MétéorologiEdit

Le début de la vie de Dalton a été influencé par un éminent quaker, Elihu Robinson, un météorologue et fabricant d’instruments compétent, d’Eaglesfield, en Cumbria, qui l’a intéressé aux problèmes de mathématiques et de météorologie. Pendant ses années à Kendal, Dalton a apporté des solutions aux problèmes et a répondu aux questions sur divers sujets dans le Journal des dames et le Journal du Gentleman. En 1787, à l’âge de 21 ans, il commença son journal météorologique dans lequel, au cours des 57 années suivantes, il consigna plus de 200 000 observations. Il redécouvre la théorie de la circulation atmosphérique de George Hadley (maintenant connue sous le nom de cellule de Hadley) à cette époque. En 1793, la première publication de Dalton, Meteorological Observations and Essays, contenait les germes de plusieurs de ses découvertes ultérieures, mais malgré l’originalité de son traitement, peu d’attention y fut accordée par d’autres chercheurs. Un deuxième ouvrage de Dalton, Elements of English Grammar (ou Un nouveau système d’enseignement grammatical: à l’usage des écoles et des académies), a été publié en 1801.

Mesurer les montagnesdit

Après avoir quitté le Lake District, Dalton revenait chaque année pour passer ses vacances à étudier la météorologie, ce qui impliquait beaucoup de randonnées en montagne. Jusqu’à l’avènement des avions et des ballons météorologiques, la seule façon de mesurer la température et l’humidité en altitude était de gravir une montagne. Dalton a estimé la hauteur à l’aide d’un baromètre. L’Ordnance Survey ne publia pas de cartes pour le Lake District avant les années 1860. Auparavant, Dalton était l’une des rares autorités sur les hauteurs des montagnes de la région. Il était souvent accompagné de Jonathan Otley, qui a également fait une étude des hauteurs des sommets locaux, en utilisant les figures de Dalton comme comparaison pour vérifier son travail. Otley publia ses informations dans sa carte de 1818. Otley est devenu à la fois un assistant et un ami de Dalton.

Dalton est élu membre de la Manchester Literary and Philosophical Society, la « Lit&Phil  » En 1794, peu après son arrivée à Manchester, et quelques semaines plus tard, il publie son premier article sur « Extraordinary facts relating to the vision of colours « , dans lequel il postule que la pénurie de perception des couleurs est causée par la décoloration du milieu liquide du globe oculaire. Comme lui et son frère étaient daltoniens, il a reconnu que la maladie devait être héréditaire.

Bien que la théorie de Dalton ait perdu toute crédibilité de son vivant, la nature approfondie et méthodique de ses recherches sur son problème visuel a été si largement reconnue que le daltonisme est devenu un terme courant pour daltonisme. L’examen de son globe oculaire préservé en 1995 a démontré que Dalton avait un type de daltonisme moins courant, la deutéroanopie, dans lequel il manque des cônes sensibles à la longueur d’onde moyenne (plutôt que de fonctionner avec une forme de pigment mutée, comme dans le type de daltonisme le plus courant, la deutéroanomalie). Outre le bleu et le violet du spectre optique, il n’a pu reconnaître qu’une seule couleur, le jaune, ou, comme il l’a dit dans un papier,

Cette partie de l’image que d’autres appellent rouge, ne me semble guère plus qu’une nuance, ou un défaut de lumière ; après cela, l’orange, le jaune et le vert semblent une seule couleur, qui descend assez uniformément d’un jaune intense à un jaune rare, faisant ce que je devrais appeler différentes nuances de jaune.

Loi sur les gaz

Profils en chimie: Comment les études météorologiques de John Dalton ont conduit à la découverte d’atomes sur YouTube, Chemical Heritage Foundation

En 1800, Dalton est devenu secrétaire de la Manchester Literary and Philosophical Society, et l’année suivante, il a présenté une importante série de conférences, intitulée « Essais expérimentaux » sur la constitution de gaz mixtes; la pression de la vapeur et d’autres vapeurs à différentes températures dans le vide et dans l’air; sur l’évaporation; et sur la dilatation thermique des gaz. Les quatre essais, présentés entre le 2 et le 30 octobre 1801, ont été publiés dans les Mémoires de la Literary and Philosophical Society of Manchester en 1802.

