MeteorologyEdit

Daltons frühes Leben wurde von einem prominenten Quäker, Elihu Robinson, einem kompetenten Meteorologen und Instrumentenbauer aus Eaglesfield, Cumbria, beeinflusst, der ihn an Problemen der Mathematik und Meteorologie interessierte. Während seiner Jahre in Kendal trug Dalton Lösungen für Probleme bei und beantwortete Fragen zu verschiedenen Themen in The Ladies’Diary und The Gentleman’s Diary. 1787 begann er im Alter von 21 Jahren sein meteorologisches Tagebuch, in das er in den folgenden 57 Jahren mehr als 200.000 Beobachtungen eingab. Um diese Zeit entdeckte er George Hadleys Theorie der atmosphärischen Zirkulation (heute als Hadley-Zelle bekannt) wieder. Im Jahr 1793 Dalton’s erste Veröffentlichung, Meteorologische Beobachtungen und Essays, enthielt die Samen von mehreren seiner späteren Entdeckungen, aber trotz der Originalität seiner Behandlung, wenig Aufmerksamkeit wurde ihnen von anderen Gelehrten. Eine zweite Arbeit von Dalton, Elemente der englischen Grammatik (oder ein neues System des grammatikalischen Unterrichts: für den Gebrauch von Schulen und Akademien), wurde 1801 veröffentlicht.

Berge messenbearbeiten

Nachdem Dalton den Lake District verlassen hatte, kehrte er jährlich zurück, um seine Ferien mit dem Studium der Meteorologie zu verbringen, was viel Bergwandern mit sich brachte. Bis zum Aufkommen von Flugzeugen und Wetterballons bestand die einzige Möglichkeit, Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Höhe zu messen, darin, einen Berg zu besteigen. Dalton schätzte die Höhe mit einem Barometer. Die Ordnance Survey veröffentlichte erst in den 1860er Jahren Karten für den Lake District. Zuvor war Dalton eine der wenigen Behörden auf den Höhen der Berge der Region. Er wurde oft von Jonathan Otley begleitet, der auch die Höhen der lokalen Gipfel untersuchte und Daltons Zahlen als Vergleich verwendete, um seine Arbeit zu überprüfen. Otley veröffentlichte seine Informationen in seiner Karte von 1818. Otley wurde sowohl Assistent als auch Freund von Dalton.

Farbenblindheitbearbeiten

1794, kurz nach seiner Ankunft in Manchester, wurde Dalton zum Mitglied der Manchester Literary and Philosophical Society gewählt, der „Lit & Phil“, und einige Wochen später veröffentlichte er sein erstes Papier über „Außergewöhnliche Tatsachen in Bezug auf das Sehen von Farben“, in dem er postulierte, dass ein Mangel an Farbwahrnehmung durch Verfärbung des flüssigen Mediums des Augapfels verursacht wurde. Da sowohl er als auch sein Bruder farbenblind waren, erkannte er, dass der Zustand erblich sein muss.Obwohl Daltons Theorie zu Lebzeiten an Glaubwürdigkeit verlor, wurde die gründliche und methodische Erforschung seines visuellen Problems so allgemein anerkannt, dass Daltonismus zu einem gebräuchlichen Begriff für Farbenblindheit wurde. Die Untersuchung seines erhaltenen Augapfels im Jahr 1995 zeigte, dass Dalton eine weniger häufige Art von Farbenblindheit hatte, Deuteroanopie, bei der mittelwellige empfindliche Zapfen fehlen (anstatt mit einer mutierten Form von Pigment zu funktionieren, wie bei der häufigsten Art von Farbenblindheit, Deuteroanomalie). Außer dem Blau und Purpur des optischen Spektrums konnte er nur eine Farbe erkennen, Gelb, oder, wie er in einem Papier sagte,

Der Teil des Bildes, den andere Rot nennen, erscheint mir wenig mehr als ein Schatten oder ein Defekt des Lichts; danach scheinen Orange, Gelb und Grün eine Farbe zu sein, die ziemlich gleichmäßig von einem intensiven zu einem seltenen Gelb absteigt und das macht, was ich verschiedene Schattierungen von Gelb nennen sollte.

Gas lawsEdit

Profile in der Chemie:Wie John Daltons meteorologische Studien zur Entdeckung von Atomen führten auf YouTube, Chemical Heritage Foundation

Im Jahr 1800 wurde Dalton Sekretär der Manchester Literary and Philosophical Society und präsentierte im folgenden Jahr eine wichtige Vortragsreihe mit dem Titel „Experimental Essays“ über die Konstitution gemischter Gase; der Druck von Dampf und anderen Dämpfen bei unterschiedlichen Temperaturen im Vakuum und in der Luft; bei der Verdampfung; und auf der thermischen Ausdehnung von Gasen. Die vier Essays, die zwischen dem 2. und 30. Oktober 1801 vorgestellt wurden, wurden 1802 in den Memoiren der Literary and Philosophical Society of Manchester veröffentlicht.

