Meteorologíaeditar

Los primeros años de Dalton fueron influenciados por un destacado cuáquero, Elihu Robinson, un meteorólogo competente y fabricante de instrumentos, de Eaglesfield, Cumbria, que le interesó en problemas de matemáticas y meteorología. Durante sus años en Kendal, Dalton contribuyó con soluciones a problemas y respondió preguntas sobre varios temas en El Diario de Damas y el Diario de Caballeros. En 1787, a la edad de 21 años, comenzó su diario meteorológico en el que, durante los siguientes 57 años, ingresó más de 200.000 observaciones. Redescubrió la teoría de la circulación atmosférica de George Hadley (ahora conocida como la célula de Hadley) en esta época. En 1793, la primera publicación de Dalton, Observaciones Meteorológicas y Ensayos, contenía las semillas de varios de sus descubrimientos posteriores, pero a pesar de la originalidad de su tratamiento, otros estudiosos les prestaron poca atención. Un segundo trabajo de Dalton, Elements of English Grammar (or A new system of grammatical instruction: for the use of schools and academies), fue publicado en 1801.

Midiendo montañaseditar

Después de dejar el Distrito de los Lagos, Dalton regresó anualmente para pasar sus vacaciones estudiando meteorología, algo que implicaba mucho caminar por las colinas. Hasta la llegada de los aviones y los globos meteorológicos, la única manera de hacer mediciones de temperatura y humedad en altitud era escalar una montaña. Dalton estimó la altura usando un barómetro. El Ordnance Survey no publicó mapas para el Distrito de los Lagos hasta la década de 1860. Antes de eso, Dalton era una de las pocas autoridades en las alturas de las montañas de la región. A menudo estaba acompañado por Jonathan Otley, quien también hizo un estudio de las alturas de los picos locales, utilizando las figuras de Dalton como comparación para verificar su trabajo. Otley publicó su información en su mapa de 1818. Otley se convirtió en asistente y amigo de Dalton.

Daltonismo

En 1794, poco después de su llegada a Mánchester, Dalton fue elegido miembro de la Sociedad Literaria y Filosófica de Mánchester, la «Lit& Phil», y unas semanas más tarde comunicó su primer artículo sobre «Hechos extraordinarios relacionados con la visión de los colores», en el que postuló que la escasez en la percepción del color era causada por la decoloración del medio líquido del globo ocular. Como tanto él como su hermano eran daltónicos, reconoció que la afección debía ser hereditaria.

Aunque la teoría de Dalton perdió credibilidad en su vida, la naturaleza metódica y exhaustiva de su investigación sobre su problema visual fue tan ampliamente reconocida que el daltonismo se convirtió en un término común para el daltonismo. El examen de su globo ocular preservado en 1995 demostró que Dalton tenía un tipo menos común de daltonismo, la deuteroanopía, en la que faltan conos sensibles a la longitud de onda media (en lugar de funcionar con una forma mutada de pigmento, como en el tipo más común de daltonismo, la deuteroanomalia). Además del azul y el púrpura del espectro óptico, solo pudo reconocer un color, el amarillo, o, como dijo en un papel,

Esa parte de la imagen que otros llaman rojo, me parece poco más que un matiz, o un defecto de luz; después de eso, el naranja, el amarillo y el verde parecen un solo color, que desciende bastante uniformemente de un amarillo intenso a un amarillo raro, haciendo lo que yo debería llamar diferentes tonos de amarillo.

Gas lawsEdit

Perfiles en química: Cómo los estudios meteorológicos de John Dalton condujeron al descubrimiento de átomos en YouTube, Chemical Heritage Foundation

En 1800, Dalton se convirtió en secretario de la Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester, y al año siguiente presentó una importante serie de conferencias, titulada «Ensayos Experimentales» sobre la constitución de gases mixtos; la presión del vapor y otros vapores a diferentes temperaturas en el vacío y en el aire; en la evaporación; y en la expansión térmica de gases. Los cuatro ensayos, presentados entre el 2 y el 30 de octubre de 1801, se publicaron en las Memorias de la Sociedad Literaria y Filosófica de Mánchester en 1802.

El segundo ensayo comienza con la observación,

Apenas puede haber dudas respecto a la reducibilidad de todos los fluidos elásticos de cualquier tipo, en líquidos; y no debemos desesperarnos de efectuarlo a bajas temperaturas y por fuertes presiones ejercidas sobre los gases no mezclados.

Después de describir experimentos para determinar la presión de vapor en varios puntos entre 0 y 100 °C (32 y 212 °F), Dalton concluyó a partir de observaciones de la presión de vapor de seis líquidos diferentes, que la variación de la presión de vapor para todos los líquidos es equivalente, para la misma variación de temperatura, calculando a partir del vapor de cualquier presión dada.

En el cuarto ensayo comenta,

No veo razón suficiente por la que no podamos concluir que todos los fluidos elásticos bajo la misma presión se expanden por igual por calor, y que para cualquier expansión dada de mercurio, la expansión correspondiente del aire es proporcionalmente algo menos, cuanto mayor sea la temperatura. … Parece, por lo tanto, que las leyes generales que respetan la cantidad absoluta y la naturaleza del calor, tienen más probabilidades de derivarse de fluidos elásticos que de otras sustancias.

