Meteorologimedit

Daltonin varhaiseen elämään vaikutti merkittävä kveekari, eaglesfieldistä Cumbriasta kotoisin ollut pätevä meteorologi ja soitinvalmistaja Elihu Robinson, joka kiinnosti häntä matematiikan ja meteorologian ongelmissa. Kendalissa viettämiensä vuosien aikana Dalton osallistui ongelmien ratkaisemiseen ja vastasi kysymyksiin eri aiheista ”Ladies’ Diary ”- Ja ”The Gentleman’ s Diary ” – lehdissä. Vuonna 1787 21-vuotiaana hän aloitti meteorologisen päiväkirjansa, johon hän kirjoitti seuraavien 57 vuoden aikana yli 200 000 havaintoa. Hän löysi uudelleen George Hadleyn teorian ilmakehän kiertokulusta (tunnetaan nykyään nimellä Hadleyn solu) näihin aikoihin. Vuonna 1793 Dalton ensimmäinen julkaisu, Meteorological Observations and Essays, sisälsi siemenet useita hänen myöhemmin löytöjä, mutta huolimatta omaperäisyys hänen kohtelu, vähän huomiota oli kiinnitetty niihin muut tutkijat. Toinen teos Dalton, Elements of English Grammar (or a new system of grammatical instruction: for the use of schools and academies), julkaistiin vuonna 1801.

mittaamalla vuoria

lähdettyään Järvialueelta Dalton palasi vuosittain viettämään lomiaan opiskellen meteorologiaa, johon liittyi paljon mäkikävelyä. Lentokoneiden ja sääpallojen tuloon asti ainoa tapa mitata lämpötilaa ja kosteutta korkeudessa oli kiivetä vuorelle. Dalton arvioi korkeuden ilmapuntarilla. Ordnance Survey julkaisi Järviseudun karttoja vasta 1860-luvulla, ja sitä ennen Dalton oli yksi harvoista alueen vuorten korkeuksien asiantuntijoista. Hänen seurassaan oli usein Jonathan Otley, joka teki myös tutkimuksen paikallisten huippujen korkeuksista käyttäen Daltonin lukuja vertailukohtana tarkistaakseen työnsä. Otley julkaisi tietonsa vuoden 1818 kartassaan. Otleysta tuli Daltonin avustaja ja ystävä.

Värisokeusedit

vuonna 1794, pian Manchesteriin saapumisensa jälkeen, Dalton valittiin Manchesterin kirjallisen ja filosofisen seuran ”Lit & Phil” jäseneksi, ja muutamaa viikkoa myöhemmin hän toimitti ensimmäisen tutkielmansa ”Extraordinary facts relating to the vision of colours”, jossa hän arveli, että puutteellinen värinäkö johtui silmämunan nestemäisen väliaineen värjäytymisestä. Koska sekä hän että hänen veljensä olivat värisokeita, hän tunnusti, että tilan on oltava perinnöllinen.

vaikka Daltonin teoria menetti uskottavuutensa hänen elinaikanaan, hänen näköongelmaansa koskevan tutkimuksensa perusteellisuus ja suunnitelmallisuus tunnustettiin niin laajasti, että daltonismista tuli yleinen termi värisokeudelle. Hänen säilyneen silmämunansa tutkiminen vuonna 1995 osoitti, että daltonilla oli harvinaisempi värisokeus, deuteroanopia, jossa keskitason aallonpituudella herkät tappisolut puuttuvat (sen sijaan, että se toimisi mutatoituneella pigmentillä, kuten yleisimmässä värisokeustyypissä, deuteroanomaliassa). Optisen spektrin sinisen ja violetin lisäksi hän kykeni tunnistamaan vain yhden värin, keltaisen, tai, kuten hän sanoi eräässä paperissa,

se osa kuvasta, jota muut kutsuvat punaiseksi, näyttää minusta vain sävyltä tai valovirheeltä; sen jälkeen oranssi, keltainen ja vihreä näyttävät yhdenvärisiltä, jotka laskeutuvat melko tasaisesti voimakkaasta harvinaiseen keltaiseen, jolloin minun pitäisi kutsua keltaisen eri sävyjä.