Der zweite Aufsatz beginnt mit der Bemerkung,

Es kann kaum ein Zweifel an der Reduzierbarkeit aller elastischen Flüssigkeiten jeglicher Art in Flüssigkeiten bestehen; und wir sollten nicht verzweifeln, es bei niedrigen Temperaturen und durch starke Drücke, die auf die ungemischten Gase ausgeübt werden, weiter zu bewirken.

Nach der Beschreibung von Experimenten zur Ermittlung des Dampfdrucks an verschiedenen Punkten zwischen 0 und 100 ° C (32 und 212 ° F) schloss Dalton aus Beobachtungen des Dampfdrucks von sechs verschiedenen Flüssigkeiten, dass die Variation des Dampfdrucks für alle Flüssigkeiten für die gleiche Temperaturvariation äquivalent ist, gerechnet vom Dampf eines bestimmten Drucks.

Im vierten Aufsatz bemerkt er,

Ich sehe keinen hinreichenden Grund, warum wir nicht schließen können, dass alle elastischen Fluide unter dem gleichen Druck sich durch Wärme gleich ausdehnen — und dass für jede gegebene Ausdehnung von Quecksilber die entsprechende Ausdehnung von Luft proportional etwas geringer ist, je höher die Temperatur ist. … Es scheint daher, dass allgemeine Gesetze, die die absolute Menge und die Art der Wärme respektieren, eher von elastischen Flüssigkeiten als von anderen Substanzen abgeleitet werden.

Er verkündete Gay-Lussacs Gesetz, das 1802 von Joseph Louis Gay-Lussac veröffentlicht wurde (Gay-Lussac schrieb die Entdeckung unveröffentlichten Arbeiten aus den 1780er Jahren von Jacques Charles zu). In den zwei oder drei Jahren nach den Vorlesungen veröffentlichte Dalton mehrere Arbeiten zu ähnlichen Themen. „Über die Absorption von Gasen durch Wasser und andere Flüssigkeiten“ (gelesen als Vortrag am 21. Oktober 1803, erstmals 1805 veröffentlicht) enthielt sein Partialdruckgesetz, das heute als Daltonsches Gesetz bekannt ist.

Atomtheoriebearbeiten

Die wichtigsten von Daltons Untersuchungen befassen sich mit der Atomtheorie in der Chemie. Während sein Name untrennbar mit dieser Theorie verbunden ist, ist der Ursprung von Daltons Atomtheorie nicht vollständig verstanden. Die Theorie kann ihm entweder durch Forschungen über Ethylen (olefinisches Gas) und Methan (vergaserter Wasserstoff) oder durch Analyse von Lachgas (Protoxid von Azote) und Stickstoffdioxid (Deutoxid von Azote) vorgeschlagen worden sein, beide Ansichten ruhen auf der Autorität von Thomas Thomson.Von 1814 bis 1819 behauptete der irische Chemiker William Higgins, Dalton habe seine Ideen plagiiert, aber Higgins ‚Theorie befasste sich nicht mit der relativen Atommasse. Jüngste Beweise deuten jedoch darauf hin, dass Daltons Gedankenentwicklung möglicherweise von den Ideen eines anderen irischen Chemikers Bryan Higgins beeinflusst wurde, der Williams Onkel war. Bryan glaubte, dass ein Atom ein schweres zentrales Teilchen war, das von einer Atmosphäre aus Wasserstoff umgeben war, der vermeintlichen Wärmesubstanz zu dieser Zeit. Die Größe des Atoms wurde durch den Durchmesser der kalorischen Atmosphäre bestimmt. Basierend auf den Beweisen, Dalton war sich Bryans Theorie bewusst und übernahm sehr ähnliche Ideen und Sprache, aber er erkannte Bryans Vorwegnahme seines kalorischen Modells nie an. Die wesentliche Neuheit von Daltons Atomtheorie ist jedoch, dass er eine Methode zur Berechnung der relativen Atomgewichte für die chemischen Elemente zur Verfügung stellte, was weder Bryan noch William Higgins taten; Seine Priorität für diesen entscheidenden Schritt ist unbestritten.Eine Studie von Daltons Laborheften, die in den Räumen der Manchester Literary and Philosophical Society entdeckt wurden, kam zu dem Schluss, dass Dalton bisher nicht von seiner Suche nach einer Erklärung des Gesetzes der multiplen Proportionen zu der Idee geführt wurde, dass die chemische Kombination in der Wechselwirkung von Atomen mit bestimmtem und charakteristischem Gewicht besteht Die Idee der Atome entstand in seinem Kopf als rein physikalisches Konzept, das ihm durch das Studium der physikalischen Eigenschaften der Atmosphäre und anderer Gase aufgezwungen wurde. Die ersten veröffentlichten Hinweise auf diese Idee finden sich am Ende seiner bereits erwähnten Arbeit „Über die Absorption von Gasen durch Wasser und andere Flüssigkeiten“. Dort sagt er:

Warum gibt Wasser nicht seinen Großteil jeder Art von Gas gleich zu? Diese Frage habe ich sorgfältig geprüft, und obwohl ich mich nicht vollständig befriedigen kann, bin ich fast überzeugt, dass der Umstand von dem Gewicht und der Anzahl der letzten Teilchen der verschiedenen Gase abhängt.

Er schlägt dann relative Gewichte für die Atome einiger Elemente vor, ohne weiter ins Detail zu gehen. Eine kürzlich durchgeführte Studie von Daltons Laborbucheinträgen kommt jedoch zu dem Schluss, dass er 1803 die chemische Atomtheorie entwickelte, um die analytischen Daten von Cavendish und Lavoisier über die Zusammensetzung von Salpetersäure in Einklang zu bringen, nicht um die Löslichkeit von Gasen in Wasser zu erklären.Die Hauptpunkte von Daltons Atomtheorie, wie sie sich schließlich entwickelte, sind:

1. Elemente bestehen aus extrem kleinen Teilchen, die Atome genannt werden.
2. Atome eines bestimmten Elements sind in Größe, Masse und anderen Eigenschaften identisch; Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich in Größe, Masse und anderen Eigenschaften.
3. Atome können nicht unterteilt, erzeugt oder zerstört werden.
4. Atome verschiedener Elemente verbinden sich in einfachen ganzzahligen Verhältnissen zu chemischen Verbindungen.
5. Bei chemischen Reaktionen werden Atome kombiniert, getrennt oder neu angeordnet.In seiner ersten ausgedehnten veröffentlichten Diskussion der Atomtheorie (1808) schlug Dalton eine zusätzliche (und umstrittene) „Regel der größten Einfachheit“ vor. Diese Regel konnte nicht unabhängig bestätigt werden, aber eine solche Annahme war notwendig, um Formeln für einige einfache Moleküle vorzuschlagen, von denen die Berechnung der Atomgewichte abhing. Diese Regel diktierte, dass, wenn die Atome zweier verschiedener Elemente nur eine einzige Verbindung bilden, wie Wasserstoff und Sauerstoff, die Wasser bilden, oder Wasserstoff und Stickstoff, die Ammoniak bilden, angenommen wird, dass die Moleküle dieser Verbindung aus einem Atom jedes Elements bestehen. Für Elemente, die sich in mehreren Verhältnissen kombinierten, wie die damals bekannten zwei Oxide des Kohlenstoffs oder die drei Oxide des Stickstoffs, wurden ihre Kombinationen als die einfachsten möglichen angenommen. Wenn zum Beispiel zwei solcher Kombinationen bekannt sind, muss eine aus einem Atom jedes Elements bestehen, und die andere muss aus einem Atom eines Elements und zwei Atomen des anderen bestehen.

   Dies war nur eine Annahme, die sich aus dem Glauben an die Einfachheit der Natur ableitete. Den Wissenschaftlern standen damals keine Beweise zur Verfügung, um abzuleiten, wie viele Atome jedes Elements sich zu Molekülen verbinden. Aber diese oder eine andere solche Regel war für jede beginnende Theorie absolut notwendig, da man eine angenommene Molekülformel brauchte, um relative Atomgewichte zu berechnen. Daltons „Regel der größten Einfachheit“ veranlasste ihn anzunehmen, dass die Formel für Wasser OH und Ammoniak NH war, ganz anders als unser modernes Verständnis (H2O, NH3). Auf der anderen Seite führte ihn seine Vereinfachungsregel dazu, die richtigen modernen Formeln für die beiden Kohlenstoffoxide (CO und CO2) vorzuschlagen. Trotz der Unsicherheit im Herzen von Daltons Atomtheorie überlebten die Prinzipien der Theorie.

   Atomgewichtebearbeiten

   

   Verschiedene Atome und Moleküle, wie sie in John Daltons A New System of Chemical Philosophy (1808) dargestellt sind.