Le deuxième essai s’ouvre sur la remarque,

Il ne peut guère y avoir de doute quant à la réductibilité de tous les fluides élastiques de quelque nature que ce soit, en liquides; et nous ne devons pas désespérer de l’effectuer à basse température et par de fortes pressions exercées sur les gaz non mélangés.

Après avoir décrit des expériences pour déterminer la pression de vapeur en divers points entre 0 et 100 ° C (32 et 212 ° F), Dalton a conclu à partir des observations de la pression de vapeur de six liquides différents, que la variation de la pression de vapeur pour tous les liquides est équivalente, pour la même variation de température, à compter de la vapeur d’une pression donnée.

Dans le quatrième essai, il remarque,

Je ne vois aucune raison suffisante pour que nous ne puissions pas conclure, que tous les fluides élastiques sous la même pression se dilatent également par la chaleur — et que pour une expansion donnée du mercure, la dilatation correspondante de l’air est proportionnellement inférieure, plus la température est élevée. … Il semble donc que les lois générales concernant la quantité absolue et la nature de la chaleur, sont plus susceptibles d’être dérivées de fluides élastiques que d’autres substances.

Il énonça la loi de Gay-Lussac, publiée en 1802 par Joseph Louis Gay-Lussac (Gay-Lussac attribue la découverte à un travail inédit des années 1780 de Jacques Charles). Au cours des deux ou trois années qui ont suivi les conférences, Dalton a publié plusieurs articles sur des sujets similaires. « Sur l’absorption des Gaz par l’Eau et d’autres Liquides » (lu comme une conférence le 21 octobre 1803, publiée pour la première fois en 1805) contenait sa loi des pressions partielles maintenant connue sous le nom de loi de Dalton.

Théorie atomiquemodifier

La plus importante de toutes les recherches de Dalton concerne la théorie atomique en chimie. Bien que son nom soit indissociablement associé à cette théorie, l’origine de la théorie atomique de Dalton n’est pas entièrement comprise. La théorie lui a peut-être été suggérée soit par des recherches sur l’éthylène (gaz oléfiant) et le méthane (hydrogène carburé), soit par l’analyse de l’oxyde nitreux (protoxyde d’azote) et du dioxyde d’azote (deutoxyde d’azote), les deux vues reposant sur l’autorité de Thomas Thomson.

De 1814 à 1819, le chimiste irlandais William Higgins a affirmé que Dalton avait plagié ses idées, mais la théorie de Higgins n’abordait pas la masse atomique relative. Cependant, des preuves récentes suggèrent que le développement de la pensée de Dalton pourrait avoir été influencé par les idées d’un autre chimiste irlandais Bryan Higgins, qui était l’oncle de William. Bryan croyait qu’un atome était une particule centrale lourde entourée d’une atmosphère calorique, la substance supposée de la chaleur à l’époque. La taille de l’atome a été déterminée par le diamètre de l’atmosphère calorique. Sur la base des preuves, Dalton était au courant de la théorie de Bryan et a adopté des idées et un langage très similaires, mais il n’a jamais reconnu l’anticipation de Bryan sur son modèle calorique. Cependant, la nouveauté essentielle de la théorie atomique de Dalton est qu’il a fourni une méthode de calcul des poids atomiques relatifs des éléments chimiques, ce que ni Bryan ni William Higgins n’ont fait; sa priorité pour cette étape cruciale n’est pas contestée.