Gas lawsEdit

Profiles in Chemistry:How John Dalton ’s meteorological studies learned to the discovery of atoms on YouTube, Chemical Heritage Foundation

vuonna 1800 Daltonista tuli Manchesterin kirjallisen ja filosofisen seuran sihteeri, ja seuraavana vuonna hän piti tärkeän luentosarjan ”Experimental Essays” on the constitution of mixed gases; höyryn ja muiden höyryjen paine eri lämpötiloissa tyhjiössä ja ilmassa; haihtuminen; ja kaasujen lämpölaajeneminen. Neljä esseitä, esitetty välillä 2 ja 30 lokakuuta 1801, julkaistiin Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester vuonna 1802.

toinen essee alkaa huomautuksella,

ei voi olla epäilystäkään siitä, etteikö kaikki kaikenlaiset elastiset nesteet olisi pelkistettävissä nesteiksi; meidän ei myöskään pidä vaipua epätoivoon sen aikaansaamisesta alhaisissa lämpötiloissa ja voimakkaissa paineissa, joita sekoittamattomiin kaasuihin kohdistuu edelleen.

kuvailtuaan kokeita höyryn paineen määrittämiseksi eri pisteissä välillä 0-100 °C (32-212 °F) Dalton päätteli kuuden eri nesteen höyrynpainetta koskevien havaintojen perusteella, että kaikkien nesteiden höyrynpaineen vaihtelu vastaa samaa lämpötilan vaihtelua laskien höyrystä minkä tahansa tietyn paineen.

neljännessä esseessään hän huomauttaa,

en näe mitään riittävää syytä, miksi emme voisi päätellä, että kaikki kimmoiset nesteet samassa paineessa laajenevat yhtä lailla lämmön vaikutuksesta—ja että missä tahansa elohopean laajenemisessa vastaava ilman laajeneminen on suhteellisesti jotain vähemmän, mitä korkeampi lämpötila. … Näyttää siis siltä, että lämmön absoluuttista määrää ja luonnetta koskevat yleiset lait ovat todennäköisemmin peräisin elastisista nesteistä kuin muista aineista.

hän lausui Joseph Louis Gay-Lussacin vuonna 1802 julkaiseman Gay-Lussacin lain (Gay-Lussac hyvitti löydön Jacques Charlesin julkaisemattomaksi teokseksi 1780-luvulta). Kahden tai kolmen vuoden kuluttua luentoja, Dalton julkaistu useita papereita samankaltaisia aiheita. ”On the Absorption of Gases by Water and other Liquids” (lukea luento 21 päivänä lokakuuta 1803, ensimmäinen julkaistu vuonna 1805) sisälsi hänen laki osapaineet nyt tunnetaan Daltonin laki.

Atomiteoriat

kaikista Daltonin tutkimuksista tärkein koskee kemian atomiteoriaa. Vaikka hänen nimensä liitetään erottamattomasti tähän teoriaan, Daltonin atomiteorian alkuperää ei täysin ymmärretä. Teoriaa on voitu ehdottaa hänelle joko etyleeniä (olefiantia) ja metaania (kaasutettua vetyä) koskevien tutkimusten avulla tai dityppioksidia (atsootin protoksidia) ja typpidioksidia (atsootin deutoksidia) koskevien analyysien avulla.

vuosina 1814-1819 Irlantilainen kemisti William Higgins väitti Daltonin plagioineen hänen ajatuksiaan, mutta Higginsin teoria ei käsitellyt suhteellista atomimassaa. Viimeaikaiset todisteet kuitenkin viittaavat siihen, että Daltonin ajattelun kehitykseen ovat saattaneet vaikuttaa toisen irlantilaisen kemistin Bryan Higginsin ajatukset, joka oli Williamin setä. Bryan uskoi atomin olevan raskas keskushiukkanen, jota ympäröi kaloripitoinen ilmakehä, joka oli tuolloin oletettu lämmön aine. Atomin koko määritettiin kalorisen ilmakehän halkaisijan perusteella. Todisteiden perusteella Dalton oli tietoinen Bryanin teoriasta ja omaksui hyvin samankaltaisia ajatuksia ja kielenkäyttöä, mutta hän ei koskaan tunnustanut Bryanin ennakoivan kalorikkimalliaan. Daltonin atomiteorian olennainen uutuus on kuitenkin se, että hän esitti menetelmän suhteellisten atomipainojen laskemiseksi alkuaineille, mitä Bryan ja William Higgins eivät tehneet; hänen prioriteettinsa tälle ratkaisevalle askeleelle on kiistaton.

