicó más trabajos de investigación en ciencias físicas sobre la conducción del calor, la expansión de los gases por el calor, las propiedades de la luz, la aurora boreal y la meteorología.
En 1800, Dalton renunció al New College, que tenía dificultades financieras, y comenzó a trabajar como tutor privado de ciencias y matemáticas.
Teoría atómica
El comportamiento de los gases
En 1801, Dalton dio una serie de conferencias en Manchester cuyo contenido fue publicado en 1802. En estas conferencias presentó las investigaciones que había realizado sobre los gases y los líquidos. Estas investigaciones fueron pioneras y ofrecieron nuevos conocimientos sobre la naturaleza de los gases.
En primer lugar, Dalton afirmó correctamente que no tenía ninguna duda de que todos los gases podían licuarse siempre que su temperatura fuera lo suficientemente baja y su presión lo suficientemente alta.
Luego afirmó que cuando su volumen se mantiene constante en un recipiente, la presión de un gas varía en proporción directa a su temperatura.
Esta fue la primera declaración pública de lo que con el tiempo se conoció como la Ley de Gay-Lussac, llamada así por Joseph Gay-Lussac que la publicó en 1809.
En 1803, Dalton publicó su Ley de las presiones parciales, que todavía utilizan todos los estudiantes universitarios de química, y que establece que en una mezcla de gases que no reaccionan, la presión total del gas es igual a la suma de las presiones parciales de los gases individuales.
El trabajo de Dalton lo distinguió como un científico de primer orden, y fue invitado a dar conferencias en la Royal Institution de Londres.
Dalton y los átomos
Su estudio de los gases llevó a Dalton a preguntarse de qué estaban hechas realmente estas sustancias invisibles.
La idea de los átomos había sido propuesta por primera vez más de 2000 años antes por Demócrito en la antigua Grecia. Demócrito creía que todo estaba hecho de pequeñas partículas llamadas átomos y que estos átomos no podían dividirse en partículas más pequeñas. ¿Tenía razón Demócrito? Nadie lo sabía.
Dalton iba a resolver este misterio de hace 2000 años.
Llevó a cabo innumerables reacciones químicas y en 1808 publicó lo que ahora llamamos la Ley de Dalton en su libro Un nuevo sistema de filosofía química:
Si dos elementos forman más de un compuesto entre ellos, entonces las proporciones de las masas del segundo elemento que se combinan con una masa fija del primer elemento serán proporciones de números enteros pequeños.
Por ejemplo, Dalton encontró que 12 gramos de carbono podían reaccionar con 16 gramos de oxígeno para formar el compuesto que ahora llamamos monóxido de carbono.
También encontró que 12 gramos de carbono podían reaccionar con 32 gramos de oxígeno para formar dióxido de carbono.
Esta relación de 32:16, que se simplifica a 2:1, intrigó a Dalton.
Analizando todos los datos que recogió, Dalton afirmó su creencia de que la materia existe como átomos. Fue más allá que Demócrito, al afirmar que los átomos de los distintos elementos tienen masas diferentes. También publicó diagramas que mostraban, por ejemplo:
1. Cómo se combinan los átomos para formar moléculas
En la parte superior de su diagrama, Dalton asigna que el átomo 1 es el hidrógeno, el 2 el nitrógeno, el 3 el carbono, el 4 el oxígeno, el 5 el fósforo, etc.
A continuación muestra cómo podrían ser las moléculas cuando los átomos se combinan para formar compuestos. Por ejemplo, la molécula 21 es agua (OH), la 22 es amoníaco (NH) y la 23 es óxido de nitrógeno (NO). Los lectores modernos verán que Dalton se equivocó en las moléculas 21 y 22. Esto es menos importante que el hecho de que el sistema de átomos y moléculas de Dalton es casi idéntico a cómo podríamos representarlos hoy en día. Por ejemplo, la molécula 28 de Dalton es el dióxido de carbono. Hoy en día, todavía dibujaríamos el dióxido de carbono de esta manera.
Amedeo Avogadro pronto publicó un trabajo que se basaba en el de Dalton y corregía algunos de sus errores – por ejemplo Avogadro dijo que el agua debería escribirse H20. Desgraciadamente, el trabajo de Avogadro fue ignorado durante muchos años, en parte porque no estaba de acuerdo con el de Dalton.
2. Cómo podrían verse las moléculas de agua en el hielo
Aquí Dalton muestra cómo podrían organizarse las moléculas de agua cuando se congelan en el hielo. Hoy en día utilizamos diagramas similares para mostrar cómo se disponen los átomos y las moléculas en los cristales.
La teoría atómica de Dalton afirma que:
1. Los elementos están formados por átomos, que son partículas minúsculas, demasiado pequeñas para verlas.
2. Todos los átomos de un elemento concreto son idénticos.
3. Los átomos de los distintos elementos tienen propiedades diferentes: sus masas son diferentes y sus reacciones químicas son diferentes.
4. Los átomos no pueden crearse, destruirse ni dividirse.
5. En una reacción química, los átomos se unen entre sí o se separan.
6. Los átomos se combinan en proporciones simples de números enteros para formar compuestos.
Aunque hemos aprendido que los átomos de un mismo elemento pueden tener masas diferentes (isótopos), y pueden dividirse en reacciones nucleares, la mayor parte de la Teoría Atómica de Dalton sigue siendo válida hoy en día, más de 200 años después de que la describiera. Es la base sobre la que se construyó la química moderna.
«La reputación permanente del Sr. Dalton descansará en el hecho de haber descubierto un principio simple, universalmente aplicable a los hechos de la química – en la fijación de las proporciones en las que los cuerpos se combinan, y por lo tanto, sentando las bases para los trabajos futuros… sus méritos en este sentido se asemejan a los de Kepler en la astronomía.»
Honores
Dalton no se casó y no tuvo hijos. Siguió siendo un fiel cuáquero toda su vida, viviendo modestamente.
En 1810, rechazó una invitación para ser miembro de la Royal Society. En 1822, fue elegido sin su conocimiento. En 1826, se le concedió la Medalla Real de la Sociedad por su Teoría Atómica.
En 1833, la Academia Francesa de Ciencias lo eligió como uno de sus ocho miembros extranjeros. En 1834, la Academia Americana de las Artes y las Ciencias le eligió como miembro extranjero.
El final
Cuando tenía 71 años, Dalton sufrió un pequeño ataque de apoplejía -o parálisis, como se conocía entonces-. Un año más tarde, una apoplejía más importante le dejó incapaz de hablar con la misma claridad que antes. En 1844, cuando tenía 77 años, sufrió otra apoplejía. Murió a los 77 años el 27 de julio de 1844.
Su reputación científica era tan grande que cuando su cuerpo fue colocado en el Ayuntamiento de Manchester fue visitado por más de 40.000 personas presentando sus respetos. John Dalton fue enterrado en Manchester en el cementerio de Ardwick.