Une étude des cahiers de laboratoire de Dalton, découverts dans les salles de la Manchester Literary and Philosophical Society, a conclu que, loin d’être mené par Dalton par sa recherche d’une explication de la loi des proportions multiples à l’idée que la combinaison chimique consiste en l’interaction d’atomes de poids défini et caractéristique, l’idée des atomes est apparue dans son esprit comme un concept purement physique, imposé à lui par l’étude des propriétés physiques de l’atmosphère et des autres gaz. Les premières indications publiées de cette idée se trouvent à la fin de son article « Sur l’absorption des Gaz par l’Eau et d’autres Liquides » déjà mentionné. Il y dit:

Pourquoi l’eau n’admet-elle pas sa majeure partie de tous les types de gaz de la même manière? J’ai dûment examiné cette question, et bien que je ne sois pas en mesure de me satisfaire complètement, je suis presque persuadé que la circonstance dépend du poids et du nombre des particules ultimes des différents gaz.

Il propose ensuite des poids relatifs pour les atomes de quelques éléments, sans entrer plus en détail. Cependant, une étude récente des entrées du cahier de laboratoire de Dalton conclut qu’il a développé la théorie atomique chimique en 1803 pour réconcilier les données analytiques de Cavendish et de Lavoisier sur la composition de l’acide nitrique, et non pour expliquer la solubilité des gaz dans l’eau.

Les principaux points de la théorie atomique de Dalton, telle qu’elle s’est développée, sont les suivants:

1. Les éléments sont constitués de particules extrêmement petites appelées atomes.
2. Les atomes d’un élément donné sont identiques en taille, masse et autres propriétés; les atomes de différents éléments diffèrent en taille, masse et autres propriétés.
3. Les atomes ne peuvent pas être subdivisés, créés ou détruits.
4. Les atomes de différents éléments se combinent dans de simples rapports en nombres entiers pour former des composés chimiques.
5. Dans les réactions chimiques, les atomes sont combinés, séparés ou réarrangés.

Dans sa première discussion approfondie publiée sur la théorie atomique (1808), Dalton a proposé une  » règle de la plus grande simplicité  » supplémentaire (et controversée). Cette règle n’a pas pu être confirmée de manière indépendante, mais une telle hypothèse était nécessaire pour proposer des formules pour quelques molécules simples, dont dépendait le calcul des poids atomiques. Cette règle dictait que si l’on savait que les atomes de deux éléments différents ne formaient qu’un seul composé, comme l’hydrogène et l’oxygène formant de l’eau ou l’hydrogène et l’azote formant de l’ammoniac, les molécules de ce composé seraient constituées d’un atome de chaque élément. Pour les éléments qui se combinaient dans des rapports multiples, tels que les deux oxydes de carbone alors connus ou les trois oxydes d’azote, leurs combinaisons étaient supposées être les plus simples possibles. Par exemple, si deux de ces combinaisons sont connues, l’une doit être constituée d’un atome de chaque élément et l’autre doit être constituée d’un atome d’un élément et de deux atomes de l’autre.

Ce n’était qu’une hypothèse, dérivée de la foi dans la simplicité de la nature. Aucune preuve n’était alors disponible pour les scientifiques pour déduire combien d’atomes de chaque élément se combinent pour former des molécules. Mais cette règle ou une autre était absolument nécessaire à toute théorie naissante, car il fallait une formule moléculaire supposée pour calculer les poids atomiques relatifs. La « règle de la plus grande simplicité » de Dalton l’a amené à supposer que la formule de l’eau était OH et l’ammoniac était NH, très différente de notre compréhension moderne (H2O, NH3). D’autre part, sa règle de simplicité l’a amené à proposer les formules modernes correctes pour les deux oxydes de carbone (CO et CO2). Malgré l’incertitude au cœur de la théorie atomique de Dalton, les principes de la théorie ont survécu.

Atomic weightsEdit

Divers atomes et molécules tels que décrits dans A New System of Chemical Philosophy de John Dalton (1808).