Manchesterin kirjallisen ja filosofisen seuran tiloissa tehdyssä tutkimuksessa Daltonin laboratoriomuistioista todettiin, että kaukana siitä, että Dalton olisi moniosaisen lain selityksen etsimisellään johtanut ajatukseen, että kemiallinen yhdistelmä koostuu tietyn painoisten ja ominaispainoisten atomien vuorovaikutuksesta, ajatus atomeista syntyi hänen mielessään puhtaasti fysikaalisena käsitteenä, jonka ilmakehän ja muiden kaasujen fysikaalisten ominaisuuksien tutkiminen on pakottanut hänet. Ensimmäiset julkaistut viittaukset tähän ajatukseen löytyvät jo mainitun tutkielmansa ”on the Absorption of Gases by Water and other Liquids” lopusta. Siinä hän sanoo:

miksi vesi ei ota vastaan suurinta osaa kaikenlaisesta kaasusta samalla tavalla? Olen harkinnut tätä kysymystä asianmukaisesti, ja vaikka en pysty tyydyttämään itseäni täysin, olen lähes vakuuttunut siitä, että tilanne riippuu useiden kaasujen perimmäisten hiukkasten painosta ja lukumäärästä.

tämän jälkeen hän ehdottaa muutaman alkuaineen atomeille suhteellisia painoja menemättä sen tarkemmin yksityiskohtiin. Tuoreessa tutkimuksessa Daltonin laboratorion muistikirjamerkinnöistä päädytään kuitenkin siihen, että hän kehitti kemiallisen atomiteorian vuonna 1803 sovittaakseen yhteen Cavendishin ja Lavoisierin analyyttiset tiedot typpihapon koostumuksesta, ei selittääkseen kaasujen liukoisuutta veteen.

Daltonin atomiteorian, sellaisena kuin se lopulta kehittyi, pääkohdat ovat:

1. alkuaineet koostuvat äärimmäisen pienistä hiukkasista, joita kutsutaan atomeiksi.
2. tietyn alkuaineen atomit ovat kooltaan, massaltaan ja muilta ominaisuuksiltaan identtisiä; eri alkuaineiden atomit eroavat toisistaan kooltaan, massaltaan ja muilta ominaisuuksiltaan.
3. atomeja ei voi jakaa osiin, luoda tai tuhota.
4. eri alkuaineiden atomit yhdistyvät yksinkertaisissa kokonaislukusuhteissa muodostaen kemiallisia yhdisteitä.
5. kemiallisissa reaktioissa atomeja yhdistetään, erotetaan tai järjestetään uudelleen.

ensimmäisessä laajennetussa julkaistussa atomiteorian keskustelussaan (1808) Dalton ehdotti ylimääräistä (ja kiistanalaista) ”suurimman yksinkertaisuuden sääntöä”. Tätä sääntöä ei voitu itsenäisesti vahvistaa, mutta jotkut tällaiset olettamukset olivat tarpeen, jotta voitiin ehdottaa kaavoja muutamille yksinkertaisille molekyyleille, joista atomipainojen laskeminen riippui. Tämä sääntö saneli, että jos kahden eri alkuaineen atomien tiedettiin muodostavan vain yhden yhdisteen, kuten vedyn ja hapen muodostavan vettä tai vedyn ja typen muodostavan ammoniakkia, kyseisen yhdisteen molekyylien oletetaan koostuvan jokaisesta alkuaineesta yhdestä atomista. Alkuaineiden, jotka yhdistyivät useassa suhteessa, kuten silloin tunnetut kaksi hiilen oksidia tai kolme typen oksidia, niiden yhdistelmien oletettiin olevan yksinkertaisimpia mahdollisia. Jos esimerkiksi tunnetaan kaksi tällaista yhdistelmää, toisen on koostuttava kunkin alkuaineen atomista, ja toisen on koostuttava yhden alkuaineen atomista ja kahden toisen atomista.

Tämä oli vain oletus, joka oli johdettu uskosta luonnon yksinkertaisuuteen. Tiedemiesten käytettävissä ei tuolloin ollut todisteita siitä, kuinka monta atomia kustakin alkuaineesta yhtyy muodostaen molekyylejä. Mutta tämä tai jokin muu sellainen sääntö oli ehdottoman välttämätön mille tahansa alkavalle teorialle, koska tarvittiin oletettu molekyylikaava suhteellisten atomipainojen laskemiseksi. Daltonin ”suurimman yksinkertaisuuden sääntö” sai hänet olettamaan, että veden kaava oli OH ja ammoniakin NH, aivan erilainen kuin meidän nykykäsityksemme (H2O, NH3). Toisaalta hänen yksinkertaisuussääntönsä sai hänet ehdottamaan oikeita nykyaikaisia kaavoja kahdelle hiilen oksidille (CO ja CO2). Daltonin atomiteorian ytimessä olleesta epävarmuudesta huolimatta teorian periaatteet säilyivät.

Atomipainotedit

erilaiset atomit ja molekyylit sellaisina kuin ne on kuvattu John Daltonin teoksessa A New System of Chemical Philosophy (1808).