Enunció la ley de Gay-Lussac, publicada en 1802 por Joseph Louis Gay-Lussac (Gay-Lussac acreditó el descubrimiento a trabajos inéditos de la década de 1780 por Jacques Charles). En los dos o tres años siguientes a las conferencias, Dalton publicó varios artículos sobre temas similares. «Sobre la Absorción de Gases por el Agua y otros Líquidos» (leída como una conferencia del 21 de octubre de 1803, publicada por primera vez en 1805) contenía su ley de presiones parciales, ahora conocida como la ley de Dalton.

Teoría atómicaeditar

La más importante de todas las investigaciones de Dalton se refieren a la teoría atómica en química. Si bien su nombre está inseparablemente asociado con esta teoría, el origen de la teoría atómica de Dalton no se entiende completamente. La teoría puede haberle sido sugerida por investigaciones sobre etileno (gas olefiante) y metano (hidrógeno carburado) o por análisis de óxido nitroso (protóxido de azote) y dióxido de nitrógeno (deutóxido de azote), ambos puntos de vista basados en la autoridad de Thomas Thomson.

De 1814 a 1819, el químico irlandés William Higgins afirmó que Dalton había plagiado sus ideas, pero la teoría de Higgins no se refería a la masa atómica relativa. Sin embargo, la evidencia reciente sugiere que el desarrollo del pensamiento de Dalton pudo haber sido influenciado por las ideas de otro químico irlandés, Bryan Higgins, que era el tío de William. Bryan creía que un átomo era una partícula central pesada rodeada por una atmósfera calórica, la supuesta sustancia de calor de la época. El tamaño del átomo estaba determinado por el diámetro de la atmósfera calórica. Basado en la evidencia, Dalton estaba al tanto de la teoría de Bryan y adoptó ideas y lenguaje muy similares, pero nunca reconoció la anticipación de Bryan de su modelo calórico. Sin embargo, la novedad esencial de la teoría atómica de Dalton es que proporcionó un método de cálculo de pesos atómicos relativos para los elementos químicos, algo que ni Bryan ni William Higgins hicieron; su prioridad para ese paso crucial es indiscutible.

Un estudio de los cuadernos de laboratorio de Dalton, descubierto en las salas de la Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester, concluyó que, lejos de que Dalton estuviera guiado por su búsqueda de una explicación de la ley de proporciones múltiples a la idea de que la combinación química consiste en la interacción de átomos de peso definido y característico, la idea de átomos surgió en su mente como un concepto puramente físico, forzado por el estudio de las propiedades físicas de la atmósfera y otros gases. Las primeras indicaciones publicadas de esta idea se encuentran al final de su artículo «Sobre la Absorción de gases por el agua y otros Líquidos» ya mencionado. Allí dice:

¿Por qué el agua no admite su mayor parte de todo tipo de gas por igual? Esta cuestión la he considerado debidamente, y aunque no soy capaz de satisfacerme completamente, estoy casi convencido de que la circunstancia depende del peso y el número de las partículas últimas de los varios gases.

A continuación, propone pesos relativos para los átomos de unos pocos elementos, sin entrar en más detalles. Sin embargo, un estudio reciente de las entradas del cuaderno de laboratorio de Dalton concluye que desarrolló la teoría química atómica en 1803 para reconciliar los datos analíticos de Cavendish y Lavoisier sobre la composición del ácido nítrico, no para explicar la solubilidad de los gases en el agua.

Los puntos principales de la teoría atómica de Dalton, tal como eventualmente se desarrolló, son:

1. Los elementos están hechos de partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos.
2. los Átomos de un elemento dado son idénticos en tamaño, masa y otras propiedades; los átomos de diferentes elementos difieren en tamaño, masa y otras propiedades.
3. Los átomos no se pueden subdividir, crear o destruir.
4. Los átomos de diferentes elementos se combinan en proporciones simples de números enteros para formar compuestos químicos.
5. En las reacciones químicas, los átomos se combinan, separan o reorganizan.

En su primera discusión extendida publicada de la teoría atómica (1808), Dalton propuso una «regla de mayor simplicidad»adicional (y controvertida). Esta regla no podía confirmarse de forma independiente, pero alguna de esas suposiciones era necesaria para proponer fórmulas para unas pocas moléculas simples, de las que dependía el cálculo de los pesos atómicos. Esta regla dicta que si los átomos de dos elementos diferentes eran conocidos para formar un solo compuesto, como el hidrógeno y el oxígeno formando agua o hidrógeno y nitrógeno formando amoniaco, las moléculas de este compuesto se considerará que consiste de un átomo de cada elemento. Para los elementos que se combinaban en proporciones múltiples, como los dos óxidos de carbono conocidos entonces o los tres óxidos de nitrógeno, se suponía que sus combinaciones eran las más simples posibles. Por ejemplo, si se conocen dos de estas combinaciones, una debe consistir en un átomo de cada elemento, y la otra debe consistir en un átomo de un elemento y dos átomos del otro.