Dalton a publié sa première table de poids atomiques relatifs contenant six éléments (hydrogène, oxygène, azote, carbone, soufre et phosphore), par rapport au poids d’un atome d’hydrogène classiquement pris comme 1. Comme il ne s’agissait que de poids relatifs, ils n’ont pas d’unité de poids qui leur est attachée. Dalton n’a fourni aucune indication dans cet article sur la façon dont il en était arrivé à ces chiffres, mais dans son carnet de laboratoire, daté du 6 septembre 1803, figure une liste dans laquelle il énumère les poids relatifs des atomes d’un certain nombre d’éléments, dérivés de l’analyse de l’eau, de l’ammoniac, du dioxyde de carbone, etc. par les chimistes de l’époque.

L’extension de cette idée aux substances en général l’a nécessairement conduit à la loi des proportions multiples, et la comparaison avec l’expérience a brillamment confirmé sa déduction. Dans l’article « Sur la Proportion des Plusieurs Gaz dans l’Atmosphère », lu par lui en novembre 1802, la loi des proportions multiples semble être anticipée dans les mots :

Les éléments d’oxygène peuvent se combiner avec une certaine portion de gaz nitreux ou avec le double de cette portion, mais sans quantité intermédiaire.

Mais il y a lieu de soupçonner que cette phrase a peut-être été ajoutée quelque temps après la lecture de l’article, qui n’a été publié qu’en 1805.

Les composés ont été répertoriés comme binaires, ternaires, quaternaires, etc. (molécules composées de deux, trois, quatre, etc. atomes) dans le Nouveau Système de Philosophie chimique en fonction du nombre d’atomes d’un composé dans sa forme empirique la plus simple.

Dalton a émis l’hypothèse que la structure des composés peut être représentée en nombre entier. Ainsi, un atome de l’élément X se combinant avec un atome de l’élément Y est un composé binaire. De plus, un atome de l’élément X se combinant avec deux atomes de l’élément Y ou inversement, est un composé ternaire. Beaucoup des premiers composés énumérés dans le Nouveau Système de Philosophie chimique correspondent aux vues modernes, bien que beaucoup d’autres ne le fassent pas.

Dalton a utilisé ses propres symboles pour représenter visuellement la structure atomique des composés. Ils ont été représentés dans le Nouveau Système de philosophie chimique, où il a énuméré 21 éléments et 17 molécules simples.

Autres enquêtesmodifier

Dalton a publié des articles sur des sujets aussi divers que la pluie et la rosée et l’origine des sources (hydrosphère); sur la chaleur, la couleur du ciel, la vapeur et la réflexion et la réfraction de la lumière; et sur les sujets grammaticaux des verbes auxiliaires et des participes de la langue anglaise.

Approche expérimentaledit

En tant qu’investigateur, Dalton se contentait souvent d’instruments approximatifs et imprécis, même s’il était possible d’en obtenir de meilleurs. Sir Humphry Davy le décrit comme  » un expérimentateur très grossier « , qui  » trouvait presque toujours les résultats dont il avait besoin, se fiant à sa tête plutôt qu’à ses mains. »D’autre part, les historiens qui ont reproduit certaines de ses expériences cruciales ont confirmé l’habileté et la précision de Dalton.

Dans la préface de la deuxième partie du Volume I de son Nouveau Système, il dit avoir si souvent été induit en erreur en tenant pour acquis les résultats des autres qu’il a décidé d’écrire « le moins possible mais ce que je peux attester de ma propre expérience », mais cette indépendance qu’il portait si loin qu’elle ressemblait parfois à un manque de réceptivité. Il se méfiait donc des conclusions de Gay-Lussac sur la combinaison des volumes de gaz, et n’acceptait probablement jamais pleinement ces conclusions.

Il avait des vues non conventionnelles sur le chlore. Même après que son caractère élémentaire eut été réglé par Davy, il persista à utiliser les poids atomiques qu’il avait lui-même adoptés, même lorsqu’ils avaient été remplacés par les déterminations plus précises d’autres chimistes.

Il s’est toujours opposé à la notation chimique conçue par Jöns Jakob Berzelius, bien que la plupart pensaient qu’elle était beaucoup plus simple et plus pratique que son propre système encombrant de symboles circulaires.