   Dalton veröffentlichte seine erste Tabelle relativer Atomgewichte mit sechs Elementen (Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor), relativ zum Gewicht eines Wasserstoffatoms, das üblicherweise als 1 angenommen wird. Da dies nur relative Gewichte waren, haben sie keine Gewichtseinheit. Dalton gab in diesem Papier keinen Hinweis darauf, wie er zu diesen Zahlen gekommen war, aber in seinem Laborheft vom 6. September 1803 ist eine Liste, in der er die relativen Gewichte der Atome einer Reihe von Elementen darlegte, abgeleitet von der Analyse von Wasser, Ammoniak, Kohlendioxid usw. chemiker der Zeit.Die Ausdehnung dieser Idee auf Substanzen im Allgemeinen führte ihn notwendigerweise zum Gesetz der multiplen Proportionen, und der Vergleich mit dem Experiment bestätigte seine Deduktion brillant. In dem von ihm im November 1802 gelesenen Aufsatz „Über den Anteil der verschiedenen Gase in der Atmosphäre“ scheint das Gesetz der Mehrfachproportionen mit den Worten vorweggenommen zu werden:

   Die Elemente des Sauerstoffs können sich mit einem bestimmten Anteil nitrosen Gases oder mit dem Doppelten dieses Anteils verbinden, jedoch ohne Zwischenmenge.

   Aber es gibt Grund zu der Annahme, dass dieser Satz einige Zeit nach dem Lesen des Papiers hinzugefügt wurde, das erst 1805 veröffentlicht wurde.

   Verbindungen wurden als binär, ternär, quartär usw. aufgeführt. (moleküle aus zwei, drei, vier usw. atome) im Neuen System der Chemischen Philosophie in Abhängigkeit von der Anzahl der Atome hatte eine Verbindung in ihrer einfachsten, empirischen Form.

   Dalton stellte die Hypothese auf, dass die Struktur von Verbindungen in ganzzahligen Verhältnissen dargestellt werden kann. Ein Atom des Elements X, das sich mit einem Atom des Elements Y verbindet, ist also eine binäre Verbindung. Darüber hinaus ist ein Atom des Elements X in Kombination mit zwei Atomen des Elements Y oder umgekehrt eine ternäre Verbindung. Viele der ersten Verbindungen, die im Neuen System der chemischen Philosophie aufgeführt sind, entsprechen modernen Ansichten, obwohl viele andere dies nicht tun.

   Dalton verwendete seine eigenen Symbole, um die atomare Struktur von Verbindungen visuell darzustellen. Sie wurden im Neuen System der Chemischen Philosophie dargestellt, wo er 21 Elemente und 17 einfache Moleküle auflistete.

   Weitere Untersuchungen

   Dalton veröffentlichte Arbeiten zu so unterschiedlichen Themen wie Regen und Tau und dem Ursprung von Quellen (Hydrosphäre); über Hitze, die Farbe des Himmels, Dampf und die Reflexion und Brechung von Licht; und über die grammatischen Themen der Hilfsverben und Partizipien der englischen Sprache.

   Experimenteller Ansatz

   Als Forscher begnügte sich Dalton oft mit groben und ungenauen Instrumenten, obwohl bessere erhältlich waren. Sir Humphry Davy beschrieb ihn als „einen sehr groben Experimentator“, der „fast immer die Ergebnisse fand, die er benötigte, und eher seinem Kopf als seinen Händen vertraute.“ Auf der anderen Seite haben Historiker, die einige seiner entscheidenden Experimente repliziert haben, Daltons Geschick und Präzision bestätigt.Im Vorwort zum zweiten Teil von Band I seines Neuen Systems sagt er, er sei so oft in die Irre geführt worden, indem er die Ergebnisse anderer für selbstverständlich gehalten habe, dass er sich entschlossen habe, „so wenig wie möglich zu schreiben, aber was ich durch meine eigene Erfahrung bezeugen kann“, aber diese Unabhängigkeit trug er so weit, dass es manchmal mangelnder Empfänglichkeit ähnelte. So misstraute er, und wahrscheinlich nie vollständig akzeptiert, Gay-Lussac Schlussfolgerungen in Bezug auf die Kombination von Volumina von Gasen.

   Er vertrat unkonventionelle Ansichten über Chlor. Selbst nachdem sein elementarer Charakter von Davy festgelegt worden war, beharrte er darauf, die Atomgewichte zu verwenden, die er selbst angenommen hatte, selbst wenn sie durch die genaueren Bestimmungen anderer Chemiker ersetzt worden waren.Er wandte sich immer gegen die von Jöns Jakob Berzelius entwickelte chemische Notation, obwohl die meisten dachten, dass sie viel einfacher und bequemer sei als sein eigenes umständliches System von Kreissymbolen.