Esto era simplemente una suposición, derivada de la fe en la simplicidad de la naturaleza. Entonces, los científicos no tenían ninguna evidencia disponible para deducir cuántos átomos de cada elemento se combinan para formar moléculas. Pero esta u otra regla era absolutamente necesaria para cualquier teoría incipiente, ya que se necesitaba una fórmula molecular asumida para calcular los pesos atómicos relativos. La «regla de la mayor simplicidad» de Dalton le hizo suponer que la fórmula para el agua era OH y el amoníaco era NH, muy diferente de nuestra comprensión moderna (H2O, NH3). Por otro lado, su regla de simplicidad le llevó a proponer las fórmulas modernas correctas para los dos óxidos de carbono (CO y CO2). A pesar de la incertidumbre en el corazón de la teoría atómica de Dalton, los principios de la teoría sobrevivieron.

Atómica weightsEdit

Varios átomos y moléculas como se muestra en la John Dalton es Un Nuevo Sistema de Filosofía Química (1808).

Dalton publicó su primera tabla de pesos atómicos relativos que contienen seis elementos (hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, carbono, azufre y fósforo), en relación con el peso de un átomo de hidrógeno tomado convencionalmente como 1. Dado que estos eran solo pesos relativos, no tienen una unidad de peso unida a ellos. Dalton no proporcionó ninguna indicación en este documento de cómo había llegado a estos números, pero en su cuaderno de laboratorio, fechado el 6 de septiembre de 1803, hay una lista en la que estableció los pesos relativos de los átomos de una serie de elementos, derivados del análisis de agua, amoníaco, dióxido de carbono, etc. por los químicos de la época.

La extensión de esta idea a las sustancias en general lo llevó necesariamente a la ley de las proporciones múltiples, y la comparación con el experimento confirmó brillantemente su deducción. En el artículo «On the Proportion of the Several Gases in the Atmosphere», leído por él en noviembre de 1802, la ley de proporciones múltiples parece anticiparse en las palabras:

Los elementos de oxígeno pueden combinarse con una cierta porción de gas nitroso o con el doble de esa porción, pero sin cantidad intermedia.

Pero hay razones para sospechar que esta frase pudo haber sido añadida algún tiempo después de la lectura del artículo, que no fue publicado hasta 1805.

Los compuestos se listaron como binarios, ternarios, cuaternarios, etc. (moléculas compuestas de dos, tres, cuatro, etc. átomos) en el Nuevo Sistema de Filosofía Química, dependiendo del número de átomos que un compuesto tuviera en su forma empírica más simple.

Dalton hipotetizó que la estructura de los compuestos puede representarse en proporciones de números enteros. Por lo tanto, un átomo del elemento X combinado con un átomo del elemento Y es un compuesto binario. Además, un átomo del elemento X combinado con dos átomos del elemento Y o viceversa, es un compuesto ternario. Muchos de los primeros compuestos enumerados en el Nuevo Sistema de Filosofía Química corresponden a puntos de vista modernos, aunque muchos otros no.

Dalton usó sus propios símbolos para representar visualmente la estructura atómica de los compuestos. Fueron representados en el Nuevo Sistema de Filosofía Química, donde enumeró 21 elementos y 17 moléculas simples.

Otras investigacioneseditar

Dalton publicó artículos sobre temas tan diversos como la lluvia y el rocío y el origen de los manantiales (hidrosfera); sobre el calor, el color del cielo, el vapor y la reflexión y refracción de la luz; y sobre los temas gramaticales de los verbos auxiliares y participios del idioma inglés.

Experimental approachEdit

Como un investigador, Dalton fue a menudo el contenido áspero y inexacta instrumentos, aunque las mejores que se pueden obtener. Sir Humphry Davy lo describió como» un experimentador muy grosero», que » casi siempre encontraba los resultados que necesitaba, confiando en su cabeza en lugar de en sus manos.»Por otro lado, los historiadores que han replicado algunos de sus experimentos cruciales han confirmado la habilidad y precisión de Dalton.

En el prefacio de la segunda parte del Volumen I de su Nuevo Sistema, dice que a menudo había sido engañado al dar por sentado los resultados de otros que decidió escribir «lo menos posible, pero lo que puedo atestiguar por mi propia experiencia», pero esta independencia la llevó tan lejos que a veces se parecía a la falta de receptividad. Por lo tanto, desconfiaba, y probablemente nunca aceptó completamente, las conclusiones de Gay-Lussac en cuanto a la combinación de volúmenes de gases.

Mantuvo puntos de vista poco convencionales sobre el cloro. Incluso después de que su carácter elemental hubiera sido resuelto por Davy, persistió en usar los pesos atómicos que él mismo había adoptado, incluso cuando habían sido reemplazados por las determinaciones más precisas de otros químicos.

Siempre se opuso a la notación química ideada por Jöns Jakob Berzelius, aunque la mayoría pensó que era mucho más simple y conveniente que su propio engorroso sistema de símbolos circulares.