Dalton julkaisi ensimmäisen taulukkonsa kuusi alkuainetta (vety, happi, typpi, hiili, rikki ja fosfori) sisältävistä suhteellisista atomipainoista vetyatomin painoon suhteutettuna 1. Koska nämä olivat vain suhteellisia painoja, niihin ei ole liitetty painoyksikköä. Dalton edellyttäen mitään viitteitä tässä asiakirjassa, miten hän oli saapunut nämä numerot, mutta hänen laboratorio notebook, päivätty 6 päivänä syyskuuta 1803, on luettelo, jossa hän esitetään suhteellinen painot atomien useita elementtejä, johdettu analyysi vettä, ammoniakkia, hiilidioksidia, jne. sen ajan kemistit.

tämän ajatuksen laajentaminen aineisiin yleensä johti hänet väistämättä moniosaisuuden lakiin, ja vertailu kokeeseen todisti loistavasti hänen päättelynsä. Hänen marraskuussa 1802 lukemassaan paperissa ”on the Proportion of the Several Gases in the Atmosphere” moniosainen laki näyttää ennakoitavan seuraavin sanoin:

hapen alkuaineet voivat yhdistyä tietyn typpikaasu-osan kanssa tai kaksinkertaisesti sen osan kanssa, mutta ilman välimäärää.

, mutta on syytä epäillä, että tämä lause on saatettu lisätä jonkin aikaa sen jälkeen, kun paperi oli luettu, joka julkaistiin vasta vuonna 1805.

yhdisteet lueteltiin binäärisinä, ternaarisina, kvaternaarisina jne. (molekyylit koostuvat kahdesta, kolmesta, neljästä jne. atomit) uudessa kemiallisen filosofian järjestelmässä riippuen siitä, kuinka monta atomia yhdisteellä oli yksinkertaisimmassa, empiirisessä muodossaan.

Daltonin hypoteesi on, että yhdisteiden rakenne voidaan esittää kokonaislukusuhteissa. Yksi alkuaineen X atomi yhdistyneenä alkuaineen Y atomiin on siis binäärinen yhdiste. Lisäksi yksi alkuaineen X atomi yhtyy alkuaineen Y kahteen atomiin tai päinvastoin on ternaarinen yhdiste. Monet kemian filosofian uudessa järjestelmässä luetelluista ensimmäisistä yhdisteistä vastaavat nykyajan näkemyksiä, vaikka monet muut eivät.

Dalton käytti omia symbolejaan esittääkseen visuaalisesti yhdisteiden atomirakennetta. Ne on kuvattu The New System of Chemical Philosophy-teoksessa, jossa hän luetteli 21 alkuainetta ja 17 yksinkertaista molekyyliä.

muut tutkimukset edit

Dalton julkaisi tutkielmia niinkin erilaisista aiheista kuin sateesta ja kasteesta ja lähteiden alkuperästä (hydrosphere); lämmöstä, taivaan väristä, höyrystä ja valon heijastumisesta ja taittumisesta; sekä englannin kielen apuverbien ja partisiippien kieliopillisista aiheista.

kokeellista lähestymistä

tutkijana Dalton tyytyi usein karkeisiin ja epätarkkoihin instrumentteihin, vaikka parempiakin oli saatavissa. Sir Humphry Davy kuvaili häntä ”hyvin karkeaksi kokeilijaksi”, joka ” lähes aina löysi tarvitsemansa tulokset luottaen pikemminkin päähänsä kuin käsiinsä.”Toisaalta historioitsijat, jotka ovat toistaneet joitakin hänen ratkaisevia kokeitaan, ovat vahvistaneet Daltonin taidon ja tarkkuuden.

uuden järjestelmänsä I osan toisen osan esipuheessa hän sanoo joutuneensa niin usein harhaan ottamalla muiden tulokset itsestäänselvyyksinä, että hän päätti kirjoittaa ”niin vähän kuin mahdollista, mutta mitä voin todistaa omalla kokemuksellani”, mutta tätä itsenäisyyttä hän kantoi niin pitkälle, että se joskus muistutti vastaanottavaisuuden puutetta. Niinpä hän ei luottanut, eikä luultavasti koskaan täysin hyväksynyt, Gay-Lussacin päätelmiä kaasumäärien yhdistämisestä.

hänellä oli epäsovinnaisia näkemyksiä kloorista. Senkin jälkeen, kun Davy oli selvittänyt sen alkeishahmon, hän jatkoi itsepintaisesti itse omaksumiensa atomipainojen käyttämistä, vaikka muiden kemistien tarkemmat määritykset olivat syrjäyttäneet ne.

Hän vastusti aina Jöns Jakob Berzeliuksen kehittelemää kemiallista notaatiota, vaikka useimmat ajattelivat sen olevan paljon yksinkertaisempi ja kätevämpi kuin hänen oma hankala ympyräsymbolijärjestelmänsä.